市政施工中地下管線長距離頂管施工技術(shù)研究

翁程亮

（山東省路橋集團(tuán)有限公司，山東青島 260000）

1 引言

市政工程建設(shè)涉及的工程項目較多，施工過程相對復(fù)雜，導(dǎo)致對管道的埋深要求越來越高，頂管施工的難度也逐步增加。因此，為了保證該技術(shù)能夠滿足高質(zhì)量的施工要求，切實提高工程建設(shè)質(zhì)量，必須提高設(shè)計方案的合理性，適當(dāng)調(diào)整技術(shù)流程，改善技術(shù)應(yīng)用中的不足之處。為了確保相關(guān)應(yīng)對措施更具有針對性，需要對長距離頂管施工技術(shù)的具體內(nèi)容進(jìn)行深入分析。

2 市政施工中地下管線長距離頂管施工技術(shù)分析

2.1 應(yīng)用特點

頂管施工技術(shù)的優(yōu)勢包括：（1）不會破壞施工現(xiàn)場，由于其本身不需要進(jìn)行地面挖掘便可以完成管線的鋪設(shè)，能夠有效解決傳統(tǒng)施工技術(shù)造成的交通堵塞、建筑物破壞等弊端，并且減少了大范圍的開鑿動土，也能降低施工噪聲，不會對周邊人們的生活造成不良影響；（2）施工速度快，頂管施工大部分工作面都在井下區(qū)域，無須工作人員在路面鋪設(shè)路障圍欄，也無須進(jìn)行拆遷工作，可以切實降低工程量，節(jié)約管線鋪設(shè)時長，并且當(dāng)前頂管施工所應(yīng)用的機(jī)械設(shè)備性能較高，可以大幅度降低人工費用支出，進(jìn)一步提升頂管施工的經(jīng)濟(jì)性，目前工作效率最高的頂管機(jī)如圖1 所示；（3）環(huán)保效果好，頂管施工采用的是點狀形式完成小范圍施工，不會對附近的基礎(chǔ)設(shè)施、綠色植被產(chǎn)生破壞，并且在井內(nèi)施工時，需要不斷灌注黏土漿與清水，可以抑制塵土揚到空氣中，以此避免城市空氣污染。

圖1 頂管機(jī)

2.2 技術(shù)類型

2.2.1 穿墻技術(shù)

穿墻技術(shù)主要是為了將防水套管與墻體預(yù)埋管進(jìn)行連接，在實際應(yīng)用時，要切實保證構(gòu)成材料具有良好的抗震性與防水性，能夠在高壓環(huán)境下保持良好的應(yīng)用強度與較高的荷載力。同時，施工人員要確保管道安裝的精確性，全面考慮可能影響施工有序進(jìn)行的外部因素，并制訂有效的解決方案，及時清理可能會堵塞管道的污染物，保證管道良好的運輸功能。

2.2.2 螺旋鉆井技術(shù)

螺旋鉆井技術(shù)即是利用螺旋鉆機(jī)的推力將鋼管放至指定位置，并通過采取一系列的管道施工方法，保證周邊的土層能夠維持基本形態(tài)，不會形成地質(zhì)塌方、地表開裂等不良現(xiàn)象，以此避免降雨量較高時出現(xiàn)水土流失。通常螺旋鉆井法適用于孔徑較小的應(yīng)用管道，在施工過程中難免會產(chǎn)生一定的誤差，需要工作人員根據(jù)實際要求盡快調(diào)整，實現(xiàn)高質(zhì)量的精度控制。

2.2.3 減阻技術(shù)

灌漿減阻的目的在于改善土壤物理性質(zhì)，適當(dāng)減少機(jī)械裝置在進(jìn)管過程中遇到的阻力，并確保管道放置時土層能夠保持較高的穩(wěn)定性。通常施工人員會采用在土層與管道間灌注泥漿的方式，使間隙處形成保護(hù)膜，用以提升土壤的支撐力，并起到防止地面沉降的作用。同時，工作人員要及時檢查泥漿量的剩余情況，確保灌注過程的連續(xù)性。

3 施工流程

3.1 施工準(zhǔn)備

施工準(zhǔn)備工作包括：（1）要制訂完整的設(shè)計方案，明確各項施工要求，保證水電資源配置合理、科學(xué)，確保工程計劃符合相關(guān)安全標(biāo)準(zhǔn)。比如，變壓器功率應(yīng)設(shè)置為200 kW；水資源的采集應(yīng)遵循就近原則等。（2）結(jié)合實際應(yīng)用需求，選擇性能、質(zhì)地優(yōu)良的頂管材料，保證施工過程有序進(jìn)行，表1 為鋼管材料特點分析。在施工時，要注意建材在投入使用前要經(jīng)過精確計算，減少材料二次加工，使其能夠準(zhǔn)確安裝在所需位置。此外，施工單位要在工程現(xiàn)場布置視頻采集點，完成整個建設(shè)流程的監(jiān)控與審查，提高市政工程的安全性，排除安全隱患。（3）要購入性價比高、運行狀態(tài)良好的機(jī)械裝置，比如，當(dāng)前應(yīng)用效率最高的XDN500 頂管機(jī)頭，如圖2 所示。

表1 頂管材料特點分析

圖2 頂管機(jī)頭

3.2 井下布置

井下布置主要是將鋼梯、導(dǎo)軌等裝置下放到井內(nèi)，并將Q253B 鋼材作為頂管基座制作原材料，由施工人員完成管線長度測量后，再進(jìn)行基座的安裝固定，以此降低誤差值，提升施工的穩(wěn)定性[1]。

3.3 管線運輸

管線運輸需要優(yōu)先得到相關(guān)部門的開工批準(zhǔn)，之后才可將建筑材料運輸?shù)绞┕がF(xiàn)場并開展組裝、拼接工作，在將成品鋼管投入使用前，還要對其應(yīng)用質(zhì)量進(jìn)行檢測，包括頂管耐久性、抗腐蝕性、是否存在結(jié)構(gòu)破損等，避免后續(xù)二次維護(hù)需要重新開鑿破土，加大工作量造成不必要的經(jīng)濟(jì)支出[2]。

3.4 注意事項

1）為了保證管道推力大小適中，能夠完全抵御土壤與管道外壁產(chǎn)生的摩擦力，需要合理設(shè)計管道長度與徑口大小，同時，設(shè)計人員還要充分收集工程現(xiàn)場的勘察數(shù)據(jù)并進(jìn)行相關(guān)閉水實驗，從而將管道壓力控制在安全標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，并將土拱效應(yīng)、管端阻力等影響因素考慮到位，保證計算結(jié)果的合理性與適用性，其頂力計算公式為：

式中，F(xiàn) 為總推力；F1為迎面阻力；F2為頂進(jìn)阻力；Pe為土壓力，N；Bc為管外徑，m；L 為頂進(jìn)長度，m；Pa為土層主動壓力，通常為200 kPa；Pw為土層地下水壓力；P 為土倉預(yù)加壓力，通常為20 kPa；Fk為管壁與土體的摩阻力，kN/m2。

2）明確管道位移偏差，長距離的頂管施工不可避免地會在安裝過程中出現(xiàn)距離誤差，為了解決此類問題，施工人員要進(jìn)一步提升自身技術(shù)水平，減少設(shè)備振動情況，依照相應(yīng)規(guī)范的要求，使油缸推力處在均衡狀態(tài)，以此降低推力變化，控制管道位移，確保頂管誤差值控制在允許范圍內(nèi)，其具體數(shù)值見表2。

表2 頂管允許偏差

3）開展加固措施，工作人員可采用水泥灌注的方式修復(fù)破損區(qū)域，保證路面平整，還要使用高壓注漿的方式完成鋼管頂穿處的封堵，并控制好相應(yīng)凝固時間，保證加固位置符合安全標(biāo)準(zhǔn)要求的強度[3]。

4 長距離頂管施工技術(shù)應(yīng)用過程中存在的安全隱患與解決措施

4.1 安全隱患

4.1.1 土體形變

由于長距離頂管施工的工作原理是借助機(jī)械設(shè)備的推力將運輸管道移動至指定區(qū)域，因此，不可避免地會對土體本身造成一定的擠壓效果，若土層質(zhì)地相對稀疏，便會使土體受高壓作用影響，難以承受大重量的負(fù)荷而產(chǎn)生土體形變、土地失衡等現(xiàn)象，不僅會嚴(yán)重阻礙施工建設(shè)的有序開展，降低施工效率與施工質(zhì)量，還會因地勢結(jié)構(gòu)的改變對施工人員的生命安全造成威脅。因此，需要相關(guān)人員重視土體變形控制，切實消除此類安全事故產(chǎn)生的可能性。

4.1.2 環(huán)境破壞

長距離頂管施工造成的環(huán)境破壞體現(xiàn)在以下方面：一方面，因人員操作不規(guī)范或受自然因素影響，使管道安裝出現(xiàn)大范圍的位移偏差，導(dǎo)致頂進(jìn)時周邊土地在較大推力作用下發(fā)生位置改變，造成坍塌現(xiàn)象的產(chǎn)生；另一方面，污染物對生態(tài)環(huán)境造成了破壞。雖然頂管施工技術(shù)本身的污染物產(chǎn)量相對較低，但產(chǎn)生一定的生活污水、光污染等，如果不能及時開展相關(guān)治理工作，會使有害物污染周邊環(huán)境，影響居民的正常生活。

4.2 控制措施

4.2.1 控制管線與地面形變

首先，技術(shù)人員要對土體形變的產(chǎn)生原因進(jìn)行全面分析，當(dāng)前，導(dǎo)致土體形變最主要的原因是端頭地層承受的壓力比其他區(qū)域的壓力值大，因此，出現(xiàn)結(jié)構(gòu)損失的可能性也最大，并且管道與土壤間的摩擦效果也是引發(fā)地層變動的重要因素；其次，在明確事故形成原因后，需要對勘測數(shù)據(jù)進(jìn)行二次研究并重新在工程現(xiàn)場完成數(shù)據(jù)測量，探究土質(zhì)的真實情況進(jìn)而確定準(zhǔn)確的挖掘深度與管線長度；最后，施工企業(yè)要在施工過程中加強坡度的偏差控制，使其維持在平緩狀態(tài)，盡可能減小管道下放時與土層間產(chǎn)生的摩擦阻力，以此達(dá)到改善地面形變現(xiàn)象的目的。

4.2.2 接收頂管井

一方面，要減小施工建設(shè)對生態(tài)環(huán)境造成的影響，通過開展砌筑工作與開鑿作業(yè)的方式加強井壁的保護(hù)效果，提升周邊土地的穩(wěn)固度，使其能夠承受較高的推力作用，防止地面坍塌現(xiàn)象的產(chǎn)生。另一方面，施工人員需重視污染物的管理與清理，比如，將生活污水進(jìn)行統(tǒng)一收集并進(jìn)行污染檢測，若污染量超標(biāo)，則需進(jìn)行降解工作，之后將檢測合格的水資源用以地面沖刷或設(shè)備清洗，以此達(dá)到資源二次利用的目的。對于金屬材料受陽光照射產(chǎn)生的光污染，需在材料存放時鋪設(shè)遮光板或擋光布，避免反光造成的光污染。

5 結(jié)語

綜上所述，通過對市政施工中地下管線長距離頂管施工技術(shù)的應(yīng)用特點、技術(shù)類型、施工流程進(jìn)行分析討論，闡述其在應(yīng)用過程中存在的安全隱患，并提出具有針對性的解決措施，從而確保市政施工效果符合預(yù)期目標(biāo)，幫助建設(shè)單位進(jìn)一步提高施工效率，降低對生態(tài)環(huán)境的破壞與污染程度，實現(xiàn)綠色化發(fā)展，推動城市經(jīng)濟(jì)化建設(shè)，為相關(guān)施工企業(yè)提供切實可行的參考。