頂管技術(shù)在市政排水施工中的應(yīng)用

江志源

廣東南方建設(shè)集團有限公司 廣東 茂名 525400

現(xiàn)代市政排水工程領(lǐng)域存在多種施工技術(shù)，如頂管技術(shù)、開槽埋管技術(shù)等，每種技術(shù)具有不同的特點與優(yōu)勢，其中，頂管技術(shù)具有施工周期較短、投入成本較低、施工限制計較少、產(chǎn)生的噪聲較低等優(yōu)勢，因而在現(xiàn)代市政排水工程領(lǐng)域中廣泛使用，為現(xiàn)代城市建設(shè)打下良好基礎(chǔ)。所以，對頂管技術(shù)在市政排水施工中的應(yīng)用進行研究具有重要意義，為更好地開展頂管施工提供支持。

1 頂管技術(shù)特點

頂管技術(shù)是現(xiàn)代市政排水工程中較為常見的技術(shù)之一，無需再路面進行挖掘，即可完成管道鋪設(shè)工作，因而又叫做非開挖管道鋪設(shè)技術(shù)，相對于常規(guī)開挖施工技術(shù)來說，頂管技術(shù)存在諸多優(yōu)勢，具體包括下述幾個方面：(1) 施工時，只需要在相應(yīng)位置處鉆出適當(dāng)大小的孔洞，將管道頂入到地下，即可完成整個施工活動，無需大面積施工，降低對地面的破壞，受到環(huán)境約束較小。(2) 由于施工時無需大范圍挖掘，且不會對路面造成破壞，行人可在地面上正常行走，對周邊交通運輸情況的影響并不是很大。(3) 施工中的大型設(shè)備較少，產(chǎn)生的噪聲較低，震動不是很強，不僅可以使現(xiàn)有管線正常使用，而且對周邊居民的生活并無太大干擾。(4) 頂管施工過程中，可將其頂入到較深的地下，能夠在地面存在公路、建筑物等場所內(nèi)施工，應(yīng)用更加廣泛[1]。需要注意的是，該施工技術(shù)也存在一些缺陷，如施工工藝技術(shù)性較強，對施工人員的綜合素質(zhì)要求較高，且在施工之前，若對施工現(xiàn)場環(huán)境并不了解，則會容易引發(fā)一些施工事故，如對現(xiàn)有管線破壞。

2 頂管技術(shù)流程

頂管施工時，主要包括前期準(zhǔn)備、導(dǎo)向鉆孔、預(yù)擴孔、管道頂進、頂管出洞等五個環(huán)節(jié)構(gòu)成，如圖1所示。

圖1 頂管技術(shù)施工流程圖

2.1 前期準(zhǔn)備

2.1.1 管道準(zhǔn)備

頂管施工時，施工人員首先要做好前期準(zhǔn)備工作。一般情況下，市政排水工程施工時，選擇鋼筋混凝土管即可，若對防腐性要求較低，也可選擇適當(dāng)?shù)匿摴?。不論選擇何種材料制成的管道，均要確保管道符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，若管道質(zhì)量較差，不符合要求，不僅導(dǎo)致施工過程中處出現(xiàn)管道破損的現(xiàn)象，影響后續(xù)使用，而且在排水工程使用時，也會增加裂縫、損壞的幾率，也對整個排水工程的應(yīng)用造成干擾。具體來說，需要從下述幾方面選取則管道。

(1) 直徑。現(xiàn)代排水工程領(lǐng)域存在多種規(guī)格的管道，每種規(guī)格管道的排水量等略有差異，工程施工時，應(yīng)針對工程排水量的需求，選擇最佳規(guī)格的管道，一般來說，管道內(nèi)徑應(yīng)在50cm以上。

(2) 長度。在管道選擇時，應(yīng)針對工程實際需求，選擇最佳長度的管道。由大量實踐研究可知，對管道頂進時，管道長度較長一些，可降低頂進難度，降低施工工作量，但若頂進時發(fā)生偏差問題，則很難予以調(diào)整，影響施工質(zhì)量。若管道較短，也會對施工質(zhì)量造成一定影響，即管道會想周邊土層擠壓，使得管道出現(xiàn)彎曲的問題，不利于管道的后續(xù)使用。因此，施工單位必須對管道的長度產(chǎn)生重視[2]。施工過程中，一般按照下述原理選擇管道長度：若管道長度與外徑比值低于1.1，選用較短的管道；若該比值在1.1～1.15范圍內(nèi)，選擇標(biāo)準(zhǔn)管；若該比值在1.15～2.1范圍內(nèi)，則選擇較長的管道。

2.1.2 頂管工程力學(xué)參數(shù)設(shè)置

為了使頂管施工順利進行，需要在正式施工之前，確定出最佳的工程力學(xué)參數(shù)，具體來說，主要包括下述兩個方面：(1) 頂力。計算公式以為：F=F0×F1，其中，F(xiàn)0表示初始頂力，F(xiàn)1表示管壁摩擦力。對于初始頂力來說，主要由公式：F0=a×pe×BC×2π/4獲得，其中，a表示綜合系數(shù)，可通過對施工現(xiàn)場地質(zhì)資料查詢獲得；pe表示土倉壓力，一般選擇150kpa；BC表示管道外徑，通過對管道測量而得。對于管壁摩擦力來說，可由公式：F1=RSL獲得，其中，R表示綜合摩擦阻力，可通過對施工現(xiàn)場地質(zhì)資料查詢獲得；S表示管道外周長，可通過對管道測量而得；L表示推進長。(2) 管道摩擦力參數(shù)。通過公式：F=knGL獲得，其中，F(xiàn)表示總摩擦力；k表示綜合減阻系數(shù)，數(shù)值一般在0.3～0.4范圍內(nèi)；n表示土質(zhì)系數(shù)；G表示管道的重力；L表示頂進距離。

2.1.3 其他準(zhǔn)備

選擇好最佳的管道后，則應(yīng)進行其他方面的準(zhǔn)備工作，具體來說，包括下述三個方面：(1) 現(xiàn)場布局。如根據(jù)施工需求，選擇合理的起重機，并將其移動到適當(dāng)位置處，并對設(shè)起重機進行檢查，確保起重機無任何故障；在施工現(xiàn)場內(nèi)，設(shè)置出合理的材料堆放區(qū)、攪拌棚、垃圾處理區(qū)等，以保證現(xiàn)場施工活動有序進行，防止現(xiàn)場布置混亂而影響工程施工。此外，在頂管井旁邊，安裝適當(dāng)高度的扶梯，為施工人員上下井提供支持。(2) 土體加固。施工時，若未對土體進行加固處理，隨著管道的頂進，可能導(dǎo)致土地塌落，影響工程進度，增加施工危險性。所以，還應(yīng)對周邊土地加固，以保證整個頂管施工安全、順利進行。(3)安裝阻水裝置。在井口處，安裝相應(yīng)的阻水裝置，防止進出井口的泥水或壓注的觸變泥漿流失，提升施工質(zhì)量。

2.2 導(dǎo)向鉆孔

施工時，通過測量放樣的方式，確定出管道軸線，并以此為基礎(chǔ)，利用相應(yīng)的鉆孔機，在路面上鉆取適當(dāng)大小的孔洞，為管道的頂進做好準(zhǔn)備。鉆孔過程中，還應(yīng)對孔洞進行測量，判斷孔洞是否符合要求，若出現(xiàn)偏移問題，應(yīng)先停止鉆孔，并重新設(shè)置鉆頭傾角、旋轉(zhuǎn)角等參數(shù)，改變鉆頭方向，以此達到調(diào)整鉆孔方向的目的，使孔洞保持平直，符合頂管施工要求。完成鉆孔工序后，對發(fā)射坑入土口、接收坑出土口的標(biāo)高與方位予以檢測，確保其符合施工要求。整個施工過程中，可能出現(xiàn)扭矩、漏漿等現(xiàn)象，影響施工活動的進行，并為施工活動帶來更高的安全隱患。所以，出現(xiàn)這些問題時，應(yīng)立即中斷施工，分析引發(fā)這些問題的原因，并采取相應(yīng)的技術(shù)手段予以處理，之后才可繼續(xù)施工。此外，鉆出導(dǎo)向孔后，還應(yīng)對鉆孔內(nèi)部與周邊進行清理，使鉆孔保持潔凈，無碎石、土塊等雜質(zhì)，防止管道頂進時出現(xiàn)破損。

2.3 預(yù)擴孔

導(dǎo)向鉆孔施工結(jié)束后，可以得到內(nèi)徑較小的空洞，不符合管道頂入的要求，所以，還應(yīng)將導(dǎo)向頭卸載，并安裝擴孔鉆頭，以此完成預(yù)擴孔工序。擴孔過程中，應(yīng)確保作業(yè)坑中泥漿頁面高度在地下水位標(biāo)高之上。與此同時，為了保證擴孔質(zhì)量，應(yīng)選擇高質(zhì)量的泥漿材料，并嚴(yán)格按照設(shè)計方案配置泥漿，在泥漿使用時，碎石對泥漿性能予以檢測，確保泥漿性能符合施工要求，為施工活動更好地開展奠定良好基礎(chǔ)。一般情況下，通常采用桶式擴孔器，將擴孔器啟動后，設(shè)備會高速旋轉(zhuǎn)，并產(chǎn)生較大的離心力，在該離心力的作用下，逐漸對孔洞墻壁進行擠壓，從而對孔洞進行加固，針對地層特性，設(shè)定擴孔器的運行速度，以便對鉆孔進行檢查。每個孔洞擴孔時，分6次完成，第6次擴孔時，選擇擠擴式鉆頭，若存在較高的扭矩，則應(yīng)進行7次擴孔，以保證孔洞的穩(wěn)定性[3]。擴孔施工時，應(yīng)詳細(xì)記錄下各方面信息，如施工總時間，鉆孔速度、扭矩、土質(zhì)特性等，為鉆孔質(zhì)量檢查提供依據(jù)。施工過程中，應(yīng)對施工活動密切觀察，及時發(fā)現(xiàn)扭矩、漏漿等問題，若發(fā)現(xiàn)問題，第一時間中斷施工，分析引發(fā)這些問題的原因，并采取相應(yīng)的技術(shù)手段予以處理，之后才可繼續(xù)施工?；財U時，對地層進行監(jiān)測，準(zhǔn)確了解地層水平變化情況，并以此為基礎(chǔ)，結(jié)合工程需求，制定出相應(yīng)的控制方案，以保證擴孔施工質(zhì)量。完成后擴工序后，通過專業(yè)的檢測設(shè)備，對孔洞予以檢測，確?？锥捶蠘?biāo)準(zhǔn)要求，并對鉆孔內(nèi)部與周邊進行清理，使鉆孔保持潔凈，無碎石、土塊等雜質(zhì)，防止管道頂進時出現(xiàn)破損。

2.4 管道頂進

得到適當(dāng)大小的孔洞后，則應(yīng)開展管道頂進工序，主要操作流程為：(1) 將工具頭放入到導(dǎo)軌上，達到標(biāo)準(zhǔn)要求后，固定頂鐵，并對施工設(shè)備予以檢查，確保設(shè)備無問題后，通過相應(yīng)的檢測設(shè)備，對檢測工具的水平與垂直標(biāo)高予以檢測，確保其符合要求。(2) 當(dāng)所內(nèi)容全都符合要求后，將管道放入到孔洞內(nèi)，重新測量標(biāo)高，確定無問題后，開展試頂操作，判斷前期設(shè)計出來的參數(shù)是否符合要求，如不符合要求，則應(yīng)對參數(shù)予以適當(dāng)調(diào)整，并重新試頂，待所有參數(shù)均符合要求后，可正式開展頂管操作。管道頂進時，一方面，風(fēng)鎬在前方進行挖掘，另一方面，在千斤頂?shù)淖饔孟?，逐漸將管道頂進該設(shè)備運行原理為：先對頂鐵擠牢進行固定，在工具進入適當(dāng)距離后，將油泵啟動，向千斤頂提供適當(dāng)油液，使活塞移動，在活塞的推動下，將管道向前頂進一段距離。之后油泵終止運行，打開控制閥，千斤頂內(nèi)的油液返回至油箱內(nèi)，活塞移動到初始位置；再次增加頂鐵，重復(fù)以上操作，直到整個管道完全進入地下為止；將設(shè)備上所有頂鐵全部卸下，孔洞內(nèi)放入管道，通過環(huán)形橡膠環(huán)將兩管道連接，使兩管道緊密結(jié)合成一個整體，并提升連接區(qū)域受力的均勻性。最后，對管道頂進情況進行測量，并對管道予以調(diào)整，保證導(dǎo)管符合標(biāo)準(zhǔn)要求[4]。

此外，頂進過程中，需要注意下述幾個方面：(1) 穿墻施工前，應(yīng)做好相應(yīng)的準(zhǔn)備工作，如通過注漿加固的方式，對墻管外圍予以處理，提升周邊土體的強度，防止管道頂進時對周邊土地造成破壞，影響頂管施工的正常進行。(2) 穿墻頂進過程中，將門板打開后，第一時間推動工具管，使其快速移動到井外。(3) 在適當(dāng)位置處，安裝相應(yīng)的防水裝置，如填塞水泥漿、固定法蘭等，用于防止管道內(nèi)部進入水分。

2.5 頂管出洞

將管道頂入到孔洞內(nèi)后，則應(yīng)開展頂管出洞操作，這一操作是整個施工活動中非常重要的一個環(huán)節(jié)，這一環(huán)節(jié)開展得好壞，直接關(guān)系到整個頂管施工質(zhì)量。所謂的頂管出洞，指的是頂管設(shè)備與第一節(jié)管道從作業(yè)井進入土體開始正常頂管前的過程。為了確保管道能夠從工作井中順利出洞，應(yīng)確保作業(yè)井比管道外界略大一些，一般控制在100mm左右，防止由于作業(yè)井尺寸不足，增加管道出洞難度，或?qū)е鹿艿榔茡p。此外，頂管出洞施工時，受到各方面因素的影響，使得各種安全事故的發(fā)生率相對較高，不僅影響工程建設(shè)，而且還會對人員生命健康帶來威脅。所以，在施工時，應(yīng)對安全事故予以高度重視，根據(jù)以往施工經(jīng)驗，制定出相應(yīng)的控制措施，以降低施工安全事故的發(fā)生率，確保整個施工活動順利進行。如當(dāng)管道出現(xiàn)偏斜問題，則要對工具用管調(diào)零，并在其下部的井壁上，安裝相應(yīng)的制成，用于工具用管的控制。若支撐不牢固，也應(yīng)對其進行適當(dāng)處理，提升支撐的實際應(yīng)用效果[5]。

3 頂管施工的質(zhì)量保障措施

為了保證頂管施工順利進行，還應(yīng)加強對整個施工工作進行管理，以確保施工質(zhì)量符合要求，為排水工程更好的使用打下良好基礎(chǔ)。(1) 選擇高素質(zhì)的施工隊伍。相對于其他排水工程施工技術(shù)來說，頂管施工技術(shù)水平更強了，對施工人員的要求更高，若選擇素質(zhì)較低的施工隊伍，很容易在施工過程中出現(xiàn)各種問題，影響頂管施工質(zhì)量與效率。所以，在施工之前，必須選擇高素質(zhì)的施工團隊，施工團隊中的每一名人員均要掌握頂管施工技術(shù)，了解相關(guān)設(shè)備的操作等，為施工活動提供人員支持。(2) 根據(jù)施工需求，從長度、材質(zhì)、管徑等角度出發(fā)，選擇最佳的管道。(3) 制定完善的管理制度。根據(jù)施工單位發(fā)展情況，結(jié)合頂管施工特點，制定出完善的管理制度，通過制度對施工人員進行引導(dǎo)與約束，確保整個施工操作嚴(yán)格遵循相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)流程，以提升施工活動的規(guī)范性。(4) 監(jiān)控系統(tǒng)。施工單位利用先進的信息化技術(shù)手段，開發(fā)出性能良好，且功能完善的施工現(xiàn)場檢測系統(tǒng)，通過該系統(tǒng)對施工現(xiàn)場及各環(huán)節(jié)施工情況予以檢測，及時發(fā)現(xiàn)其中存在的問題與缺陷，并向相關(guān)人員發(fā)出警報，相關(guān)人員接收到這一信息后，及時予以處理，以此確保整個施工活動質(zhì)量符合要求。

4 總結(jié)

綜上所述，傳統(tǒng)排水工程建設(shè)時，通常以開槽埋管技術(shù)為主，可構(gòu)架進出高質(zhì)量的排水工程，為社會發(fā)展與人民生活提供幫助。但對該技術(shù)深入分析后可以發(fā)現(xiàn)，其中存在較多缺陷，如施工面積大、操作較為繁瑣等，不符合現(xiàn)代社會發(fā)展需求。所以，為了推動社會向著更加良好的方向發(fā)展，在排水工程施工時，應(yīng)加強對頂管技術(shù)的應(yīng)用。