不開槽施工技術(shù)在市政管道施工中的實踐分析

丁偉東

摘 要：近年來，我國城市發(fā)展迅速，城市人口、規(guī)模不斷擴大，地下管網(wǎng)交織密布、部分管路出現(xiàn)老化現(xiàn)象，部分城市出現(xiàn)內(nèi)澇現(xiàn)象，制約了我國城市安全發(fā)展。然而，在市政管道的施工中，不管是對原有管道進行修復(fù)，還是對新管道進行鋪設(shè)，都使城市商業(yè)活動、環(huán)境以及交通受到影響。為將其影響降到最低，本文以廣州市白云區(qū)云城東路污水管道完善工程施工為背景，對不開槽施工技術(shù)在市政管道施工進行探討，旨在為今后市政管道施工奠定基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：市政管道;非開挖施工技術(shù);頂管

0 前言

在現(xiàn)有城市排水體制下，水環(huán)境污染較為嚴(yán)重，需對城市老化管路進行修復(fù)，因地制宜的改善排水體制。若采用管道開槽施工，既導(dǎo)致周圍商業(yè)活動和交通受到影響，還會干擾周圍居民出行、生活。借助不開槽施工技術(shù)以少開挖或不開挖為主要原則，常采用頂管法、定向鉆、夯管法以及內(nèi)襯法等施工方法對市政管道進行維修、替換或者鋪設(shè)施工。不開槽施工技術(shù)與管道開槽施工技術(shù)相比，具有影響小、干擾小、速度快的優(yōu)點，除此之外，以不開槽施工技術(shù)組織施工，不但會減少上層土層受到的擾動，還可以對管道進行防護，使其使用壽命進一步提高。由此可知，在對市政管道實施施工時，采用不開槽施工技術(shù)，可以使其社會效益和經(jīng)濟效益進一步提高。

1 項目概況

云城東路是廣州市白云區(qū)的一條市政道路，連接機場路與黃石路（東），北延線通往永平街道，道路周邊環(huán)境及地下管線復(fù)雜，人流量大，施工區(qū)域不具備封閉道路開挖的條件，故采用頂管法施工。廣州市白云區(qū)云城東路污水管道完善工程包含三大段，管徑均為DN800，總長度約1.2 km，具體施工范圍分別為：①起點位于金園路與云城東路交叉口，終點位于云城南四路與云城東路交叉口;②起點位于白蘭花園停車場西側(cè)，終點位于云城南一路與云城東路交叉口;③起點位于惠民二手車，終點位于黃石東路與云城東路交叉口。

2 頂管施工工藝

2.1 工作井、接收井逆作法施工

本項目采用逆作法護壁施工工作井、接收井結(jié)構(gòu)。土方開挖采用人工配合機械分層作業(yè)，每層開挖深度不超過1.0 m，每層開挖完成后及時施做井護壁混凝土。在一般土層中每次開挖的深度宜為1.0 m，在不利地質(zhì)區(qū)每次開挖的深度宜不大于0.5 m。每節(jié)護壁墻完成閉合且混凝土強度達到設(shè)計強度的75%以上后，開始進行下一節(jié)護壁井內(nèi)土方開挖及護壁墻施工;依次循環(huán)施工直至設(shè)計井底。

工作井、接收井開挖中遇到不可切斷或不能遷移的管線（供水、供電、電信、燃氣及其他）時，可針對不同管線性質(zhì)、管道材質(zhì)、管徑等點采取懸吊法保護管道，延著被保護管長方向，間距2 m布置橫向36a槽鋼，槽鋼與地面之間有22×160×2 500 mm的枕木，通過16 mm厚鋼板懸掛，被保護管道通過在懸吊過程中確保懸吊件與被保護管道直接接觸，應(yīng)加木楔體。

2.2 頂管施工

2.2.1 頂管頂力計算

（1）頂進總頂力計算：

根據(jù)勘察結(jié)果，施工段均屬于粉質(zhì)黏土。頂管施工段最大段長部位為JW172-JW320，管徑800 mm，長度78.1 m，按如下計算公式進行計算頂進的頂力，具體如下：

F0=π·D1·L·fk +NF，NF=1/4·π·Dr2·rs·Hs

式中：

F0—總頂力標(biāo)準(zhǔn)值（kN）;

D1—管節(jié)外徑（m），本項目D1為0.96（m）;

L—管道設(shè)計頂進長度（m），本項目L為78.1 m（JW172-JW320）;

fk—管道外壁與土的平均摩阻力（kN/m2），取6.0 kN/m2;

NF—頂管機的迎面阻力（kN）;

rs—土的重度（kN/m3），取18.8 kN/m3;

Hs—管中心埋深（m），取6.32 m。

F0=3.14×0.96×78.1×6.0+1/4×3.14×0.982×18.8×6.32=1 502.12 kN

（2）后靠背承載力計算：

后靠背采用高3.5 m，寬3 m鋼筋混凝土，厚50 cm，配筋為水平向配筋C16@100和縱向配筋C16@100執(zhí)行。

R=A×b×（γ×H2×KP/2+2×C×h×√KP+γ×h×H×Kp）

式中：

R—總推力的反力（一般大于頂管總推力的1.2～1.6）;

A—系數(shù)（1.5～2.5），此處取2;

b—后座墻的寬度，本項目b為3 m;

γ—土的重度kN/m3，此處取19.4;

H-后座墻的高度，本項目H為3.5 m;

KP—被動土壓力系數(shù)，此處取1.65;

C—土的內(nèi)聚力，此處取25.4 kPa;

h—地面到后座墻頂部土體的高度，4.3 m。

R=2×3×（19.4×3.52×1.65/2+2×25.4×4.3×√1.65+19.4×4.3×3.5×1.65）=4 912.08 kN

計算得，R=4 912.08 kN>F0=1 502.12 kN，后墻背頂力滿足要求，且安全有效。

（3）管道允許頂力計算：

頂管管材采用d800Ⅲ級鋼筋混凝土管，頂管穿力面允許最大頂力可按下式計算：

Fdc=0.5φ1φ2φ3fcAp/γQdφ5

式中：

Fdc—混凝土管道允許頂力設(shè)計值（N）;

φ1—混凝土材料受壓強度折減系數(shù)，本項目取0.90;

φ2—偏心受壓強度提高系數(shù)，本項目取1.05;

φ3—材料脆性系數(shù)，本項目取0.85;

φ5—混凝土強度標(biāo)準(zhǔn)調(diào)整系數(shù)，本項目取0.79;

fc—混凝土受壓強度設(shè)計值（N/mm2）;

Ap—管道最小有效傳力面積（mm2），Ap=π×（1 0002-8002）/4=282 600 mm2;

γQd—頂力分項系數(shù)，可取1.3。

Fdc=（0.5×0.9×1.05×0.85×23.1×282 600）/（1.3×0.79）=2 552 903.7 N=2 552.9 kN>F0=1 502.12 kN，管道允許頂力滿足要求。

2.2.2 頂進施工

本工程頂管進出洞口采用兩排Φ500@350 mm高壓旋噴樁加固土體，搭接150 mm，加固范圍為管外徑上下左右側(cè)各1.0 m。頂管機初始頂進是頂管施工的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，在頂管機出洞前，重點對洞圈外部土體的加固效果，仔細檢查洞口處安裝的環(huán)形橡膠止水圈的止水效果，該止水圈不僅可以阻止洞門處的水土順著工具管的外壁與洞門之間的空隙涌入到工作井內(nèi)，還可以防止頂進過程中減摩泥漿從空隙處流失，形成完整的泥漿套減小頂進阻力。頂管出洞時，連接機頭處的混凝土涵管應(yīng)與機頭剛性連接，從而提高頂進作業(yè)的直線度。頂管剛出洞受周邊環(huán)境條件、頂管長度、機頭重量、洞口土體擾動、參數(shù)設(shè)定值等因素影響，頂管機頭部還是會經(jīng)常向下傾斜，遵循“勤測量、勤糾偏、微糾偏”原則，通過采取控制出土量、保持勻速前進、調(diào)整頂進合力等措施控制其前進的姿態(tài)和方向。

2.2.3 頂進糾偏監(jiān)控

測量靶的網(wǎng)格尺寸通常為10 mm，頂管機的斜率可以通過頂管機測量靶的激光點偏移量計算，并按計算值相應(yīng)調(diào)整糾偏千斤頂組，控制頂管機的推進方向。鑒于頂管機的機頭處安裝有測量靶，可以將激光全站儀放置在頂管機后的觀測臺上，按設(shè)計坡度發(fā)出的激光束不僅能夠作為管道中心線，還可作為頂進的導(dǎo)向基準(zhǔn)線。正常施工時，激光光斑中心應(yīng)與測量靶中心相重合;當(dāng)頂進過程中出現(xiàn)偏位，測量靶中心就會與光斑中心偏離，偏離信號將傳送到操作臺的監(jiān)示器上，操作人員糾正頂進方向，確保頂管機沿著激光束的方向正常前進。

2.2.4 觸變泥漿減摩

本工程頂管施工中，利用觸變泥漿在混凝土管周圍形成漿套減小鋼管外壁與地層之間的摩擦力，是長距離頂管施工至關(guān)重要的技術(shù)措施。在頂管施工過程中，通過多點對稱壓注的方式向管節(jié)的外壁壓注適量的減摩泥漿，使得管節(jié)外壁和周圍地層間的空隙都均勻的填充了泥漿，降低了管節(jié)與周圍地層的摩擦阻力。堅持“先壓后頂、隨頂隨壓、及時補漿”的壓漿原則，保證壓漿泵的輸出壓力維持在0.3 MPa～0.4 MPa。

工序：地面拌漿→浸泡水發(fā)→開壓漿泵→開送漿閥→送漿（頂進作業(yè)開始）→關(guān)管節(jié)閥門（頂進作業(yè)停止）→關(guān)總管閥門→拆除井內(nèi)快速接頭→下管→總管接長→循環(huán)施工。

2.2.5 觸變泥漿置換

為防止管道頂進結(jié)束后出現(xiàn)滯后沉降的現(xiàn)象，需要用1：1純水泥漿及時置換出頂進過程中的觸變泥漿。從第一節(jié)管節(jié)開始向后壓注置換的水泥漿，在前一節(jié)管壓注水泥漿時，應(yīng)開啟后續(xù)的管節(jié)壓漿孔，在新注入水泥漿的壓力下，管路中原有的觸變泥漿會從后續(xù)管節(jié)的壓漿孔內(nèi)陸續(xù)溢出，直到所有的注漿孔內(nèi)流出的都是水泥漿，便可以停止壓注水泥漿，保證用水泥漿完成全部觸變泥漿的置換。

3 本工程采用頂管法施工與管道開槽施工可行性對比

4 結(jié)束語

綜上所述，市政管線施工不開槽施工與管道開槽施工的選取要結(jié)合現(xiàn)場的實際情況及經(jīng)濟條件，對于已通車道路且交通繁忙不具備封路施工、地下管線較多、地下水位較高且無降水條件時，應(yīng)優(yōu)先選取不開槽施工技術(shù)。

參考文獻：

[1]劉西亞.探析城鎮(zhèn)燃氣管道非開挖定向穿越施工技術(shù)的運用[J].中國石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量，2017，37（1）：48-49.

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