淺談頂管技術(shù)在市政工程中的發(fā)展與應(yīng)用

李鴻

四川天虹建設(shè)工程有限公司 四川成都 610044

1 市政改造時(shí)對(duì)城市居民的影響

老城區(qū)在市政改造時(shí)對(duì)于城市居民的生活影響較大，需盡快完成。在此過(guò)程中，管網(wǎng)的鋪設(shè)是最耗時(shí)也是最為復(fù)雜的施工環(huán)節(jié)。隨著居民生活及城市發(fā)展的需求日益增高，各種管網(wǎng)系統(tǒng)也需相繼完善，日漸增多的市政管網(wǎng)建設(shè)不得不要求建設(shè)及施工方將新建或是改造后的管道埋設(shè)深度增加，加之某些城市地下水豐富、原雨污水管暴露的弊端越來(lái)越明顯，加大了雨污管道建設(shè)的難度，為妥善處理將會(huì)產(chǎn)生的諸多問(wèn)題，必須在此過(guò)程中采取與實(shí)際施工環(huán)境、地質(zhì)情況等相匹配的工藝技術(shù)。

2 頂管施工技術(shù)對(duì)市政工程建設(shè)的重要意義

2.1 頂管，簡(jiǎn)稱非開(kāi)挖

該項(xiàng)工程技術(shù)徹底解決了管道埋設(shè)施工中對(duì)城市建筑物的破壞和道路交通的堵塞等難題，在穩(wěn)定土層和環(huán)境保護(hù)方面凸顯其優(yōu)勢(shì)，這對(duì)交通繁忙、人口密集、地面建筑物眾多、地下管線復(fù)雜的城市是非常重要的，它將為城市創(chuàng)造一個(gè)潔凈、舒適和美好的環(huán)境。該技術(shù)目前廣泛用于城市地下給排水管道、天然氣石油管道、通訊電纜等各種管道的非開(kāi)挖鋪設(shè)。它能穿越公路、鐵路、橋梁、高山、河流、海峽和地面任何建筑物，采用該技術(shù)施工，能節(jié)約一大筆征地拆遷費(fèi)用、減少對(duì)環(huán)境污染和道路的堵塞，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益[1]。

2.2 頂管技術(shù)的常用施工方式

（1）定向鉆施工。水平定向鉆機(jī)由鉆機(jī)系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)、導(dǎo)向系統(tǒng)、泥漿系統(tǒng)、鉆具及附助機(jī)具組成。使用水平定向鉆機(jī)進(jìn)行管道穿越施工，首先按照設(shè)計(jì)曲線盡可能準(zhǔn)確的鉆一個(gè)導(dǎo)向孔，然后將導(dǎo)向孔進(jìn)行來(lái)回?cái)U(kuò)孔，擴(kuò)孔完成后將待鋪管材沿著擴(kuò)大了的導(dǎo)向孔進(jìn)行拖拉，最終完成管線穿越工作，具體工藝如圖1所示

圖1 定向鉆施工示意圖

具有施工周期短、作業(yè)安全迅速、綜合成本低，社會(huì)效益顯著。在開(kāi)挖施工無(wú)法進(jìn)行或不允許開(kāi)挖施工的場(chǎng)合，可用定向鉆從其下方穿越。在城市建設(shè)高速發(fā)展的今天，避免重復(fù)開(kāi)挖、修復(fù)所造成的道路拉鏈工程，具有較高的社會(huì)及經(jīng)濟(jì)效益。但該工藝針對(duì)的管材主要是鋼管、PE管、鋁塑管、銅塑管、電纜、光纜等，對(duì)于城市雨污水大管徑（1500mm以上）和對(duì)管材有嚴(yán)格要求的管網(wǎng)鋪設(shè)有一定的限制，并且對(duì)于雨污高程的控制較難，不適用于雨污分流的市政建設(shè)中。

（2）液壓頂管施工。采用液壓設(shè)備，對(duì)鋼管（或外套管）軸向加壓，將其直接頂進(jìn)地層實(shí)現(xiàn)穿越鋪設(shè)。根據(jù)地層條件和管材直徑大小，可采用一次頂進(jìn)，邊鉆邊頂，運(yùn)用人工在管內(nèi)將土體挖出，邊掏邊由千斤頂輔助頂進(jìn)管道等工藝方法。具體工序如圖2所示：

該工藝對(duì)于短距離、要求預(yù)算成本較低的工程采用較多，適用于管徑在φ800-2400mm以內(nèi)的管道鋪設(shè)，但是對(duì)質(zhì)量控制較難，如遇沙土及卵石地質(zhì)容易造成路面塌陷，因涉及有人工作業(yè)，如施工區(qū)域地下水豐富還需進(jìn)行降水、加固處理，無(wú)形中也增加了施工成本且存有一定的安全隱患。

圖2 液壓頂管工藝示意圖

（3）機(jī)械式頂管。主要是土壓平衡式頂管和泥水平衡式頂管。本文主要就常用的泥水平衡式頂管展開(kāi)論述。它是一種以全斷面切削土體，以泥水壓力來(lái)平衡土壓力和地下水壓力，又以泥水作為輸送棄土介質(zhì)的機(jī)械自動(dòng)化頂管施工法。該操作系統(tǒng)主要由頂管機(jī)頭、地面操作臺(tái)及其他輔助設(shè)備組成，機(jī)頭內(nèi)部有PLC控制箱，地面操作臺(tái)隊(duì)機(jī)頭給出動(dòng)作信號(hào)控制機(jī)頭的動(dòng)作，排泥系統(tǒng)將棄土排除，吊車下管，由千斤頂將管道分段頂進(jìn)[2]。

泥水平衡頂管相對(duì)人工頂管，施工成本高，但是地質(zhì)較為復(fù)雜時(shí)，采用泥水平衡機(jī)械頂管較人工頂管安全，且施工效率高，滿足長(zhǎng)距離工程，安全、質(zhì)量等方面均在可控范圍。工序如圖3所示：

圖3 泥水平衡施工示意圖

3 泥水平衡式頂管技術(shù)在城市雨污分流管道建設(shè)中的必要及影響

以參建的“玉帶路改造擴(kuò)容及景觀提升工程”實(shí)例闡述頂管技術(shù)在市政工程中的應(yīng)用。在施工前期論證方案中，該施工位置為緊鄰西河，在深約10余米的地下鋪設(shè)φ1800mm和φ2000mm的大管徑水泥排污管道，該路段穿越地層多為粉質(zhì)黏土含少量砂卵石，離居民住宅僅10米，如采用人工掘進(jìn)頂管需全程降水，管道埋深很深，降水難度大，降水對(duì)周圍建筑基礎(chǔ)影響較大，將污水管道的鋪設(shè)定為采用頂管施工，是該工程工期最長(zhǎng)，難度最大的分部工程，全程未知因素多[3]。

（1）針對(duì)本工程的特點(diǎn)，對(duì)施工前的準(zhǔn)備工作，必須細(xì)致、認(rèn)真的進(jìn)行。否則在開(kāi)工后會(huì)造成人力、物力的浪費(fèi)，甚至施工停歇，給工程施工進(jìn)度帶來(lái)極為不利的影響。分別從技術(shù)、施工現(xiàn)場(chǎng)、相關(guān)單位配合協(xié)作、資金等方面進(jìn)行充足準(zhǔn)備后，開(kāi)始進(jìn)行頂管施工。

（2）管道沿玉帶路布置，北起玉帶路環(huán)島，南至文峰街二段（道路樁號(hào)為K0+831—K5+317），管道全長(zhǎng)約4486m，其中K0+831—K1+007為77m的明施工，拉森鋼板樁+內(nèi)支撐的支護(hù)方式，設(shè)計(jì)管道埋深4.56m-5.75m，開(kāi)挖深度約5.0-6.0m，基坑長(zhǎng)約為180m。標(biāo)準(zhǔn)段基坑寬度為4.0m；檢查井2100×1100段基坑寬度4.0m，檢查井4000×2900段基坑寬度6.0m，開(kāi)挖面積約為750m2，其余均為頂管施工，分為人工掘進(jìn)頂管和泥水平衡頂管。K1+007-K1+825和K3+213-K3+424采用泥水平衡法頂管施工，井間距不大于120m；K1+825-K3+213，K3+424-K5+317采用人工開(kāi)挖掘進(jìn)頂管施工。污水管道采用合格的鋼筋混凝土管，污水管道規(guī)格為：d1800、d2000。管材采用III級(jí)鋼筋混凝土管，柔性接頭f型鋼承口，管道混凝土等級(jí)選用C50。其中K0+831—K2+850為DN1800，坡度為1.9‰，K2+850—K5+317為DN2000，坡度為0.8‰，管底埋深-4.55m至-11.70m。

①實(shí)施。

圖4 玉帶路施工示意圖

微型掘進(jìn)機(jī)被主頂油缸向前推進(jìn)，掘進(jìn)機(jī)頭進(jìn)入止水圈，穿過(guò)土層到達(dá)接收井，整個(gè)過(guò)程由電動(dòng)機(jī)提供能量，轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)頭切削刀盤，通過(guò)切削刀盤進(jìn)入土層。挖掘的土質(zhì)，石塊等在轉(zhuǎn)動(dòng)的切削刀盤內(nèi)被粉碎，然后進(jìn)入泥水艙，在那里與泥漿混合，最后通過(guò)泥漿系統(tǒng)的排泥管由排泥泵輸送至地面上。掘進(jìn)機(jī)完全進(jìn)入土層以后，電纜、泥漿管被拆除，吊下第一節(jié)頂進(jìn)管，它被推到掘進(jìn)機(jī)的尾套處，與掘進(jìn)頭連接管頂進(jìn)以后，挖掘終止、液壓慢慢收回，另一節(jié)管道又吊入井內(nèi)，套在第一節(jié)管道后方，連接在一起，重新頂進(jìn)，這個(gè)過(guò)程不斷重復(fù)，直到所有管道被頂入土層完畢，完成一條永久性的地下管道。

②竣工自檢。組成分項(xiàng)工程的檢驗(yàn)批全部合格，且分項(xiàng)工程所含的質(zhì)量控制資料全部齊全。組成分部工程的檢驗(yàn)批和分項(xiàng)工程全部合格，且分部工程所含的質(zhì)量控制資料、安全和功能檢測(cè)資料，感觀質(zhì)量驗(yàn)收資料齊全，并通過(guò)有關(guān)部門的驗(yàn)收合格后，方能施工下個(gè)分部工程。施工中嚴(yán)格按照《建設(shè)工程文件歸檔整理規(guī)范》（GB/T50328-2014）進(jìn)行整理，并結(jié)合四川省南充市規(guī)定遵照?qǐng)?zhí)行，確保了各工序、分項(xiàng)、分部工程質(zhì)量的驗(yàn)收都處于檢驗(yàn)批主控項(xiàng)目和一般項(xiàng)目的檢測(cè)之下，實(shí)現(xiàn)了工程質(zhì)量的全面控制，較之K1+825-K3+213，K3+424-K5+317采用人工開(kāi)挖掘進(jìn)頂管施工的標(biāo)段實(shí)現(xiàn)了短期可控、高質(zhì)高效的實(shí)際效益。

圖5 玉帶路施工步驟圖

4 結(jié)語(yǔ)

市政工程特別是城市給排水在進(jìn)行施工建設(shè)的過(guò)程中，采用了頂管技術(shù)，這項(xiàng)技術(shù)是一項(xiàng)全新的施工技術(shù)，并且在工程建設(shè)中已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用.其中機(jī)械式頂管，尤其是最常用的泥水平衡式頂管技術(shù)以其環(huán)保和施工穩(wěn)定的優(yōu)勢(shì)被越來(lái)越多的應(yīng)用到市政給排水工程建設(shè)中，這種施工技術(shù)的運(yùn)用不需要對(duì)地面進(jìn)行開(kāi)挖，施工作業(yè)在地下進(jìn)行，管道的鋪設(shè)和維修不會(huì)對(duì)路面的交通造成影響，同時(shí)施工還能夠減少對(duì)環(huán)境的影響，一定程度上可以有效的提升經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，從而促進(jìn)我國(guó)城市給排水的良性發(fā)展，應(yīng)該在市政工程中進(jìn)一步推廣。