市政排水管道手掘式頂管施工效率及影響因素分析

中交二航局成都城市建設(shè)工程有限公司，四川 成都 610213

1 項(xiàng)目概述

四川地區(qū)某市政工程排水管道項(xiàng)目共有20個(gè)井段，井段最大長(zhǎng)度為95m，管道埋深為7～21m，采用頂管法施工，管徑為1.0m、1.4m兩種，頂管管道選用DRCP Ⅲ級(jí)鋼筋混凝土承插管。管道頂進(jìn)施工主要在中風(fēng)化砂質(zhì)泥巖中進(jìn)行，部分地段穿越強(qiáng)風(fēng)化砂質(zhì)泥巖。地層屬于弱透水性，擬建場(chǎng)區(qū)周邊地表水體主要為魚塘水、南側(cè)河流以及在建的某景觀濕地，地下水類型主要為上層滯水、孔隙水、基巖裂隙水，水位埋深為0.4～12.1m。

2 主要施工工藝

該項(xiàng)目頂管施工內(nèi)容包括現(xiàn)澆工作井、管道開挖及頂進(jìn)、檢查井施工及回填。工作井井壁采用逆作法施工，管道開挖采用人工手持風(fēng)鎬或水磨鉆進(jìn)行施工，管道頂進(jìn)采用液壓千斤頂配合頂鐵進(jìn)行施工，頂管全線貫通后及時(shí)進(jìn)行管背孔隙填充注漿。超深檢查井底層井室現(xiàn)澆后，上部井身采用預(yù)制拼裝法進(jìn)行施工。

3 工效對(duì)比分析

3.1 工作井施工

（1）土方開挖。土方開挖主要采取三種方式進(jìn)行：①直接開挖法。直接使用挖掘機(jī)對(duì)土方進(jìn)行開挖出土，平均效率為4h/m，需投入挖機(jī)1臺(tái)、工人2人。②機(jī)械破碎法。用吊車將挖機(jī)吊至井內(nèi)，用帶破碎錘的挖機(jī)破碎巖層，使用吊車進(jìn)行出土，平均效率為8h/m，需投入小挖機(jī)1臺(tái)（帶破碎錘）、吊車1臺(tái)、空壓機(jī)1臺(tái)（帶風(fēng)鎬）、工人4人。③水鉆法。使用水磨鉆按布孔分區(qū)域?qū)ぷ骶畠?nèi)的巖層進(jìn)行劈裂破碎，每次破除厚度為0.5m，最后由人工持風(fēng)鎬修邊，平均效率為20h/m，需投入水磨鉆設(shè)備1套、空壓機(jī)1臺(tái)（帶風(fēng)鎬）、吊車1臺(tái)、工人4人。

在實(shí)際施工中對(duì)上述三種方法的選用主要考慮開挖深度及土層強(qiáng)度的因素。直接開挖法一般適用于地表下開挖深度5m以下（如采用長(zhǎng)臂挖機(jī)，深度可更深），適用地層主要為雜填土、黏土、卵石土等強(qiáng)度較低的土層；機(jī)械破碎法主要用于強(qiáng)度較低的強(qiáng)風(fēng)化、中風(fēng)化巖層（強(qiáng)度在15MPa以下的軟巖、極軟巖）；水鉆法適用于在風(fēng)化程度較低、強(qiáng)度較高（強(qiáng)度在15MPa以上的較軟巖）、受工作井大小限制挖機(jī)無法下井作業(yè)的巖層開挖。

（2）鋼筋綁扎、模板安裝。鋼筋加工完成后，由吊車吊入工作井內(nèi)由人工綁扎完成，采用不同的井壁模板支撐方式，其工效差距不大。鋼筋綁扎、模板安裝1模（1m/模）一般需要8h，且需投入吊車1臺(tái)、工人4人。

（3）混凝土澆筑。井壁澆筑主要采用以下三種方式進(jìn)行：①軟管法。通過帶錐形料斗的軟管將罐車中的混凝土直接引至模板中進(jìn)行澆筑，澆筑1模（1m/模）需要1.5h，主要投入工人4人、軟管1條。②串筒溜槽法。在井口上方平行布置2根型鋼，將拼裝好的串桶（帶錐形料斗）吊入井內(nèi)并與工字鋼固定，待砼罐車進(jìn)場(chǎng)后，將混凝土通過上方溜槽引入串筒，然后通過下方溜槽引入模板內(nèi)進(jìn)行澆筑。該方法澆筑1模（1m/模）需要1h，需投入工人2人、溜槽2個(gè)、串桶若干（根據(jù)深度確定）。③料斗法。直接將罐車中的混凝土放入砼料斗內(nèi)（底部帶槽型放料口），再由吊車將料斗吊入井內(nèi)進(jìn)行澆筑，澆筑1模（1m/模）需要3h，需投入吊車1臺(tái)、工人3人、料斗1個(gè)。

綜合對(duì)比上述三種混凝土澆筑方式，可以得出如下結(jié)論：導(dǎo)管法無須吊車配合、施工效率較高，但工人需要站在井邊牽引導(dǎo)管，工作井深度較大時(shí)危險(xiǎn)性較大，一般用于3m以下的井壁混凝土澆筑；串筒溜槽法施工效率最高，且人員實(shí)際投入需求相對(duì)較少，但該方法隨著深度加大而便捷性降低，建議主要用于深度12m以下的井壁混凝土澆筑；料斗法施工時(shí)需要吊車全程配合，且放料和吊運(yùn)花費(fèi)時(shí)間較多，因此整體工效較低，但該方法具有不受工作井深度限制且安全性較高的優(yōu)點(diǎn)，在深度超過12m的井壁混凝土澆筑時(shí)仍然較為適用。

（4）底板及后背墻施工。工作井開挖到設(shè)計(jì)底標(biāo)高后，澆筑底板及后背墻，一般需要16h。

3.2 頂進(jìn)施工

該項(xiàng)目管道頂進(jìn)土方開挖巖層屬于軟巖、極軟巖，主要是人工持風(fēng)鎬將巖土破碎后由小車運(yùn)出。施工時(shí)采用3班輪流作業(yè)，每班3人，吊車1臺(tái)，平均可頂進(jìn)3m/d（管徑1.4m），如按正常情況下白天單班作業(yè)（時(shí)長(zhǎng)12h），一般平均可頂進(jìn)1.5～2m。當(dāng)巖層強(qiáng)度較高（15MPa以上）時(shí)，風(fēng)鎬法施工難度加大、效率降低，此時(shí)可改用水磨鉆配合人工進(jìn)行掘進(jìn)施工。施工先按照布孔分區(qū)域?qū)r層進(jìn)行鉆孔、劈裂破碎，再用小車將棄土運(yùn)出。施工時(shí)采用3班輪流作業(yè)，每班4人，水磨鉆設(shè)備1套，吊車1臺(tái)，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，平均可頂進(jìn)1.5m/d（管徑1.4m）。

3.3 超深檢查井施工

該項(xiàng)目污水檢查井共21座，深度為7.8～20.8m，原設(shè)計(jì)檢查井全部采用現(xiàn)澆法進(jìn)行施工，根據(jù)以往項(xiàng)目的施工經(jīng)驗(yàn)，平均效率為0.5m/d。由于該項(xiàng)目檢查井平均深度高達(dá)16m，為縮短工期，將上部井身做法優(yōu)化調(diào)整為預(yù)制拼裝法施工。每節(jié)井身高度為1.0m，每3節(jié)為1層（含1處休息平臺(tái)板），每層井身吊裝完成后及時(shí)進(jìn)行井周回填。采用預(yù)制拼裝法，施工效率可達(dá)3m/d，有效節(jié)約了工期。

4 頂管施工效率影響因素分析及建議措施

4.1 水文地質(zhì)條件

（1）地質(zhì)情況。頂管施工效率受地質(zhì)情況影響最大，針對(duì)不同的地質(zhì)情況必須選擇合理的施工方式。手掘式頂管主要適用于黏土、砂性土及風(fēng)化泥巖、砂巖等地質(zhì)情況較好且受地下水影響較小的土層。該項(xiàng)目頂管掘進(jìn)的地層主要為泥巖，屬于軟巖、極軟巖，人工手持風(fēng)鎬掘進(jìn)的施工效率可以保障。遇到風(fēng)化程度更低、強(qiáng)度更高的巖層時(shí)，則需考慮水磨鉆等輔助施工措施或增加人員、機(jī)械設(shè)備，如此方可保證正常的施工效率。

（2）水文條件。地表水及地下水的處理對(duì)頂管施工效率也有著較大的影響，做好防排水措施可以有效避免因積水導(dǎo)致的不必要的工效降低。主要的措施如下：一是提前做好水系調(diào)查和梳理，確保周邊水系暢通，避免周邊水系或雨水匯入工作井造成積水；二是針對(duì)地下水豐富的情況，應(yīng)提前打井降水；三是井中必須設(shè)置集水坑，及時(shí)抽排，避免井內(nèi)積水。

4.2 管徑大小

該項(xiàng)目頂管管徑為D1000、D1400兩種，D1400土方開挖斷面面積是D1000的兩倍，在相同地質(zhì)條件、人員設(shè)備投入的情況下，D1000頂管理論頂進(jìn)效率應(yīng)為D1400頂管的兩倍。但經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，D1000頂管實(shí)際可頂進(jìn)3.5m/d（D1400頂管實(shí)際可頂進(jìn)3m/d）。這主要是因?yàn)镈1000管徑較小，已接近人工手掘式頂管可實(shí)施的最小管徑D800，施工工作面受限，操作人員施工效率相應(yīng)降低。反之，如果管徑過大（超過D1800），工人無法站在地面對(duì)整個(gè)開挖斷面進(jìn)行一次性開挖，且單位長(zhǎng)度土方量加大，施工效率明顯降低。因此，針對(duì)不同大小的管徑，手掘式頂管施工建議通過縮短每班作業(yè)時(shí)長(zhǎng)以降低工人疲勞程度、增加輔助施工平臺(tái)等措施來提高施工效率。

4.3 頂進(jìn)距離

由于市政排水管道檢查井最大設(shè)置間距小于120m，且人工手掘式頂管時(shí)主要利用小車出土，經(jīng)過該項(xiàng)目實(shí)測(cè)，頂進(jìn)距離對(duì)頂管施工效率的影響不明顯。

4.4 人員、機(jī)械、材料

（1）人員。應(yīng)選擇有一定頂管施工經(jīng)驗(yàn)的操作工人，嚴(yán)格進(jìn)行崗前培訓(xùn)及安全技術(shù)交底，避免因施工不熟練、操作不當(dāng)?shù)葘?dǎo)致工效降低。同時(shí)，合理安排每班作業(yè)時(shí)間，避免疲勞作業(yè)引起工效降低和產(chǎn)生不必要的安全風(fēng)險(xiǎn)。

（2）機(jī)械。提前做好挖機(jī)、吊車、風(fēng)鎬、水磨鉆、液壓千斤頂、水泵等機(jī)械設(shè)備組織，正式投用前將其調(diào)試到最佳運(yùn)行狀態(tài)，過程中加強(qiáng)維護(hù)保養(yǎng)，從而保障工效穩(wěn)定。

（3）材料。對(duì)于預(yù)制管道、檢查井等成品應(yīng)提前采購(gòu)，鋼筋、混凝土加強(qiáng)對(duì)接確保供應(yīng)及時(shí)，嚴(yán)格進(jìn)行材料質(zhì)量管控，避免因質(zhì)量問題返工。

4.5 其他方面

在管道頂進(jìn)過程中，應(yīng)堅(jiān)持“勤復(fù)核、微糾偏”，每頂進(jìn)0.5m至少進(jìn)行1次頂管軸線及標(biāo)高的復(fù)核并及時(shí)糾偏，避免因累計(jì)偏差過大時(shí)再進(jìn)行糾偏對(duì)整體頂管進(jìn)度產(chǎn)生過大的影響。

5 結(jié)束語

人工手掘式頂管作為傳統(tǒng)頂管工藝，因其特有的優(yōu)勢(shì)，在未來很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)還將有較大的市場(chǎng)應(yīng)用需求。文章詳細(xì)總結(jié)了案例項(xiàng)目手掘式頂管全過程所涉及逆作法現(xiàn)澆工作井施工、管道開挖及頂進(jìn)、超深檢查井施工及回填等施工內(nèi)容的施工效率，分析了所涉及主要工序施工效率的影響因素并提出了相關(guān)建議措施，可作為后續(xù)類似手掘式頂管項(xiàng)目施工效率管控的參考依據(jù)。