城市給水管線頂管施工工藝研究

劉亞東

摘要：地下系統(tǒng)是一個城市最為重要的基礎(chǔ)設(shè)施之一，也是體現(xiàn)一個城市建設(shè)是否完善的重要標(biāo)志，隨著我國城市規(guī)模的擴(kuò)大以及人們對城市建設(shè)的要求提高，地下工程建設(shè)要求越來越高，開挖和施工的工藝研發(fā)也越來越完善，其中城市給水管道的傳統(tǒng)開挖施工方法在實際操作中被認(rèn)為有較大的局限性和不足，因此人們又研發(fā)出非開挖鋪管的技術(shù)，其中一個較為高效的工藝即本文提到的頂管法。頂管法可以有效提高作業(yè)的效率，并且盡可能避免對地上環(huán)境的破壞和干擾，減少對周邊居民正常生活的影響。因此，頂管法目前已經(jīng)被廣泛使用于各大城市的建設(shè)中，而本文將以北京市的城市給水管建設(shè)為例對頂管法施工工藝進(jìn)行討論。

關(guān)鍵詞：城市給水管線;頂管法;施工工藝

一、頂管施工的相關(guān)概述

（一）頂管法技術(shù)

頂管法是地下給水管道建設(shè)的一種施工工藝，這種技術(shù)是美國率先應(yīng)用的，后來傳到世界各地的城市建設(shè)中，一般用于城市的公路、鐵路以及水利系統(tǒng)等方面的建設(shè)。頂管法是一種不需要用到開挖鋪管的技術(shù)，主要方法就是根據(jù)工程建設(shè)的方案沿著管線設(shè)置兩個井，一個是能夠頂進(jìn)管道裝置的工作井，另一個是接收井。然后在工作井中鋪設(shè)能夠承壓的后座，將油壓千斤頂?shù)踹M(jìn)工作井后利用千斤頂將鋼管或者混凝土管沿著管線頂?shù)浇邮站?，并且沿線要注意接好照明措施，然后利用壓漿系統(tǒng)將管道周圍的泥土壓成泥漿套保護(hù)管道并且保證管道按照要求進(jìn)入。另外，在施工過程中還要用到激光經(jīng)緯儀調(diào)節(jié)頂管的方向。

（二）頂管法特點

首先，頂管法是一種非開挖鋪管技術(shù)，因此不需要進(jìn)行路面開鑿，也就意味著施工不會大量影響到地上的路面，占地面積小，不僅會減少地面活動的影響，也能夠降低工程的路面修復(fù)成本;其次，頂管法將施工作業(yè)的地點轉(zhuǎn)到地下，地上的基礎(chǔ)設(shè)施和活動都可以正常進(jìn)行，轉(zhuǎn)為地下施工噪音也比較小，像北京市這樣人口密集的城市，可以最大程度地不影響周邊居民的生活;再次，地上的路面系統(tǒng)復(fù)雜，管道鋪設(shè)的沿線道路可能遇到建筑、河流、山地等復(fù)雜地形和路面障礙物，地下工作可能減少這些障礙物的出現(xiàn)，減少拆除和修復(fù)的成本，同時降低施工難度;另外，地下作業(yè)環(huán)境較為簡單，而且頂進(jìn)的距離最短，速度相對較快，能夠有效縮短工程周期。綜合以上這些特點，頂管法是一種提高作業(yè)效率且有效降低成本的方法，但主要適用于一些具有承載力、且破除難度較小的非巖性土層。當(dāng)然，頂管法盡可能考慮了地上的復(fù)雜情況，但是在施工過程中，不能與地面工程過多交叉進(jìn)行，否則容易發(fā)生危險。

二、頂管技術(shù)施工應(yīng)用分析

（一）施工前期準(zhǔn)備

首先是開挖工作坑，工程人員要按照工程方案開挖工作坑并在底部澆筑能夠承重的混凝土底座，底座要和后座連接在一起，通過增加摩擦力減小后座的尺寸。接著在后座預(yù)埋兩根工字鋼作為導(dǎo)軌讓涵管可以沿直線頂進(jìn)。除此之外，工作坑內(nèi)還要設(shè)置一個工作槽用來焊接兩管底部和集水，這個工作槽一般要靠近壩體;接著是進(jìn)行后座的施工工作。后座的基本要求包含以下三個，第一是一開始所說的承壓問題，后座要能夠承受千斤頂?shù)膲毫?，所以澆筑的底座必須要具備足夠的硬?第二個是涵管順直的問題，為了保證頂進(jìn)的方向是正確的，底座必須與涵管中心線保持垂直;第三個是有一定深度的地基放置測量架，用于施工工程中的測準(zhǔn)和矯正。最后則是機(jī)具的準(zhǔn)備工作，根據(jù)以上工藝的要求，一般會用到挖掘機(jī)、油壓千斤頂、測量儀和鋼板等，其他機(jī)具根據(jù)具體的施工要求準(zhǔn)備。

（二）施工工藝

1.降水井

因為頂管工藝是在地下作業(yè)，如果在含水層的地下作業(yè)難度會提高，因此一旦遇到這種施工環(huán)境工程會先布置降水井降低地下的水位，一般來說要求水位要降低到最低施工層的30-50米以下。

2.工作井

工作井是整個頂管法施工的兩大關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，由于工作井承擔(dān)了管道頂進(jìn)的起點位置，因此工作井必須嚴(yán)格符合施工方案設(shè)計，否則會加大后續(xù)的下管、出土和頂進(jìn)工作難度。為了保證高效和安全作業(yè)，首先是對頂進(jìn)管的選擇，一般工程是按照設(shè)計方案和現(xiàn)場施工環(huán)境選擇頂管，先確定內(nèi)徑再根據(jù)受力情況確定配筋和外徑，最后確定長度。由于頂管工程面上會有工人挖土，因此管徑一般要大于500mm;而管道長度不同也會各有優(yōu)缺點，例如長管雖然可以減少裝管次數(shù)，但不好矯正和控制，可能反而增加回填恢復(fù)的成本，短管則相反，因此還是根據(jù)施工的具體方案設(shè)計為準(zhǔn)。

3.頂進(jìn)設(shè)備的選擇

根據(jù)上述描述的準(zhǔn)備機(jī)具，千斤頂是最主要的設(shè)備之一，用于管道的頂進(jìn)工作，理論上會用到4只千斤頂，實際操作可能會有所增減，而4只千斤頂則會分成兩列排布，最主要的頂進(jìn)工作用單沖程千斤頂執(zhí)行。一般來說，千斤頂?shù)目傂谐淘?.1米左右，最大頂力要達(dá)到30kN，負(fù)責(zé)主頂工作的千斤頂甚至要達(dá)到120kN。而另一種較為重要的頂進(jìn)設(shè)備是工具管，這是用來開挖的工具，分為開挖艙和操作艙，工人在操作艙運行開挖艙，而開挖艙的相關(guān)部件較為齊全，分別有擋土格柵、泥土攪拌器、高壓水槍和照明系統(tǒng)，功能多樣。另外兩個艙之間的鋼板除了隔離作用還設(shè)置了水密閘門能夠讓工人開通兩艙進(jìn)行檢查和修復(fù)工作。

4.下管

下管主要是用于確定位置和方向，導(dǎo)軌和管道中心線分別發(fā)揮作用。第一管節(jié)在下到導(dǎo)軌之后，會和導(dǎo)軌上的機(jī)頭導(dǎo)向環(huán)連接，這樣能夠確定管節(jié)開頭保持準(zhǔn)確方向，注意管節(jié)不能與導(dǎo)軌有碰撞，因此放置過程要小心;另外管道中心線是整個過程的標(biāo)志，要與前端和后端高程保持一致，同時符合施工方案的設(shè)計。在兩方都確定無誤后，就可以開始頂進(jìn)工作了。

5.頂進(jìn)

頂進(jìn)工作是最主要的施工步驟，又分為兩個大階段——頂進(jìn)階段和糾偏階段，兩個階段同時進(jìn)行。首先是頂進(jìn)階段，頂進(jìn)階段分為兩個步驟，頂進(jìn)和管外圍注漿。頂進(jìn)的推進(jìn)速度一般控制在3-4厘米/分鐘，不能超過5厘米/分鐘，另外為了保證頂進(jìn)的通道是順直的，在頂進(jìn)的最初階段要多多測量，基本上頂進(jìn)30毫米左右就可以測準(zhǔn)中心和高程的位置是否保持一致，然后推進(jìn)0.8-1米的位置就記錄一次位置，這樣一開始進(jìn)行的校準(zhǔn)可以減少中后期偏離的情況，降低返工的成本。接著是同時進(jìn)行的管外圍注漿，在頂進(jìn)過程中，注漿要同時進(jìn)行，管外圍必須時刻形成泥漿套，作為支承和減小阻力的工具。另外就是第二大階段，校準(zhǔn)工作。在頂管施工的前3米左右以及頂進(jìn)過程中的高程和中心線要實行一鎬一測，頂管機(jī)頭也可以設(shè)置糾偏系統(tǒng)幫助糾正。在整個過程中，最容易出現(xiàn)問題的就是偏離，因此測量要勤，每一次糾偏的角度不宜過大，在糾偏過程中要預(yù)測接下來頂進(jìn)的趨勢。同時，糾偏還要遵循先解決大的問題，即左右和高低都有偏差時，偏差大的先糾偏，后面在小幅度糾正偏差小的，防止偏差越來越大。頂進(jìn)完成后還要進(jìn)行壓漿加固，次數(shù)不得少于三次，兩次間隔不超過24小時，做好壓漿記錄。

三、結(jié)束語

綜上所述，城市的給水管線頂管法作為一種非開挖鋪管的技術(shù)，能夠充分利用地下進(jìn)行鋪設(shè)，解決了在路面開槽和地上工作的弊端，也提高了作業(yè)的效率，降低了工程成本。而在地下工作也面臨著糾偏校準(zhǔn)的問題，因此頂進(jìn)階段的工作同樣要注意管道推進(jìn)的角度，從而減少返工的次數(shù)，真正做到高效施工。

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（作者單位：北京市自來水集團(tuán)禹通市政工程有限公司）