市政排水非開挖頂管施工技術(shù)及實(shí)施要點(diǎn)之研究

王立峰

摘要：本文將以金海道的排水工程作為對(duì)象，嘗試性研究土壓平衡以及長距離頂管作業(yè)技術(shù)辦法和使用思路，充分驗(yàn)算深基坑支護(hù)穩(wěn)定性，得出結(jié)果非開挖管道這項(xiàng)技術(shù)的使用有著合理的經(jīng)濟(jì)條件和可行的技術(shù)條件，是市政排水中的有利助手。

Abstract： This article takes the drainage project of Gimhaedo as an object， and tries to study the earth pressure balance and the technical methods and application ideas of long-distance pipe jacking operation. The stability of deep foundation pit support is fully checked and the result is that the use of non-excavation pipe technology has reasonable economic conditions and feasible technical conditions， and is a favorable assistant in municipal drainage.

關(guān)鍵詞：市政排水;非開挖頂管;施工技術(shù);施工要點(diǎn)

Key words： municipal drainage;non-excavated pipe jacking;construction technology;construction points

中圖分類號(hào)：TU991.05 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1006-4311（2020）06-0171-02

1 ?非開挖頂管技術(shù)理論

美國早在1994年就已經(jīng)將非開挖頂管這種技術(shù)作為建筑行業(yè)、城市設(shè)施規(guī)劃的基本技術(shù)，為的是增強(qiáng)美國建筑行業(yè)市場(chǎng)競(jìng)爭能力和技術(shù)水平。再比如美國的路易斯安娜理工、英國的曼徹斯特工業(yè)、德國的波鴻等一大堆知名院校為了發(fā)揮該技術(shù)價(jià)值和優(yōu)勢(shì)，也有相繼開展非開挖相關(guān)研究機(jī)構(gòu)和技術(shù)課程，為建筑行業(yè)、建筑體系輸送和培養(yǎng)著大量精英人才。

這種技術(shù)雖然進(jìn)入我國時(shí)間晚，但是因?yàn)樵摷夹g(shù)的優(yōu)勢(shì)十分明顯。比如不需要做地面面層挖掘，就可以直接越過地下管道、地面的構(gòu)筑物、河道、鐵路和公路直接來到對(duì)面[1]。該技術(shù)的使用和發(fā)展也讓城市的基礎(chǔ)工程，比如通信工程、電力工程、煤氣安裝、排水管道作業(yè)獲得了非常好的發(fā)展。并不會(huì)對(duì)周圍造成粉塵污染、噪聲污染、交通限制。該技術(shù)在實(shí)踐中已經(jīng)為我國的建筑行業(yè)帶來了巨大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。具體流程為，先做管道一端的工作坑挖掘，在這個(gè)工作坑的挖掘作業(yè)結(jié)束以后，在工作坑道中安裝用于頂進(jìn)的裝置。隨后把管道放到土層，在頂進(jìn)中排除周圍的土體，最后讓管道一節(jié)一節(jié)的進(jìn)入到土層，直到管道到達(dá)了預(yù)期設(shè)計(jì)的位置，長度滿足了工程需求。

2 ?工程實(shí)例

2.1 工程概況

本次的工程對(duì)象為金海道排水項(xiàng)目。該項(xiàng)目地理位置在海河?xùn)|路的東面，作業(yè)區(qū)域的兩側(cè)是大量的居民樓、住宅樓。管線和樓的外側(cè)只有12米。頂管的總長度為514米。所用的頂管外徑2640毫米，內(nèi)徑2200毫米，每一段管節(jié)有2400毫米，一控189米。施工現(xiàn)場(chǎng)的頂管坡度為0，覆蓋4.3米厚的土體。施工中外徑應(yīng)用土壓平衡多刀盤頂管機(jī)，外徑為2640毫米。施工中的最大頂力是1400噸，這里每噸為10千克。施工現(xiàn)場(chǎng)的周圍不論是地表還是地下都十分的復(fù)雜。在襯砌接縫作業(yè)中，防水使用的材料是天然橡膠圈，以鍥型形式出現(xiàn)。

2.2 多刀盤土壓平衡頂管機(jī)選擇和使用

在作業(yè)中工程使用了多刀盤土壓平衡頂管機(jī)。這種頂管機(jī)的刀盤切面為斷面百分之六十。雖然這種頂管機(jī)并沒有大刀盤土壓平衡頂管機(jī)所擁有的全斷面切削攪拌能力，不過已經(jīng)足以應(yīng)對(duì)軟土地層的頂管作業(yè)。一般情況下，大刀盤土壓平衡頂管機(jī)質(zhì)量能夠達(dá)到施工現(xiàn)場(chǎng)所排出土體的0.6倍質(zhì)量。而多刀盤土壓平衡頂管機(jī)則只有0.4倍[2]。從這個(gè)數(shù)據(jù)對(duì)比得出的結(jié)果是，本次項(xiàng)目所用頂管機(jī)能夠防止機(jī)頭過重問題引起的方向失控，規(guī)避了走低問題的出現(xiàn)。本次生產(chǎn)中用對(duì)稱布置的方式分配四把切削刀盤。因此只需要反方向旋轉(zhuǎn)左右刀盤就能夠讓刀盤轉(zhuǎn)矩保持平衡，而不是經(jīng)常出現(xiàn)偏移，就好像大刀盤頂管機(jī)一樣。頂管結(jié)構(gòu)如圖1所示。

在實(shí)踐中得到的結(jié)果是，這一次項(xiàng)目所用多刀盤土壓平衡頂管機(jī)的出土十分方便，維修十分簡便。簡單的結(jié)構(gòu)和低廉的價(jià)格，外加較輕的自重成為了本次施工中的重要優(yōu)勢(shì)，很適合在軟黏土中做頂管作業(yè)。

2.3 頂進(jìn)中進(jìn)出洞施工

出洞頂進(jìn)在作業(yè)中是非常基礎(chǔ)和重要的環(huán)節(jié)，自從離開工作坑以后，就開始了生產(chǎn)。為了確保頂管機(jī)的出洞足夠順利，避免土體的塌落進(jìn)入到工作井當(dāng)中。在出動(dòng)前就需要先打鋼板樁在磚封門前。在鋼板樁到達(dá)工作井底板的深度后結(jié)束。出洞時(shí)需要先拆除磚封門，此時(shí)因?yàn)橛袖摲忾T所以沒有土體涌入。在頂管機(jī)到鋼封門的50至100毫米以后，此時(shí)的洞口止水圈開始發(fā)揮作用。隨后從其中的一側(cè)朝向另外的一側(cè)開始去除鋼板樁。為了減少鋼板樁在拔除中帶給頂管機(jī)周圍土體的影響，引起建筑間隙出現(xiàn)。在拔出鋼板樁以后需要第一時(shí)間頂進(jìn)，減少停頓。

早期出洞時(shí)，因?yàn)轫敼軝C(jī)的正面土壓比機(jī)頭、混凝土管節(jié)周圍摩阻力、導(dǎo)軌摩阻力總和大，故有很大概率會(huì)出現(xiàn)管節(jié)后退問題，此時(shí)就會(huì)出現(xiàn)頂管機(jī)土體坍塌。會(huì)導(dǎo)致頂管機(jī)再次推進(jìn)時(shí)出現(xiàn)向上爬高，方向失控。對(duì)此本次工程選擇了在洞口的周圍安裝手拉葫蘆。施工中主頂油缸回縮前，拉住最后的一節(jié)管節(jié)，以免管節(jié)后退，要減少出洞出現(xiàn)的機(jī)頭拋高問題。最后反饋的結(jié)果不錯(cuò)，十分理想。出洞高程偏值只有3.8厘米。

2.4 長距離頂進(jìn)作業(yè)

2.4.1 軸線控制 ?在施工中最關(guān)鍵的部分就是控制頂力?？紤]到頂管作業(yè)中，影響頂力最突出的要素就是糾偏，頂管機(jī)頂進(jìn)作業(yè)中很有可能會(huì)因?yàn)槭芰Σ痪?，出現(xiàn)管道設(shè)計(jì)軸線偏離的情況。故本次工程作業(yè)中選擇在機(jī)頭旋轉(zhuǎn)和前進(jìn)方向做糾偏，確保機(jī)頭能夠按照預(yù)期規(guī)劃的方向穩(wěn)定前進(jìn)。頂進(jìn)作業(yè)中糾偏是必不可少的工序，需要貫徹頂進(jìn)作業(yè)適中。每一次的糾偏都要通過施加力矩的方式讓頂管機(jī)能夠改變正在前進(jìn)的方向。力矩的施加如同在頂管機(jī)增加了一種壓力、阻力。在規(guī)范中阻力并沒有直接反應(yīng)但卻是不容忽視的內(nèi)容。

2.4.2 注漿減阻 ?注漿減阻在長距離頂管作業(yè)中是非常重要的技術(shù)，其關(guān)系到最后能否成功頂管。為了在施工中，減少管道外壁摩阻力就需要使用該技術(shù)。要結(jié)合圖紙情況合理調(diào)整潤滑泥漿配方，要確保泥漿足夠穩(wěn)定，從而應(yīng)對(duì)各種施工環(huán)境。注漿孔一定要合理布置。混凝土的管節(jié)雄頭一次按120度分別設(shè)置三個(gè)孔。管節(jié)的斷面右側(cè)安裝壓漿總管。本次工程中每隔7.2米設(shè)置一個(gè)注漿孔和三通閥門連接管柱注漿孔。生產(chǎn)中要用到合適的壓漿手段，要嚴(yán)格控制壓漿操作、壓漿流程。確保頂進(jìn)中的建筑間隙能夠被泥漿填補(bǔ)，構(gòu)成泥漿套。泵的出口壓力為1至1.25*105Pa。管節(jié)雄頭一側(cè)近邊設(shè)置壓漿孔。完成管節(jié)拼接以后，前一節(jié)的鋼環(huán)就能夠覆蓋注漿孔。漿液壓出以后，會(huì)在混凝土管節(jié)外壁和鋼套環(huán)出形成漿套，最后被擠出。易于形成的泥漿套有著非常明顯的減摩效果。

2.4.3 中繼網(wǎng) ?本次項(xiàng)目用到了中繼間做頂進(jìn)輔助。布置中繼間的時(shí)候充分考慮了操作和頂力要求，將頂進(jìn)速度和質(zhì)量的提高作為出發(fā)前提。第一個(gè)中繼間放在了靠前位置。由于頂管機(jī)在正面土壓頂進(jìn)時(shí)會(huì)受到施工情況和土質(zhì)條件影響出現(xiàn)變化，因此總推力在來到設(shè)計(jì)推力60%以后設(shè)置中繼間。在來到80%時(shí)繼續(xù)設(shè)置中繼間。在到達(dá)90%時(shí)候重復(fù)設(shè)置中繼間。本次工程總長189米，一共設(shè)置了兩套中繼間。第一個(gè)中繼間被布置在了工程104米，因?yàn)橛兄己玫哪酀{減阻結(jié)果，有效完美的控制了頂進(jìn)和走線，故實(shí)際頂進(jìn)過程中的阻力臂理論設(shè)計(jì)、理論計(jì)算結(jié)果要小非常多，直到最后第二套中繼間都沒有發(fā)揮作用。簡化了頂進(jìn)流程，極大的提高了頂進(jìn)速度。

2.5 鋼板樁

本次工程的基坑有7.5米。另外施工管線和周圍居民樓相鄰很近，所以工作坑與管道的作業(yè)都會(huì)對(duì)周圍土壤造成影響，很有可能會(huì)破壞周圍土體、建筑物穩(wěn)定性。為了保障施工安全、工期達(dá)標(biāo)，最后選擇使用鋼板樁與深層攪拌裝止水帷幕支護(hù)工作坑。

2.5.1 入土深計(jì)算 ?使用質(zhì)恩法做樁最小土深度計(jì)算，得出的結(jié)果是樁長12米，入土深度4.29米。

2.5.2 穩(wěn)定性計(jì)算 ?穩(wěn)定性的計(jì)算包括管涌計(jì)算、隆起計(jì)算、滑動(dòng)計(jì)算。管涌計(jì)算。本工程深度T4.43米。結(jié)合計(jì)算結(jié)果，并不會(huì)有管涌破壞出現(xiàn)。隆起計(jì)算。軟土層做深基坑作業(yè)，如支護(hù)結(jié)構(gòu)土體質(zhì)量超過地基承載力，那么地基平衡狀態(tài)就無法保障，出現(xiàn)坑底隆起、坑頂下陷、坑壁土流動(dòng)情況。為避免這種現(xiàn)象就需要計(jì)算?；瑒?dòng)計(jì)算。該項(xiàng)目就是對(duì)支點(diǎn)支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算，確認(rèn)支護(hù)并不會(huì)出現(xiàn)彎曲，引起整體滑動(dòng)，無法保障穩(wěn)定性。

2.6 深層攪拌樁

2.6.1 土壓計(jì)算 ?要充分考慮粘性土粘聚力、內(nèi)摩擦帶來的影響。為了完成計(jì)算的優(yōu)化，本次項(xiàng)目對(duì)于成層分布土體使用墻底各層土物理力學(xué)指標(biāo)方法，做層厚加權(quán)平均。

2.6.2 抗傾覆計(jì)算 ?以重力擋墻展開墻體饒前趾A抗傾覆安全系數(shù)計(jì)算。實(shí)踐中以同類型項(xiàng)目工程情況選擇安全系數(shù)。最后得出的計(jì)算結(jié)果是K≥1.0至1.1，從結(jié)果看來本次的抗傾覆計(jì)算滿足了工程設(shè)計(jì)要求和規(guī)定，安全性得到了保障。

2.6.3 樁厚計(jì)算 ?根據(jù)支護(hù)規(guī)程，在設(shè)計(jì)水泥土厚度的時(shí)候，要確保其滿足抗傾覆穩(wěn)定要求。在水泥土的墻底位于黏土?xí)r，得出最后的計(jì)算結(jié)果是B≥1.5米。

2.6.4 土體變形計(jì)算 ?最大土體沉降量計(jì)算，在工程重要性系數(shù)為K≤1.2情況下，得到的結(jié)果是0.03米。地面沉降最遠(yuǎn)影響距離的計(jì)算最后是11.6米，也就是要距離周圍居民建筑11.6米施工，以免威脅周圍環(huán)境。

2.7 工程要點(diǎn)

本次工程使用定向鉆孔，污水管為5米深度。定向鉆穿越的關(guān)鍵在于導(dǎo)向孔與擴(kuò)孔、管道回拖。為保障工程圓滿和順利，要求所有工種與崗位認(rèn)真負(fù)責(zé)。首先是放線防線測(cè)量要根據(jù)施工圖的線路定位樁、穿越控制樁情況，做標(biāo)高和測(cè)量，得出管道中心線的位置。隨后是導(dǎo)向孔施工。使用探頭、導(dǎo)向鉆頭，啟動(dòng)鉆桿回轉(zhuǎn)2米左右，做軌跡施工。導(dǎo)向儀是導(dǎo)向孔施工的關(guān)鍵點(diǎn)。最后是擴(kuò)孔與回拖。結(jié)束導(dǎo)向孔作業(yè)后做多次擴(kuò)孔，不斷擴(kuò)大鉆頭?？字械墓茏邮冀K懸浮，孔洞和管道四周使用泥漿潤滑，減少回拖的阻力。擴(kuò)孔中適當(dāng)增加水流量和泵壓。護(hù)管回拖中，管前需要有管帽，時(shí)刻觀察現(xiàn)場(chǎng)出土情況，保障拉力正常。

3 ?結(jié)語

在長距離頂管這種技術(shù)的支持下，頂管作業(yè)的成本和難度得到了有效控制，節(jié)省了大量經(jīng)費(fèi)和工期，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益非常突出。實(shí)踐中應(yīng)用注漿減阻，解決了阻力要求，為軸線控制和快速頂進(jìn)提供了很大的幫助。作業(yè)中，如果和周圍建筑物相近，必須使用支護(hù)技術(shù)，減少對(duì)周圍建筑物、地下管線影響。非開挖頂管造價(jià)低、無排污、基本沒有噪音和振動(dòng)，很適合市政項(xiàng)目的排水。

參考文獻(xiàn)：

[1]鐘漢杰.非開挖頂管施工技術(shù)在市政管網(wǎng)中的應(yīng)用[J].工程技術(shù)研究，2019，4（21）：89-90.

[2]馮玉權(quán).市政排水非開挖頂管施工技術(shù)及實(shí)施要點(diǎn)之研究[J].居舍，2019（15）：46，23.

[3]莫世揚(yáng)，楊曉偉，洪元堂，等.非開挖頂管工藝在公路污水管線下穿工程中應(yīng)用分析[J].公路工程，2019，44（02）：151-155.