芻議頂管技術(shù)在市政工程管道施工中的應(yīng)用

劉祥興

摘 要：隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步，在市政工程建設(shè)過(guò)程中，受城市建筑物、交通擁堵、地下設(shè)施等因素的影響，地下管線的敷設(shè)施工組織異常困難。頂管施工技術(shù)作為一種現(xiàn)代化管道敷設(shè)技術(shù)，近年來(lái)在市政地下管線施工中得到了廣泛應(yīng)用。該技術(shù)與傳統(tǒng)的明挖覆蓋法相比，減少了施工對(duì)周邊環(huán)境的干擾，在不中斷交通的情況下，可實(shí)現(xiàn)管道的安全、快速敷設(shè)。結(jié)合工程實(shí)際，簡(jiǎn)明扼要地從施工技術(shù)原理、工作坑設(shè)計(jì)、頂管作業(yè)、注漿、施工監(jiān)測(cè)以及施工過(guò)程中問(wèn)題的處理等方面進(jìn)行了研究，對(duì)以后類(lèi)似工程施工具有一定的借鑒意義。

關(guān)鍵詞：頂管技術(shù);市政工程;管道施工;應(yīng)用

引 言

在現(xiàn)階段我國(guó)城市發(fā)展中，市政給排水系統(tǒng)作為比較關(guān)鍵的一個(gè)重要組成部分，確實(shí)也面臨著更高的施工建設(shè)要求，為了較好優(yōu)化提升市政給排水施工建設(shè)效果，切實(shí)把握好管道安裝鋪設(shè)環(huán)節(jié)極為必要。頂管施工技術(shù)是當(dāng)前市政給排水施工中越來(lái)越常見(jiàn)的一類(lèi)處理手段，其作為非開(kāi)挖施工方法，確實(shí)在很多城市區(qū)域表現(xiàn)出了明顯的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，對(duì)于施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的影響較小。但是頂管施工技術(shù)的要求同樣也較高，需要技術(shù)人員重點(diǎn)圍繞著各個(gè)關(guān)鍵技術(shù)要點(diǎn)進(jìn)行嚴(yán)格把關(guān)。

一、頂管施工技術(shù)簡(jiǎn)介

當(dāng)前，頂管結(jié)構(gòu)中主要有三種平衡理論：氣壓平衡、泥水平衡和土壓力平衡理論。氣壓平衡分為總氣壓平衡和局部氣壓平衡。總氣壓平衡是在恒定壓力下用空氣填充管道或挖掘表面，并利用該壓力平衡地下水壓力。局部氣壓平衡僅在挖進(jìn)機(jī)的土箱中充滿一定量的空氣，以平衡地下水壓力并在開(kāi)挖面排出地下水。泥水平衡理論是一種管道推進(jìn)方法，它使用一定數(shù)量的粘土和一定密度的泥水來(lái)填充集水箱的泥漿箱并對(duì)其施加一定的壓力，以平衡地下水壓力和土壓力。土壓力平衡理論是一種高層管理理論，它平衡了安裝鉆孔機(jī)的土壤壓力、土壤層的地下水壓力與鉆孔機(jī)基礎(chǔ)內(nèi)部的土壤壓力之間的平衡。從發(fā)展趨勢(shì)的觀點(diǎn)出發(fā)，根據(jù)土壓力平衡理論進(jìn)行設(shè)計(jì)，綜合考慮應(yīng)用范圍、施工過(guò)程中排出的泥漿的易處理性、集管箱的設(shè)備成本。

二、頂管技術(shù)在市政工程管道施工中的應(yīng)用

（一）頂管機(jī)頭進(jìn)洞。工作豎井施工完成后，洞口加固后，用風(fēng)鎬人工將洞門(mén)砼鑿除，確保外部土體穩(wěn)固的基礎(chǔ)上，將井壁固定鋼筋迅速切斷，人工將土層向前開(kāi)挖50厘米，將頂管機(jī)頭置于洞口中，頂管機(jī)刀盤(pán)完全進(jìn)洞后，安裝止水圈，安裝完成后，將所有頂進(jìn)設(shè)備以及頂管機(jī)刀盤(pán)啟動(dòng)，開(kāi)始頂進(jìn)作業(yè)，頂進(jìn)作業(yè)過(guò)程中必須嚴(yán)格遵循操作規(guī)程要求。為保障頂管施工質(zhì)量，應(yīng)設(shè)置試驗(yàn)段，充分考慮頂進(jìn)效果、土質(zhì)條件等因素，優(yōu)化調(diào)整刀盤(pán)轉(zhuǎn)速、扭矩。由于這時(shí)頂進(jìn)阻力相對(duì)較小，因此頂進(jìn)速度不可超過(guò)15毫米/分鐘，以避免機(jī)頭整體旋轉(zhuǎn)問(wèn)題的出現(xiàn)。機(jī)頭完全進(jìn)入土層，且沒(méi)有發(fā)生旋轉(zhuǎn)，則可逐步提升頂進(jìn)速度。

（二）頂管工程工法的選擇。頂管工程的發(fā)展由來(lái)已久，但由于成本受限以及國(guó)內(nèi)產(chǎn)品、技術(shù)的局限性，早年應(yīng)用于國(guó)內(nèi)的往往是人工頂管。所謂人工頂管和機(jī)械頂管的區(qū)別，是以掘進(jìn)方式進(jìn)行區(qū)分的，人工頂管顧名思義是采用人工掘進(jìn)的方式，出土方式也是采用人工吊取的方式;而機(jī)械頂管的掘進(jìn)方式是采用專(zhuān)業(yè)掘進(jìn)的機(jī)頭，出土方式則根據(jù)不同的工法采用泥漿泵、傳送帶等方式。一般來(lái)講，應(yīng)用于市政管道機(jī)械頂管施工的工法主要有兩種，泥水平衡法與土壓平衡法。泥水平衡式頂管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;土壓平衡法頂管在掘進(jìn)過(guò)程中，刀盤(pán)不斷切削巖土，在沿圓周布置的液壓千斤頂推力下，頂管機(jī)不斷向前推進(jìn)的機(jī)械自動(dòng)化頂管施工法，渣土經(jīng)由傳送帶運(yùn)至洞外。泥水平衡法應(yīng)用較為廣泛，在地下水水位較高、地層較為復(fù)雜的情況下，往往第一選擇采用泥水平衡法;而對(duì)于地下水位不高、地層較為單一的情況下也可以采用土壓平衡法，可以避免大量的泥漿外運(yùn)，提高施工效率。其它工法如氣壓平衡法，是在頂管機(jī)頭密封艙內(nèi)充入一定壓力的壓縮空氣，利用空氣壓力疏干機(jī)頭前方一定范圍內(nèi)土壤孔隙中的自由水，避免土體受地下水影響造成的不穩(wěn)定。氣壓平衡法主要應(yīng)用于人工掘進(jìn)階段的止水，機(jī)械頂進(jìn)已不選擇使用。

（三）設(shè)置工作井和接收井。對(duì)于市政給排水工程中頂管施工技術(shù)的應(yīng)用而言，工作井和接收井的合理設(shè)置也是關(guān)鍵環(huán)節(jié)，直接關(guān)系到頂管施工技術(shù)應(yīng)用的可行性，該方面存在的問(wèn)題不僅僅會(huì)干擾施工作業(yè)，還可能帶來(lái)質(zhì)量隱患。在工作井以及接收井的設(shè)置中，首先需要嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)圖紙明確具體位置，在定點(diǎn)準(zhǔn)確后，進(jìn)一步明確工作井和接收井的尺寸大小和形狀，以此為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行恰當(dāng)施工處理，避免出現(xiàn)較為嚴(yán)重的偏差現(xiàn)象。當(dāng)然，頂管施工處理中對(duì)于工作井和接收井進(jìn)行合理安排還需要立足于全局考慮，切實(shí)把握好總數(shù)量及其分布狀況，以便促使頂管施工技術(shù)的應(yīng)用更為高效有序。在具體工作井和接收井的施工處理中，一般借助于現(xiàn)澆井結(jié)構(gòu)方式進(jìn)行施工，需要嚴(yán)格規(guī)范各個(gè)處理流程，確保井體質(zhì)量較為可靠。

（四）選擇適宜的頂進(jìn)設(shè)備，開(kāi)展設(shè)備安裝調(diào)試工作。頂進(jìn)設(shè)備配置、安裝與調(diào)試也是至關(guān)重要的內(nèi)容。相關(guān)人員要根據(jù)最大頂力要求，控制千斤頂?shù)呐渲脭?shù)量。在設(shè)備配置安裝完畢后進(jìn)行調(diào)試。設(shè)備調(diào)試的重點(diǎn)內(nèi)容如下所述：緩慢加大油缸壓力，檢查千斤頂是否存在功能異?，F(xiàn)象;檢查輸油管路是否存在泄漏問(wèn)題;推動(dòng)管身，精確測(cè)量起推力。一般情況下，試頂以頂動(dòng)管身為止。在試頂過(guò)程中，指定專(zhuān)人負(fù)責(zé)如實(shí)記錄各觀測(cè)點(diǎn)的變化情況。油泵開(kāi)啟后，每當(dāng)油壓升至5-10MPa/h，暫停機(jī)泵運(yùn)作，靜置觀察，判斷其是否存在異常現(xiàn)象。若油泵存在異?，F(xiàn)象，第一時(shí)間展開(kāi)處理，優(yōu)化機(jī)泵性能，提升整體施工效率。

（五）頂管進(jìn)出洞施工。在進(jìn)行頂管施工時(shí)，其關(guān)鍵施工就是由工作坑開(kāi)始出洞進(jìn)行頂進(jìn)工作，而為使該施工順利進(jìn)行，施工人員需要建設(shè)磚封門(mén)，并在其前方預(yù)先設(shè)置鋼板樁，確保土地穩(wěn)固，不會(huì)出現(xiàn)坍塌現(xiàn)象，使頂管機(jī)能夠順利出洞。之后，工作人員將磚封門(mén)拆掉，同時(shí)在頂管機(jī)推進(jìn)與鋼封門(mén)距離50-100mm時(shí)，將洞口的鋼板樁依次拔除，使洞口止水作用充分發(fā)揮出來(lái)。最后，進(jìn)行頂進(jìn)工作，并盡量縮短施工間隔時(shí)間。另外，施工時(shí)，施工人員需要注意管節(jié)后退現(xiàn)象，該現(xiàn)象出現(xiàn)的原因是頂管機(jī)的正面主動(dòng)土壓力過(guò)大導(dǎo)致的。對(duì)此，可以在洞口兩邊分布設(shè)置手拉葫蘆，一旦主頂油缸回縮，可以使最后的管節(jié)不會(huì)出現(xiàn)后退現(xiàn)象，能夠及時(shí)將其蠟燭，使頂管機(jī)的推進(jìn)方向避免失控。

（六）注漿作業(yè)。在頂管施工過(guò)程中，應(yīng)用頻率較高的注漿材料主要包括膨潤(rùn)土泥漿、有機(jī)高分子聚合物等。注漿的作用主要體現(xiàn)在如下兩方面：①潤(rùn)滑作用。注漿后，漿液會(huì)在頂管與周?chē)馏w間形成一層保護(hù)液膜，以減小摩擦力，減輕管道損耗;②填充作用。注漿漿液可以填充頂管與周?chē)馏w的縫隙，改進(jìn)穿管部位密實(shí)度;③固土作用。注漿漿液滲入周?chē)馏w，可以起到加固土體，增強(qiáng)土體抗形變能力的作用。

結(jié) 語(yǔ)

頂管施工技術(shù)是一種綜合的施工技術(shù)，需要廣泛的知識(shí)儲(chǔ)備，較高的施工管理要求和嚴(yán)格的施工工作要求，與傳統(tǒng)的管道埋設(shè)法相比，頂管施工技術(shù)在一定的施工環(huán)境和條件下具有一定的優(yōu)勢(shì)。頂管施工技術(shù)具有節(jié)省土地資源、保證工程質(zhì)量、縮短工期以及降低工程成本等特點(diǎn)，已經(jīng)取得了良好的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)

[1] 李晉.市政給排水長(zhǎng)距離頂管施工技術(shù)研究[J].技術(shù)與市場(chǎng)，2020，27（3）：81-82.

[2] 關(guān)永泉.污水管頂管施工技術(shù)在市政道路排水工程中的應(yīng)用探討[J].建材與裝飾，2020（8）：14-15.

[3] 黃俊軍.市政給排水施工中長(zhǎng)距離頂管施工技術(shù)探討[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2020（8）：153-154.