市政工程頂管施工技術(shù)及質(zhì)量控制措施分析

儲(chǔ)曉亮

(中交二航局成都城市建設(shè)工程有限公司,四川 成都 610000)

1 市政工程頂管施工技術(shù)開發(fā)應(yīng)用的發(fā)展歷程

1.1 頂管施工技術(shù)的雛形階段

世界上普遍認(rèn)為史上最早應(yīng)用頂管施工技術(shù)的是古羅馬人,從中東地區(qū)出土的古羅馬時(shí)代的汲取水資源木質(zhì)管道證實(shí),古羅馬人就會(huì)用杠桿的作用力,將木制管道從土體的側(cè)面頂進(jìn),開辟汲取水源通道,說明古羅馬時(shí)代人們就能夠不開挖地面,進(jìn)行管道頂進(jìn)施工,這是對(duì)頂管施工技術(shù)的雛形階段。

1.2 早期的頂管施工技術(shù)

有確切文字記載頂管施工的歷史要追溯到美國(guó)太平洋鐵路公司1896-1900 年間修筑鐵路過程的頂管施工作業(yè)。之后,有位美國(guó)工程師在研究穿越鐵路灌溉工程時(shí),應(yīng)用了鑄鐵管道頂進(jìn)穿越鐵路的施工方式,頂管施工技術(shù)逐漸被推廣應(yīng)用。

1.3 普遍應(yīng)用的頂管施工技術(shù)

1818 年法國(guó)有位叫M·L·布律內(nèi)爾的工程師受船蛆打洞的啟發(fā),研究出隧道開掘盾構(gòu)施工方法,之后,隨著盾構(gòu)機(jī)械的研發(fā)成功,頂管施工技術(shù)開始普及應(yīng)用。

1.4 頂管施工技術(shù)在我國(guó)的應(yīng)用

中華人民共和國(guó)成立后,京包鐵路路基下鋼筋混凝土頂管穿越施工方式開始出現(xiàn),“一五”期間,在上海黃浦江堤下首次進(jìn)行手掘式鋼管頂管施工,1964 年國(guó)家建設(shè)部與上海市支持部分單位開展機(jī)械頂管施工試驗(yàn),20 世紀(jì)中后期,上海市政公司、市政工程研究所共同研制成功了小口徑頂管掘進(jìn)機(jī),之后,隨著頂管機(jī)頭的研制成功,頂管百米施工技術(shù)難題得以破解；改革開放后,在引進(jìn)國(guó)外頂管施工機(jī)械的過程中,有關(guān)頂管施工技術(shù)理論和成功的施工管理經(jīng)驗(yàn)也得到借鑒,我國(guó)頂管施工技術(shù)水平得到大幅度提升。目前,我國(guó)的市政頂管施工技術(shù)在世界上已經(jīng)遙遙領(lǐng)先,尤其是大口徑、遠(yuǎn)距離頂管施工業(yè)績(jī)更是舉世矚目。

2 市政工程頂管施工技術(shù)操作規(guī)程

2.1 機(jī)械設(shè)備安裝及控制標(biāo)準(zhǔn)

工作井施工完成后,頂管施工的機(jī)械安裝必須根據(jù)操作規(guī)程操作。一是根據(jù)巖土地層結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、隧道口徑大小以及地面附著物的種類、抗震條件等選用型號(hào)較為合適的盾構(gòu)機(jī)械設(shè)備；二是選用鋼質(zhì)材料制作導(dǎo)軌,鋪設(shè)平直,固定措施到位,確保頂進(jìn)管道運(yùn)行過程,不走樣；三是千斤頂與管道中心的垂線對(duì)稱并在支架上固定好,需要一臺(tái)以上的千斤頂合力作業(yè),一般要求配對(duì)安裝,型號(hào)相同,以滿足同步作業(yè)的要求；頂鐵軸線與管道軸線保持平行并對(duì)稱,頂鐵與導(dǎo)軌的接觸面要確保干凈,不許有油污、泥土等；四是千斤頂?shù)挠蛪嚎刂葡到y(tǒng)分臺(tái)設(shè)置,并聯(lián)安裝,保持油泵與千斤頂型號(hào)相符,選擇最佳匹配。四是試運(yùn)行合格后才允許組織施工。

2.2 施工中需掌握的操作技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

一是安全啟動(dòng)。頂管施工開始前,進(jìn)行安全施工警示,要求所有人員不得在頂鐵上方和側(cè)面停留。邊啟動(dòng)邊觀察頂鐵運(yùn)行是否標(biāo)準(zhǔn)、正常；二是緩緩啟動(dòng)機(jī)械設(shè)備,慢慢頂進(jìn),機(jī)頭與接觸面完全吻合,逐漸調(diào)整頂進(jìn)速度,開始正常生產(chǎn)；三是頂進(jìn)施工過程發(fā)現(xiàn)油壓升高或者降低,應(yīng)立即停工查找故障原因,切勿堅(jiān)持使機(jī)械設(shè)備帶病作業(yè),避免引發(fā)事故；四是正常施工作業(yè)過程常見的問題：(1)機(jī)頭遇到障礙物；(2)后背墻持續(xù)變形；(3)頂鐵扭曲；(4)管位偏差難以匡正；(5)頂力不斷擴(kuò)大難以控制；(6)油壓油路發(fā)生故障；(7)接縫之間漏泥漏漿。一旦發(fā)現(xiàn)這幾類問題應(yīng)立即停工檢查,解決問題,不得盲目繼續(xù)作業(yè)。2.3中繼間設(shè)備安裝技術(shù)要點(diǎn)：(1)工具方向安裝凹頭,工作井一方安裝凸頭；有效防止頂進(jìn)作業(yè)時(shí)泥沙油污混入中繼間,損壞密封膠,導(dǎo)致防水效果質(zhì)量不保,設(shè)備發(fā)生故障；(2)中繼間的操作必須有專門的操作技術(shù)人員,專門作業(yè)；(3)中繼間的油壓、頂力嚴(yán)格按設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),增大壓力會(huì)導(dǎo)致中繼間變形；(4)中繼間的單次推進(jìn)距離、行程限位裝置嚴(yán)格按設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行,嚴(yán)防不標(biāo)準(zhǔn)操作造成的密封膠拉出中繼間,破壞設(shè)備的止水功能；(5)在中繼間穿過的排泥軟管、高壓進(jìn)水軟管等要與中繼間保持合適的距離,避免作業(yè)過程造成管線損傷。

3 市政工程頂管施工技術(shù)及質(zhì)量控制措施

3.1 科學(xué)制定施工方案,確定各項(xiàng)技術(shù)控制標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)項(xiàng)目設(shè)計(jì)圖紙,結(jié)合施工場(chǎng)地的再次實(shí)際勘察結(jié)果,制定、優(yōu)化施工方案,確定頂進(jìn)施工工序和作業(yè)技術(shù)方式。

3.2 施工前的各項(xiàng)準(zhǔn)備工作

施工前必須做好相關(guān)的準(zhǔn)備工作,確保規(guī)范施工,安全施工。一是技術(shù)準(zhǔn)備工作。包括三項(xiàng)工作內(nèi)容：(1)崗前培訓(xùn),技術(shù)交底。根據(jù)項(xiàng)目設(shè)計(jì)圖紙的技術(shù)要求,組織員工按照崗位要求進(jìn)行技術(shù)交底、安全生產(chǎn)培訓(xùn)；(2)控制點(diǎn)加密,測(cè)線放量；根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙?jiān)O(shè)置的控制點(diǎn),實(shí)地核準(zhǔn),對(duì)控制點(diǎn)進(jìn)行加密,根據(jù)規(guī)范要求的標(biāo)準(zhǔn)精度,閉合和引測(cè)水準(zhǔn)點(diǎn)；反復(fù)測(cè)量核準(zhǔn)控制點(diǎn)后測(cè)量放線；(3)搞好地面沉降監(jiān)測(cè)。在頂管沿線以及工作井附近,布置地面沉降觀測(cè)點(diǎn),隨時(shí)掌握地面沉降變化動(dòng)態(tài)；二是調(diào)查施工作業(yè)區(qū)域的障礙物；首先結(jié)合探測(cè)與主管部門就地下管線設(shè)施障礙物進(jìn)行排查,弄清燃?xì)夤艿?、生產(chǎn)生活用水、通信線纜等鋪設(shè)的走向、位置、埋深距離等,其次對(duì)地層結(jié)構(gòu)變化充分了解,對(duì)自然發(fā)育過程產(chǎn)生的障礙、人為干擾地層結(jié)構(gòu)形成的障礙等摸清查實(shí),分類想辦法解決,確保頂進(jìn)施工順利；三是準(zhǔn)備好頂管施工需要的物資材料；結(jié)合項(xiàng)目設(shè)計(jì)圖紙確定的工程規(guī)模、工期、工程質(zhì)量等要求標(biāo)準(zhǔn),編制機(jī)械設(shè)備表和物資材料表,對(duì)設(shè)備材料的規(guī)格、型號(hào)、數(shù)量做嚴(yán)格的控制,確保有序進(jìn)入,不影響順利施工；四是電能供應(yīng)和照明設(shè)備的準(zhǔn)備工作。頂進(jìn)施工是地下作業(yè),沒有自然光線保證,需要配備相應(yīng)的照明設(shè)備,同時(shí),頂進(jìn)機(jī)械設(shè)備也需要電能動(dòng)力,因此,必須圍繞安全生產(chǎn)做好電能供應(yīng)與照明設(shè)備的準(zhǔn)備。(1)工作井欄桿固定鈉燈設(shè)備,挖土作業(yè)佩戴礦燈照明燈；(2)電氣設(shè)備由專人布置線路,固定控制裝置；(3)所有電氣設(shè)備均設(shè)置漏電保護(hù)器,確保安全使用；(4)工作井內(nèi)的配電箱固定安裝的位置不低于距井底90cm,電線。線纜嚴(yán)禁在水中浸泡,要采取空中懸架。五是通風(fēng)設(shè)備和毒氣監(jiān)測(cè)檢測(cè)裝置的準(zhǔn)備。(1)選擇型號(hào)合適的鼓風(fēng)機(jī),放置工作坑地面,鼓風(fēng)量700L/min；(2)布置O2濃度、CH4濃度、CO、H2S 濃度的監(jiān)測(cè)檢測(cè)設(shè)備監(jiān)測(cè)點(diǎn),設(shè)置安全范圍,O2濃度≥19%為安全,≤17%為警示值,≤12%為危險(xiǎn)狀態(tài)；0≤CH4濃度≤0.25%為正常,濃度0.25%-0.5%為不安全,0.5%以上為危險(xiǎn)濃度；CO 濃度35ppm 為警戒線；H2S 濃度＜7ppm 為正常,10ppm＜為警戒值,六是通訊設(shè)備的準(zhǔn)備。所有作業(yè)人員一律配置專用無線通訊設(shè)備,頂進(jìn)、吊車、指揮人員保持聯(lián)系暢通,為避免網(wǎng)絡(luò)信號(hào)質(zhì)量問題導(dǎo)致的通訊問題,配置施工專用通信設(shè)備。七是明確頂進(jìn)施工過程的各類技術(shù)參數(shù)。根據(jù)地層勘測(cè)、工程質(zhì)量和設(shè)備工藝的要求,編制地層參數(shù)表、頂管參數(shù)表、頂管井/接收井參數(shù)表、工程參數(shù)表等。

表1 地層參數(shù)

(1)惠王陵站污水頂管工程施工技術(shù)參數(shù)。

表2 頂管參數(shù)表

(2)頂管井/接收井施工技術(shù)參數(shù)詳見表3。

表3 頂管井/接收井參數(shù)表

(3)頂管工程技術(shù)參數(shù)詳見表4。

表4 頂管工程參數(shù)表

3.3 詳細(xì)制定施工工藝流程圖。

圖1

3.4 主要的施工方法和質(zhì)量控制措施

市政管道施工工程施工項(xiàng)目可分為排水工程施工、工作井接收井工程施工、頂進(jìn)工程施工、碰管工程施工、檢查井工程施工、閉水實(shí)驗(yàn)施工等內(nèi)容,現(xiàn)將具體的施工方法和質(zhì)量控制措施進(jìn)行分析：一是排水工程施工方法與質(zhì)量控制措施。根據(jù)地層結(jié)構(gòu)和地下水埋深特點(diǎn),相應(yīng)采取明排降水施工方式,或者特殊的降水方式,確保工作井施工和頂管施工處于無水環(huán)境即可。技術(shù)質(zhì)量控制措施就是在底部最低地面挖積水坑,在用抽水機(jī)或者泥漿泵把水或泥漿全部抽干,考慮到頂管過程巖土地層的滲水外溢,降水排水必須無間斷進(jìn)行,確保施工地面不存積水。

3.5 工作井、接收井的施工及質(zhì)量控制措施

結(jié)合施工圖設(shè)計(jì)要求,一般采取逆作法施工方式,接收井采取深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu),工作井和接收井壁分層循環(huán)施工,上一層井壁施工完成,達(dá)到質(zhì)量要求標(biāo)準(zhǔn)后,在進(jìn)行下一層施工。接下來就是土方開挖,開挖施工過程隨時(shí)做好支護(hù)、圍擋、防水排水措施,坑底設(shè)集水坑,坑口預(yù)備蓋板,施工完成后,及時(shí)封底,覆蓋井口；施工場(chǎng)地周圍設(shè)置安全圍擋和防雨排水設(shè)施,井內(nèi)留有安全上下通道,確保施工過程人員能夠安全撤離。

3.6 頂進(jìn)施工技術(shù)及質(zhì)量控制措施

工作井、接收井施工完成后,吊裝盾構(gòu)機(jī)械設(shè)備、千斤頂、鋼板、導(dǎo)軌等下井施工。(1)鋼板后背墻的質(zhì)量控制措施：規(guī)格：200×200×2cm。保證后背墻能夠均勻受力；(2)導(dǎo)軌安裝的質(zhì)量控制措施：狀態(tài)穩(wěn)固,軌距要求、高程要求、流水方向數(shù)據(jù)精度必須滿足頂進(jìn)施工需要；(3)千斤頂?shù)姆较蛭恢猛七M(jìn)力度必須均勻；(4)頂鐵安裝及注意問題：頂鐵是千斤頂與管道之間具有“力”的組織協(xié)調(diào)能力的設(shè)備,根據(jù)工程規(guī)模選擇適宜的橫頂鐵、豎頂鐵、U 型頂鐵或圓形頂鐵,確保頂力均勻,平穩(wěn)推進(jìn)管道；(5)工具管試頂結(jié)束,安裝第一節(jié)管道,處理好防水止水措施,先挖后頂,即挖即頂,循序漸進(jìn),穩(wěn)妥施工,啟動(dòng)油泵,千斤頂活塞伸出一個(gè)沖程,推進(jìn)管道；停止油泵,打開控制閥,活塞抽回,在啟動(dòng)油泵,繼續(xù)頂進(jìn),循環(huán)施工。

4 結(jié)論

市政工程頂管技術(shù)在城市建設(shè)和城鎮(zhèn)建設(shè)的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中的應(yīng)用越來越廣泛,新形勢(shì)下,必須不斷研究創(chuàng)新,才能確保有效保障工程質(zhì)量,因此,要與時(shí)俱進(jìn),不斷探究。