市政管道工程中頂管施工設(shè)計(jì)與應(yīng)用要點(diǎn)

張?jiān)旅?/p>

（昆明市政工程設(shè)計(jì)科學(xué)研究院有限公司，云南 昆明 650228）

近年來(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和城鎮(zhèn)化進(jìn)程推進(jìn)，城市規(guī)模逐年擴(kuò)張，導(dǎo)致部分位置市政設(shè)施建設(shè)速度滯后，甚至并未根據(jù)城市發(fā)展進(jìn)行配套建設(shè)升級(jí)，從而導(dǎo)致在城市運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生由于市政基礎(chǔ)設(shè)施落后造成的各種問(wèn)題，如城市排水不良、交通擁擠等，并且對(duì)后期市政基礎(chǔ)設(shè)施的改建升級(jí)工作造成一定的難度。

在城市發(fā)展中由于城市建筑需要，排水設(shè)施位置設(shè)置不合理，在城區(qū)發(fā)展中影響其他建筑的建設(shè)開(kāi)工和城市用地的合理開(kāi)發(fā)。而地下設(shè)施的改建升級(jí)通常需要對(duì)地面建設(shè)物進(jìn)行改遷，將地面開(kāi)挖進(jìn)行地下排水管線的敷設(shè)施工，在此過(guò)程中拆遷、改移費(fèi)用將會(huì)導(dǎo)致城市管線改建升級(jí)工程的成本提高。為了控制工程成本，頂管施工技術(shù)被引入城市地下排水管道的施工中，即通過(guò)不拆遷地面建筑和管線，在地面以下僅將部分頂進(jìn)管道頂進(jìn)線路上的地下管線進(jìn)行改移，以暗挖頂進(jìn)的形式施工地下排水管道。該技術(shù)自實(shí)施以來(lái)，以降低工程成本、節(jié)約工程拆遷改移投入、減小對(duì)地面交通的影響等優(yōu)勢(shì)成為近年城市地下管道施工的熱門(mén)工法。

文章以昆明南窯村地下排水管線頂管工程為研究對(duì)象，通過(guò)對(duì)該工程項(xiàng)目的工程地質(zhì)研究，分析頂管法設(shè)計(jì)中的參數(shù)選取和方案確定，旨在為類(lèi)似工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)提供參考。

1 工程背景

南窯村位于昆明官渡區(qū)，緊臨南窯火車(chē)站，其中，明通河由北向南流經(jīng)南窯村。南窯村地面建筑現(xiàn)狀主要以原有村民自蓋房為主，地物布局散亂，城市環(huán)境質(zhì)量差，影響南窯村及周邊的城市形象。結(jié)合昆明城中村的改造要求，南窯村正在實(shí)施改造。

在南窯村的整治過(guò)程中，通過(guò)頂管法施工的新建d1800圓管涵排水通道，不但可以理順片區(qū)排水系統(tǒng)，建立有組織的排水系統(tǒng)，還可以有效遏制城市廢水對(duì)城市生態(tài)和環(huán)境的污染，提高地區(qū)環(huán)境質(zhì)量，最大限度地控制洪澇災(zāi)害，落實(shí)國(guó)家雨污分流的提高水資源利用率政策，同時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)城市發(fā)展中充分發(fā)揮建設(shè)用地的作用。

南窯村所在位置工程地質(zhì)多變，包括砂土（細(xì)砂、中砂、粗砂、粗砂、礫砂），可塑、硬塑狀的粉質(zhì)黏土，劃為Ⅰ級(jí)松土；半堅(jiān)硬、硬塑的黏性土以及一般碎石土，劃為Ⅱ級(jí)普通土；堅(jiān)硬（密實(shí)）的粉土、黏性土，含有較多塊石及漂石的土，全風(fēng)化巖石，劃為Ⅲ級(jí)硬土；強(qiáng)風(fēng)化巖石、中密～密實(shí)的漂石土、塊石土，劃為Ⅳ級(jí)軟石；中～微風(fēng)化砂巖、灰?guī)r，劃為Ⅴ級(jí)次堅(jiān)石。

沿線工程巖土種類(lèi)多、巖性差，地面建筑物分布擁擠雜亂，由此可見(jiàn)，在南窯村進(jìn)行排水圓管涵的施工采取明挖法施工的可能性較小，頂管法成為最佳選擇。

2 頂管設(shè)計(jì)的要點(diǎn)

南窯村工程地質(zhì)復(fù)雜多變，在頂管設(shè)計(jì)中選擇參數(shù)和施工參數(shù)的時(shí)候，應(yīng)加強(qiáng)與實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)工程地質(zhì)的結(jié)合。

南窯村地面建筑物主要是以自建低矮居民房為主，地面開(kāi)挖施工地下設(shè)施的難度較大，結(jié)合該工程實(shí)際情況，選擇頂管法對(duì)地面建筑物的影響小、施工速度快、工程造價(jià)相對(duì)較低，因此在南窯村地下排水項(xiàng)目中選取以頂管法進(jìn)行施工。

頂管由于是在地面下，通過(guò)管道前端部開(kāi)挖和管道尾部通過(guò)推進(jìn)設(shè)備將管道安裝到設(shè)計(jì)預(yù)定位置。該頂管施工項(xiàng)目中，工程地質(zhì)復(fù)雜多變，在不同里程處工程地質(zhì)出現(xiàn)變化，在相同里程處不同斷面位置工程地質(zhì)也會(huì)出現(xiàn)變化，從而導(dǎo)致頂管頂進(jìn)中必須時(shí)刻加強(qiáng)頂管位置檢測(cè)和位置調(diào)整；而且工程地質(zhì)巖土體強(qiáng)度較大，在設(shè)計(jì)中應(yīng)該根據(jù)實(shí)際工程地質(zhì)條件選擇頂管前方刃腳角度、材料和強(qiáng)度。同時(shí)，在始發(fā)井和接收井設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)對(duì)井側(cè)壁的穩(wěn)定性進(jìn)行驗(yàn)算，保證在始發(fā)井和接收井施工及頂管頂進(jìn)過(guò)程中能夠正常維持穩(wěn)定和施工期間安全。頂管施工由于在地下暗挖頂進(jìn)施工，在老舊的南窯村復(fù)雜的地下管線現(xiàn)狀下，對(duì)地下管線的相關(guān)資料無(wú)法準(zhǔn)確、完整獲取，因此在設(shè)計(jì)中必須加強(qiáng)地質(zhì)條件勘查工作，保證在頂管頂進(jìn)之前頂管前進(jìn)線路上的管線改移到其他位置，避免因頂管施工造成現(xiàn)有的地下管線破壞，影響市政工程作用的正常發(fā)揮。

3 針對(duì)工程實(shí)例進(jìn)行頂管設(shè)計(jì)

在頂管法施工中，由于受到城市地下環(huán)境及周?chē)h(huán)境的限制，在設(shè)計(jì)中需采取較為科學(xué)的設(shè)計(jì)方法，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，保證頂管頂進(jìn)中安全施工?，F(xiàn)針對(duì)案例進(jìn)行頂管設(shè)計(jì)。

3.1 設(shè)計(jì)原則及排水體制

根據(jù)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要及沿線地區(qū)發(fā)展的實(shí)際情況，結(jié)合沿線河道規(guī)劃和排水規(guī)劃，確定經(jīng)濟(jì)合理、安全可靠的排水方案，以保證各類(lèi)基礎(chǔ)設(shè)施滿足社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展需要。該工程采用雨、污完全分流制，分別設(shè)置雨、污水排水系統(tǒng)排放。文章主要研究污水排放管道的安裝頂進(jìn)施工。

3.2 污水排放系統(tǒng)

根據(jù)城市發(fā)展規(guī)劃和雨污分流布局，在永平路以南的明通河邊已經(jīng)建成了一根d1800的截污干管，但由于已建的截污干管從地塊內(nèi)和改造后的明通河下穿過(guò)，為了保證地塊的開(kāi)發(fā)利用和明通河的改造的實(shí)施，將對(duì)永平路至站前西路的截污干管進(jìn)行改遷，將截污干管遷改至道路西側(cè)的人行道下。

該工程的污水管主要收集道路兩側(cè)地塊產(chǎn)生的生活污水，此外，道路西側(cè)改遷的截污干管還承擔(dān)著污水轉(zhuǎn)輸?shù)娜蝿?wù)。道路東側(cè)污水管道布置在機(jī)動(dòng)車(chē)道下，污水收集后排入道路西側(cè)d1800截污干管；道路西側(cè)為改遷的d1800截污干管。

3.3 管材選擇

該工程d1800污水頂管采用Ⅲ級(jí)鋼筋混凝土鋼承口管，污水管接口為橡膠圈接口，雨水管接口為水泥砂漿抹帶接口。雨水口采用鋼筋混凝土雨水篦子，井蓋采用鋼筋混凝土井蓋。

3.4 頂管施工工序

道路西側(cè)截污干管的改造范圍為永平路—站前西路段，改造范圍內(nèi)新建1座BXH=8m×4.5m的工作井，位于K0+075.619處；新建2座φ4.0m接收井，分別位于K0+000.801和K0+191.547處，與老截污干管相交。施工時(shí)從工作井分別向2座接收井頂進(jìn)，接上老截污干管。

3.5 頂管施工工序

（1）設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)。①該工程管道使用年限為50年，結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為二級(jí)。②管道擬建場(chǎng)地地震加速度為0.2g，場(chǎng)地設(shè)計(jì)地震分組為第二組，抗震設(shè)防烈度為8度。③管道結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)R=1.0。

（2）采用材料。①管道材料：管道采用鋼筋混凝土管。②焊接材料：手工焊采用的焊條，應(yīng)符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《碳鋼焊條》（GB/T 5117—1995）的規(guī)定，選擇的焊條型號(hào)應(yīng)與主體金屬力學(xué)性能相適應(yīng)，并應(yīng)符合國(guó)家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。

（3）沉井與頂進(jìn)參數(shù)設(shè)計(jì)。①管道上部超挖部分應(yīng)在頂進(jìn)完成后注漿填實(shí)，頂部最大超挖厚度≤15mm。②頂進(jìn)施工時(shí)應(yīng)按相應(yīng)施工規(guī)范對(duì)頂力進(jìn)行計(jì)算，工作井頂管頂力要求詳細(xì)說(shuō)明各頂管井施工圖，若超過(guò)此值，應(yīng)采取措施減小頂力。③頂管施工應(yīng)控制地面沉降≤10mm、地面的隆起量≤20mm，以減小地面變形對(duì)附近建構(gòu)筑物以及地下設(shè)施的不利影響。④工作井采用沉井法施工，排水下沉，干封底，施工時(shí)依據(jù)當(dāng)?shù)赝临|(zhì)的滲透系數(shù)，在沉井外采用適宜的井點(diǎn)降水方法。施工過(guò)程中應(yīng)將地下水位控制在底板標(biāo)高以下500mm。⑤沉井井壁施工縫應(yīng)采用凹槽式接法，結(jié)合面應(yīng)盡量粗糙，第二次澆筑前應(yīng)將施工縫鑿毛，用水沖洗干凈，并在施工縫結(jié)合面涂刷純水泥漿2遍（水灰比為0.3～0.4），然后澆注混凝土。確保混凝土結(jié)合密實(shí)，要求澆筑豐滿、振搗密實(shí)、不得殘留縫隙。特別是梁與壁板結(jié)合處，沉井井壁與底板結(jié)合的刃腳榫口處需按施工縫處理。⑥沉井應(yīng)一次制作，澆注混凝土后必須達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的100%方可下沉，沉井沉到設(shè)計(jì)標(biāo)高后隨之做封底墊層及底板。在沉井底板未達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度之前，不得停止井外降水工作。⑦圖內(nèi)所有穿墻套管、預(yù)留孔洞、預(yù)埋鐵件等都必須在澆筑混凝土之前按圖紙位沉之前應(yīng)用磚置預(yù)留好，不得事后開(kāi)鑿，特別是沉井預(yù)留洞在下堵死，并抹以水泥砂漿，待安裝管道時(shí)再將磚拆除。⑧沉井在下沉中應(yīng)結(jié)合當(dāng)?shù)氐氖┕そ?jīng)驗(yàn)，采取可靠的施工措施控制下沉速度，防止突沉，下沉中挖土必須均勻?qū)ΨQ(chēng)，放在沉井四周。沉井下沉過(guò)程中應(yīng)嚴(yán)密觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)沉井傾偏及時(shí)糾正，使沉井接近設(shè)計(jì)標(biāo)高偏差不能超過(guò)相關(guān)規(guī)范要求。⑨施工頂進(jìn)中若遇房屋等建構(gòu)筑物，應(yīng)有其基礎(chǔ)資料以便對(duì)頂進(jìn)施工進(jìn)行調(diào)整，保證不破壞其基礎(chǔ)，如無(wú)法調(diào)整應(yīng)向業(yè)主和設(shè)計(jì)人員反映并重新確定。⑩該工作井在頂管施工中應(yīng)使千斤頂反力均勻作用于靠背墻（井壁）上，作用面積≥9m2（3m×3m）。頂管井背墻為淤泥，泥炭土等軟弱土層，是否需要加固由施工單位根據(jù)實(shí)際頂力大小確定。?管道頂管穿越部分河道地段由于管頂覆土太薄（管頂覆土厚度≤2管徑）不能滿足頂管覆土厚度要求，因此對(duì)于此地段采用編制帶壓重進(jìn)行頂管。

針對(duì)案例中的實(shí)際工況，開(kāi)展頂管法設(shè)計(jì)工作，并根據(jù)施工檢測(cè)數(shù)據(jù)反饋分析，頂管的設(shè)計(jì)方案較為符合實(shí)際，頂進(jìn)過(guò)程中沒(méi)有出現(xiàn)較大險(xiǎn)情。

4 結(jié)論

社會(huì)進(jìn)步、城市發(fā)展促使了城市規(guī)模逐漸增大，在城市發(fā)展過(guò)程中，城市發(fā)展的形式經(jīng)常以環(huán)狀擴(kuò)展為主，從而導(dǎo)致老舊城區(qū)被圍在中心。而老舊城區(qū)的市政設(shè)施，由于不能滿足社會(huì)需要需要進(jìn)行改造施工，尤其是對(duì)地下管道的施工，通常需要開(kāi)挖地面，因而采取明挖法施工難度較大。在此背景下，催生了頂管法等暗挖技術(shù)在市政工程中的應(yīng)用。文章結(jié)合實(shí)際，根據(jù)南窯村工程項(xiàng)目特點(diǎn)進(jìn)行圓管頂進(jìn)法施工的設(shè)計(jì)，以期更好地完成對(duì)南窯村的改造，提升其城市形象，促進(jìn)其未來(lái)更好的發(fā)展。