復(fù)雜地質(zhì)條件下長管徑距離頂管工程綜合研究

崔 浩

（西安思源學(xué)院城市建設(shè)學(xué)院，陜西 西安 710038）

地下管網(wǎng)的施工在鋪設(shè)中，頂管法進(jìn)行施工是最為常見的一種采用暗挖方法的施工形式，在城市各類地下管網(wǎng)的建設(shè)中得到了廣泛應(yīng)用。由于這樣的施工方法，有效的避免了城市各個(gè)路面的開挖數(shù)量，所以它們具有盡可能多地減少土方工程、減少房屋的拆除或者縮短施工周期和使用時(shí)間，對(duì)于周圍環(huán)境的干擾小，且不間接中斷當(dāng)?shù)氐娜肆鹘煌捌渌锪鬟\(yùn)輸活動(dòng)等優(yōu)勢(shì)，在文明施工方面取得了顯著成果，在開挖數(shù)量控制方面，僅僅應(yīng)用于工作區(qū)域部位和接受區(qū)域部位的時(shí)候，使得施工在安全這兩個(gè)方面都得到了有力保證，在建筑工程的實(shí)踐中已經(jīng)體現(xiàn)了很好地表達(dá)出較高的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，特別是很適合于管線貫穿建筑物以及公路、鐵路等交通線，甚至于穿越江河的施工，對(duì)實(shí)現(xiàn)文明施工，科學(xué)施工具有重大的意義。

1 工程概況

本文以某市的一項(xiàng)市政供水給引水工程改造為例，該項(xiàng)建設(shè)工程需要在水渠的位置上分別施工3根直徑約2500mm的鋼管，每根鋼管之間有7m左右到15m之間的中心間距，工程設(shè)計(jì)長度為800m的頂進(jìn)水渠長度，總高程超過2400m。在整個(gè)工程的施工中，需要穿過淤泥混砂土、殘留粘性地土、中砂以及粘土等土層，施工難度有一定難度。

2 該項(xiàng)目施工中頂管施工技術(shù)概述

在我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)體制不斷完善的大背景下，城市中各項(xiàng)基礎(chǔ)設(shè)施開始逐漸完善。大多數(shù)情況下，實(shí)際施工中，地質(zhì)條件的多樣性會(huì)成為制約市政單位施工的開展，想要從根本上解決這一類問題，就必須依靠在實(shí)際施工中逐漸積累的經(jīng)驗(yàn)結(jié)合科學(xué)的施工技術(shù)整體上提升該項(xiàng)目施工的質(zhì)量。管線、地形等情況應(yīng)當(dāng)是進(jìn)行市政給排水施工時(shí)需要重點(diǎn)考慮的問題，若是施工區(qū)域周圍車流量較大且處于城市主干道，施工必然會(huì)對(duì)該區(qū)域的交通產(chǎn)生巨大的硬性。介于以上的種種原因，通常大多數(shù)市政施工單位都是采用頂管給排水施工技術(shù)方法進(jìn)行市政給排水施工，最大程度地規(guī)避在道路面上進(jìn)行施工對(duì)人們生活造成影響。

不需要進(jìn)行管道開挖作業(yè)就可以進(jìn)行施工的方式就是頂管技術(shù)，而所謂的頂管施工就是在進(jìn)行分段給排水施工是時(shí)，每一段給排水管道的長度都在200m以上，最長的管道可能會(huì)超過1900m。這樣的施工特性也就決定著該項(xiàng)目施工中應(yīng)用頂管施工技術(shù)相較于傳統(tǒng)的管道開挖技術(shù)有著明顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。首先，頂管施工不需要對(duì)城市道路進(jìn)行開挖，能夠徹底避免管道施工對(duì)于城市道路的破壞，在一些需要穿越鐵路或者地面建筑物的項(xiàng)目工程中，更加適合使用頂管施工技術(shù)。其次，頂管式施工技術(shù)可以顯著地改善和提升建筑材料的施工質(zhì)量，縮短建筑材料的施工時(shí)間，并且可以最大限度地節(jié)省建筑材料和工程造價(jià)。最后，頂管式施工技術(shù)在整個(gè)施工過程中所需要使用的建筑物場(chǎng)地通常比較小，不會(huì)直接干擾到建筑物地面的活動(dòng)，更不會(huì)對(duì)交通秩序造成影響，產(chǎn)生的建筑物噪音相較低，避免了建筑物在施工的過程中對(duì)周圍社區(qū)和居民造成的影響，整個(gè)施工全過程綠色無污染。

3 該項(xiàng)目施工中的頂管式給排水施工技術(shù)難點(diǎn)

我們雖然不能完全否定頂管在實(shí)際施工中仍然存在著其他的技術(shù)施工頂管技術(shù)在這些施工技術(shù)上具有無法相容和比擬的巨大技術(shù)優(yōu)勢(shì)，但也正因?yàn)樗淮雾敼芨倪M(jìn)所占用需要的施工時(shí)間相對(duì)較長，也就意味著頂管施工技術(shù)相較于其他施工技術(shù)也有著更高的施工難度[1]。由于頂管施工技術(shù)所采用的是大口徑前部缺口，在進(jìn)行頂管施工時(shí)會(huì)出現(xiàn)較大的裂縫，在進(jìn)行施工過程中會(huì)造成前部塌方等情況的出現(xiàn)，這也基本決定了不可能是采用人工挖掘的方法來進(jìn)行頂管施工，而是否能夠采用機(jī)械手段進(jìn)行頂管的施工還是需要依據(jù)所在施工地點(diǎn)的實(shí)際氣候和地質(zhì)狀況來決定，因此，市政給排水施工中頂管施工技術(shù)有很多的施工技術(shù)要求。

3.1 頂管推力對(duì)施工材料的影響

在大多數(shù)情況下，市政施工單位往往都會(huì)利用太正頂管裝置和設(shè)備的推動(dòng)系數(shù)值進(jìn)行設(shè)定來提高和增加對(duì)市政給排水管線的頂管推動(dòng)系數(shù)，但是我們?cè)谑┕さ倪^程中也還是需要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況相應(yīng)地結(jié)合具體施工材料才能夠進(jìn)行一個(gè)綜合性的考慮和分析。市面上普通混凝土管道的康業(yè)抗壓強(qiáng)度一般控制在50mpa左右，玻璃纖維管道的抗壓強(qiáng)度一般控制在80mpa～210mpa，而鋼管的抗壓強(qiáng)度則高達(dá)350mpa。由此我們可以清楚地看出，鋼管具有較好的耐熱和抗壓能力，因?yàn)樗哪Σ料禂?shù)相對(duì)較小，不必再需要太大的推動(dòng)[2]。就可以進(jìn)行推進(jìn)。因此，鋼管是市政給排水施工中頂管施工技術(shù)會(huì)廣泛應(yīng)用到的一種施工材料。

3.2 后座的承壓能力

制約該項(xiàng)目澆筑頂管施工技術(shù)主要影響因素之一就是其后座承壓性。對(duì)于管道加設(shè)推理方法是在頂管實(shí)際上施工中不得不慎思地考慮的一個(gè)重要原則[3]。而推力的強(qiáng)度又直接的關(guān)系到頂管后座能夠承受管道的反作用力，如果強(qiáng)度過高會(huì)出現(xiàn)底座損壞的現(xiàn)象，因此，在施工的過程中會(huì)增加后座強(qiáng)的厚度，進(jìn)而增加后座的承重能力。

3.3 渣土排出的問題

由于頂管及時(shí)分段頂進(jìn)的長度通常都較長，因此渣土排出的工作如果采用人工排出首先會(huì)極不安全，其次還很難滿足施工的實(shí)際需求[4]。而采用水排的方式進(jìn)行渣土排出，首先就需要極大的長度進(jìn)行，水壓能否滿足施工所需是一個(gè)值得深入思考的問題，因此往往都會(huì)需要增加水泵為水進(jìn)行增壓。

3.4 管道直徑的制約

管道直徑也是制約該項(xiàng)目施工中頂管施工開展的一個(gè)重要因素。如果是在施工的過程中由于管道的直徑比較小，相關(guān)的工作人員對(duì)于管道中進(jìn)行的施工往往都是需要彎腰或者附身，這樣就會(huì)大幅度地降低了施工效率并且也就給相關(guān)的施工人員造成了諸多的不便。因此，大口徑管道是本次項(xiàng)目施工中進(jìn)行頂管設(shè)計(jì)的主要材料。

3.5 通風(fēng)安全性的問題

由于該工程在施工頂管時(shí)所需要的長期時(shí)間是在管道內(nèi)部這種具有封閉性的工作環(huán)境中進(jìn)行的工作，因此，氧氣稀薄的問題時(shí)有發(fā)生。除此之外，鋼管表面的油漆在對(duì)于土壤進(jìn)行頂入作業(yè)過程中時(shí)會(huì)從空氣中散發(fā)出對(duì)于人體健康有害的氣體，再者由于加上在土壤層中也是從空氣中釋放揮發(fā)有害的氣體，因此在管道中對(duì)于施工人員經(jīng)常都會(huì)受到巨大的環(huán)境和生命健康威脅。

4 該項(xiàng)目施工中頂管施工技術(shù)的要點(diǎn)

4.1 頂管施工準(zhǔn)備

要結(jié)合實(shí)際情況制定好的施工總平面圖，對(duì)多方位各個(gè)領(lǐng)域的施工技術(shù)內(nèi)容做一個(gè)綜合性參考，例如自動(dòng)化控制房間、起重裝配器、料具間、管道堆場(chǎng)和注漿系統(tǒng)等[5]。在始發(fā)工作井內(nèi)除了布置逆向反力架、主堆千斤頂、頂管機(jī)以及發(fā)射架等設(shè)備外，也根據(jù)需求在工作井邊側(cè)增加一個(gè)下井式扶梯，為工作人員上下行走提供了便利。

4.2 頂管的主要施工設(shè)備

由于在建筑物的頂管施工中，如果在頂管的地基上進(jìn)行了一個(gè)管道的頂進(jìn)周圍并不是存在任何其他建筑物的地基，管道的直徑也大于750mm，那么在進(jìn)行施工時(shí)就需要一些起重裝置、反力墻，以及千斤頂?shù)妊b置。在該項(xiàng)目頂管施工之前就需要對(duì)頂力進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)計(jì)算出的頂力結(jié)果選取適應(yīng)的頂進(jìn)施工設(shè)備。

4.3 管道頂進(jìn)技術(shù)

在對(duì)實(shí)際頂進(jìn)澆筑過程中需要每完成一根水平管道澆筑時(shí)就立即對(duì)其進(jìn)行第一次測(cè)定。需要注意的是，它需要對(duì)最初開始時(shí)間20米以內(nèi)的物體進(jìn)行多次測(cè)量。允許軸線以及高程出現(xiàn)偏差但要控制在一定的范圍之內(nèi)[6]。在總體設(shè)計(jì)施工結(jié)束之后就需要定期地檢查管道中心線和高程。在進(jìn)行管道頂進(jìn)施工的過程中應(yīng)當(dāng)保持充足的連貫性，施工過程中不允許有停頓產(chǎn)生。更為重要的是需要有橡膠或者其他的材質(zhì)的緩沖材料在頂進(jìn)作業(yè)的接觸面作為緩沖，確保在整個(gè)施工過程中能夠有一個(gè)均勻的受力狀態(tài)。對(duì)橡膠添加潤滑劑能夠保障施工過程的流程，確保不會(huì)出現(xiàn)梗阻的現(xiàn)象。

4.4 管節(jié)止轉(zhuǎn)技術(shù)

大多數(shù)情況下，在進(jìn)行市政排水管道的施工作業(yè)過程中機(jī)頭會(huì)因?yàn)槭艿綖榱Φ淖饔迷诓粩嗟匦D(zhuǎn)，這就為施工帶來了很多不必要的困難，因此適當(dāng)?shù)牟扇∠鄳?yīng)的止轉(zhuǎn)措施來應(yīng)對(duì)，進(jìn)而為工程的順利開展。

4.5 制作與澆筑泥漿

在整個(gè)市政排水管道頂管的施工過程中都需要大量的泥漿作為潤滑材料，而施工中的要點(diǎn)就是水泥漿的配比[7]。為了使工程的質(zhì)量能夠得到保障，需要科學(xué)的計(jì)算泥漿的被配比，并盡量選擇材質(zhì)優(yōu)良的材料進(jìn)行攪拌。在注漿的過程中要將注漿機(jī)的壓力合理地控制起來確保注漿的壓力始終低于頂管體上精致土的壓力，并且以絕食及的地下結(jié)構(gòu)層變化來調(diào)整注漿方案。完成整個(gè)施工之后需要制定有效的保護(hù)措施，避免沉降現(xiàn)象的發(fā)生。

4.6 降水措施

適當(dāng)?shù)慕邓胧┮彩堑叵滤惠^高頂管作業(yè)時(shí)必備的作業(yè)項(xiàng)目，進(jìn)而能夠保障順利地展開施工，通常井點(diǎn)將水的方式是施工過程中最經(jīng)常采用的一種施工手段[8]。需要根據(jù)實(shí)際的地質(zhì)條件以及地下水位來確定井點(diǎn)的位置，要確保井點(diǎn)的位置與坑壁有1米以上的距離，各個(gè)井點(diǎn)之間的間距也應(yīng)當(dāng)保持在一米以上，并且確保在水層以下埋設(shè)。井點(diǎn)的鉆孔直徑應(yīng)當(dāng)不小于350mm以及不小于450mm的深度。在進(jìn)行井點(diǎn)降水時(shí)應(yīng)當(dāng)實(shí)時(shí)掌握周圍建筑物地基的沉降情況，若出現(xiàn)異常情況，需要及時(shí)的采取有效的防護(hù)措施。

5 結(jié)語

總而言之，在復(fù)雜地質(zhì)下進(jìn)行頂管施工技術(shù)還存在一定的問題以及難點(diǎn)。本文針對(duì)現(xiàn)實(shí)中的頂管工程概況和頂管施工技術(shù)現(xiàn)狀開展了分析，根據(jù)實(shí)際在頂管施工過程中存在的一些問題針對(duì)頂管施工技術(shù)重點(diǎn)進(jìn)行了補(bǔ)充。只有能夠確保建筑物的施工材料和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的技術(shù)科學(xué)性以及高度嚴(yán)格的建筑地質(zhì)施工技術(shù)要求。