微型頂管在排水管道建設(shè)中的應(yīng)用

唐 超

（北京城市排水集團(tuán)有限責(zé)任公司，北京 100044）

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)和城市建設(shè)的快速發(fā)展，城市基礎(chǔ)設(shè)施逐漸完善，其中各類地下管線的鋪設(shè)與改造，在城市基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)中扮演了重要的角色。對(duì)于繁忙的城市交通系統(tǒng)，大開(kāi)挖鋪設(shè)地下管線必然會(huì)造成交通中斷，特別是在城市主干道施工，大開(kāi)挖對(duì)交通影響巨大，不僅會(huì)阻斷交通，還會(huì)造成巨大經(jīng)濟(jì)損失，并且如果地面建筑物較多時(shí)，將無(wú)法施工。因而，非開(kāi)挖施工技術(shù)越來(lái)越受到重視。頂管施工就是非開(kāi)挖施工方法中的一種，是不開(kāi)挖或少開(kāi)挖的管道埋設(shè)施工技術(shù)。

頂管技術(shù)已在我國(guó)工程中得到大量的應(yīng)用，且保持著高速的增長(zhǎng)勢(shì)頭，無(wú)論在技術(shù)、頂管設(shè)備還是施工工藝上，都取得了很大的進(jìn)步。其中，微型頂管是基于頂管技術(shù)開(kāi)發(fā)出的小管徑頂管技術(shù)，其工藝具有施工占地面積小、對(duì)道路結(jié)構(gòu)影響小、對(duì)現(xiàn)場(chǎng)周邊環(huán)境影響小、頂進(jìn)精度高的特點(diǎn)。

1 微型頂管工藝的施工流程

微型頂管施工工藝原理：按照先定位，后頂進(jìn)的原則，首先利用液壓頂進(jìn)機(jī)臺(tái)將導(dǎo)向桿按照設(shè)計(jì)軌跡推進(jìn)并貫通整個(gè)設(shè)計(jì)井段，然后頂進(jìn)出土外管及螺旋排土桿組合裝置，待整井段出土完畢后，將擬鋪設(shè)的鋼筋混凝土管頂進(jìn)，在接收工作坑中置換出出土外管及螺旋排土桿，完成管道鋪設(shè)。

具體流程：測(cè)量引點(diǎn)→工作豎井施工→機(jī)臺(tái)底座、推進(jìn)機(jī)臺(tái)、激光經(jīng)緯儀安裝→導(dǎo)向桿頂進(jìn)→出土外管頂進(jìn)、安裝螺旋排土桿→完成出土、拆除螺旋排土桿→混凝土管頂進(jìn)。

（1）工作豎井施工。工作豎井采用倒掛井壁法施工，嚴(yán)格按照?qǐng)D紙要求排放鋼格柵。

（2）機(jī)臺(tái)底座、推進(jìn)機(jī)臺(tái)、激光經(jīng)緯儀安裝。根據(jù)設(shè)計(jì)管道中心軸線安裝機(jī)臺(tái)底座、推進(jìn)機(jī)臺(tái)及激光經(jīng)緯儀，如圖1所示。

（3）導(dǎo)向桿頂進(jìn)。按照設(shè)計(jì)高程開(kāi)始導(dǎo)向桿頂進(jìn)施工，導(dǎo)向桿的端頭是錐形導(dǎo)向頭，在頂進(jìn)過(guò)程中通過(guò)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向頭可以調(diào)整頂進(jìn)方向。導(dǎo)向頭內(nèi)部是一個(gè)可發(fā)射激光信號(hào)的光標(biāo)發(fā)射器，在頂進(jìn)過(guò)程中延中空的導(dǎo)向桿及中空的螺旋排土桿不斷向后方激光經(jīng)緯儀發(fā)射信號(hào)。激光經(jīng)緯儀將接收到的監(jiān)測(cè)信號(hào)投射到顯示器上，方便操作人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)偏移，迅速調(diào)整操作。

圖1 機(jī)臺(tái)底座安裝

（4）出土外管頂進(jìn)、安裝螺旋排土桿。導(dǎo)向桿貫穿工作井段后，在導(dǎo)向桿的尾端頂進(jìn)出土外管及連接螺旋排土桿，進(jìn)行工程段的出土工作，如圖2所示。

圖2 螺旋排土桿

（5）鋼筋混凝土管頂進(jìn)。出土完成后，在出土外管末端依次逐節(jié)頂進(jìn)鋼筋混凝土管，通過(guò)頂進(jìn)機(jī)臺(tái)上的液壓油缸伸縮將每節(jié)管頂入土體，循環(huán)完成工程段的鋼筋混凝土管頂進(jìn)。

（6）鋼筋混凝土管置換出導(dǎo)向桿、出土外管、螺旋排土桿完成全線頂管。將鋼筋混凝土管頂至接收坑，并在接收坑內(nèi)將導(dǎo)向桿、出土外管、螺旋排土桿逐節(jié)拆除，管道按照設(shè)計(jì)長(zhǎng)度施工完成，至此此段微頂管工作完成。

2 微型頂管工藝在排水管道建設(shè)中的應(yīng)用實(shí)例及注意事項(xiàng)

玉泉路污水管線工程起點(diǎn)為魯谷東街往東190m，沿魯谷路由西向東敷設(shè)，終點(diǎn)為玉泉路西側(cè)污水管線，設(shè)計(jì)管線管徑D=300～500mm，長(zhǎng)度共1376m。

從地勘報(bào)告及管線縱斷圖來(lái)看，該工程設(shè)計(jì)管線部分位于卵石層中?？紤]微型頂管在卵石地層的適用性，決定抽選3個(gè)管段作為試驗(yàn)段。由于微型頂管不具備研磨破碎的能力，在導(dǎo)向頭頂進(jìn)的過(guò)程中確實(shí)出現(xiàn)了卡鉆的現(xiàn)象，后退并調(diào)整導(dǎo)向頭方向也不能繼續(xù)頂進(jìn)，因此只得在卡住的位置開(kāi)坑取出導(dǎo)向頭，相應(yīng)增加了工序及費(fèi)用。根據(jù)試驗(yàn)段的實(shí)際使用情況來(lái)看，微型頂管對(duì)土層的適應(yīng)還比較局限，不適用于粒徑較大的卵石層和雜填土層?？梢?jiàn)，詳細(xì)的地質(zhì)勘測(cè)對(duì)施工至關(guān)重要。

在頂進(jìn)的過(guò)程中，如遇不明地下障礙物無(wú)法頂進(jìn)時(shí)，應(yīng)通過(guò)觀察頂進(jìn)壓力表上的數(shù)值來(lái)決定是否繼續(xù)頂進(jìn)。當(dāng)壓力表數(shù)值持續(xù)增大，但進(jìn)尺微小時(shí)，應(yīng)立即停止頂進(jìn)，適當(dāng)后退并微調(diào)導(dǎo)向桿角度再頂進(jìn)，如不進(jìn)行調(diào)整繼續(xù)蠻頂，可能會(huì)出現(xiàn)導(dǎo)向頭斷裂等情況。

在頂管施工前，還應(yīng)對(duì)地下設(shè)施做詳細(xì)的探測(cè)，摸清地下各設(shè)施高程、平面位置關(guān)系，這直接影響了微型頂管施工的順利進(jìn)行。當(dāng)今城市道路地下管線錯(cuò)綜復(fù)雜，水、電、氣、熱、通信等管線，碰斷哪根都會(huì)造成停工、賠償?shù)葥p失。

3 微型頂管工藝的優(yōu)點(diǎn)

3.1 施工占地面積小

由于微型頂管屬于非開(kāi)挖技術(shù)，相較于明開(kāi)槽法，微型頂管技術(shù)在施工占地上有著極大的優(yōu)勢(shì)，只需一個(gè)頂進(jìn)坑和一個(gè)接收坑即可完成一個(gè)井段的管道鋪設(shè)，在施工占地上明顯優(yōu)于明開(kāi)槽法。相較于以往人工頂大管穿小管的施工方法，由于微型頂管設(shè)備集成程度高，因此頂進(jìn)和接收所需的工作坑尺寸也更小，可以進(jìn)一步減少施工占地。

3.2 對(duì)道路結(jié)構(gòu)影響小

在施工過(guò)程中，通過(guò)委托第三方監(jiān)測(cè)單位在施工區(qū)域布設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，對(duì)道路沉降情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)。在未做注漿等任何道路結(jié)構(gòu)保護(hù)措施的情況下，路面沉降的累計(jì)變形值、變形速率均滿足相關(guān)要求（累計(jì)變形值≤15mm，變形速率≤2mm/d）。在頂管施工完成后，采用雷達(dá)探測(cè)的形式對(duì)全線管道施工區(qū)域內(nèi)的土體密實(shí)度進(jìn)行檢測(cè)。通過(guò)檢測(cè)報(bào)告中的雷達(dá)圖像可看出，頂管區(qū)域內(nèi)的土體沒(méi)有出現(xiàn)疏松或空洞的情況，土體密實(shí)度良好，不會(huì)造成道路塌陷。

3.3 對(duì)現(xiàn)場(chǎng)周邊環(huán)境影響小

任何一種施工方法都會(huì)對(duì)周邊環(huán)境造成一定的影響，若采用明開(kāi)槽法施工，大量的土石方工作必將會(huì)對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)及周邊環(huán)境造成揚(yáng)塵污染；而應(yīng)用微型頂管技術(shù)，土石方開(kāi)挖量基本集中在工作坑的開(kāi)挖上，土石方工作量遠(yuǎn)小于明開(kāi)槽法，配合降塵措施，將能保證滿足環(huán)保要求。若在現(xiàn)況道路上施工，較低的開(kāi)挖工作量還可降低道路的挖掘修復(fù)費(fèi)用。

3.4 管道鋪設(shè)精度高

斜錐形的導(dǎo)向頭在不旋轉(zhuǎn)的情況下，將一直沿導(dǎo)向頭斜面方向偏移。在導(dǎo)向頭內(nèi)部有激光發(fā)射靶，其所發(fā)出的激光信號(hào)被后端的激光經(jīng)緯儀所接收，并上傳至電腦中顯示。發(fā)射靶上有若干靶點(diǎn)，激光經(jīng)緯儀始終對(duì)準(zhǔn)發(fā)射靶上的中心靶點(diǎn)，若頂進(jìn)過(guò)程中偏移了中心靶點(diǎn)，可通過(guò)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向頭來(lái)調(diào)整頂進(jìn)線路，管道鋪設(shè)誤差可控制在±2cm內(nèi)。激光靶與導(dǎo)向頭如圖3、圖4所示。

圖3 激光靶

圖4 導(dǎo)向頭

4 結(jié)論及建議

微型頂管工藝在實(shí)際應(yīng)用中優(yōu)點(diǎn)明顯，施工占地面積小、對(duì)道路結(jié)構(gòu)影響小、對(duì)現(xiàn)場(chǎng)周邊環(huán)境影響小、管道鋪設(shè)精度高，具有廣闊的發(fā)展前景，可以推廣使用。但也存在一些不足之處，例如最大頂進(jìn)距離為45m，長(zhǎng)距離的頂進(jìn)必然會(huì)增加工作坑的數(shù)量；不具備研磨破碎能力，可應(yīng)用的地層比較局限，粒徑較大的卵石層和雜填土層不適用微型頂管；設(shè)備造價(jià)較高。對(duì)此，建議在施工前做足前期調(diào)查工作，對(duì)地質(zhì)情況、地下管線、地下構(gòu)筑物情況盡可能詳細(xì)探查。

隨著城市的高速發(fā)展，對(duì)城市工程施工的場(chǎng)地限制、環(huán)境保護(hù)要求也越來(lái)越嚴(yán)格，微型頂管工藝也要在長(zhǎng)期的施工中積累經(jīng)驗(yàn)，不斷創(chuàng)新、不斷提高。