市政給排水施工中的非開挖頂管施工技術(shù)要點研究

楊宇

（中國市政工程華北設計研究總院有限公司，天津 300381）

1 引言

市政給排水施工中非開挖頂管施工技術(shù)的應用，是對傳統(tǒng)市政給排水施工的創(chuàng)新基礎。市政給排水施工作為市政建設的重要組成，它的施工難度比較大，是市政施工研究的焦點。頂管施工技術(shù)在實際應用中，具有突出優(yōu)勢，如降低給排水施工噪聲，減少施工污染，有效提高施工效率，以最小的土層破壞完成給排水施工。不僅如此，頂管施工技術(shù)能夠減少部分煩瑣的施工流程，有效簡化施工流程，降低施工成本的同時，將環(huán)境保護作用發(fā)揮到最大。

2 工程概況

此次研究主要針對呼張客專鐵路沿線安全區(qū)水源井封閉置換水源工程?？辈炱陂g地下水靜止水位埋深在5.20～5.50 m（絕對高程1 030.70～1 030.79 m）?？垢≡O防水位高程1 032.74 m。本工程基坑開挖深度約為自然地面下2.0 m，基坑開挖深度較淺，基坑開挖時邊坡可采用自然放坡的形式，自然放坡坡度不宜大于1∶0.75。工程內(nèi)容包含：（1）金河水廠至一級加壓泵站引水管線工程，增設DN700 mm 廠區(qū)北側(cè)供水管道與一級泵站連通管800 m，采用非開挖頂管施工；（2）大青山輸水管道安全性提高改造工程；（3）第九水廠連通管道工程，增設DN500 mm 的大青山現(xiàn)狀輸水管道與九水廠連通管3 700 m，采用非開發(fā)頂管施工；（4）大青山綠化用水工程，修復1#蓄水池并新建送水泵站，供水能力20 000 t/d。圖1 為頂管作業(yè)井沉井施工現(xiàn)場，圖2 為第九水廠連通管道工程路由示意圖。結(jié)合工程概況，對市政給排水施工中的非開挖頂管施工技術(shù)展開研究。

圖1 頂管作業(yè)井沉井施工現(xiàn)場

圖2 第九水廠連通管道工程路由示意圖

3 非開挖頂管施工技術(shù)要點與應用研究

3.1 頂進管的施工選擇

頂進管直徑要求必須≥500 mm，長度選擇根據(jù)施工現(xiàn)場情況，從經(jīng)濟性、質(zhì)量與可控等方面出發(fā)，盡量做到裝管次數(shù)減少，科學規(guī)劃長管數(shù)量。當然頂管長度與給排水施工設計路線等息息相關(guān)，為保證路線不會出現(xiàn)過多偏離，長管比短管更具有應用優(yōu)勢。頂壓坑建造過程中，其長度與給排水建筑施工地挖坑、回填等操作緊密相連，若長度增加，各方面施工必然會隨之增加。短管在頂進管施工中比較煩瑣，無法達到直線推頂施工操作，并且還會出現(xiàn)周圍土層不斷朝中間擠入的情況，造成給排水管列出現(xiàn)嚴重變形，如此必然會影響到頂管施工的操作性、可控性與質(zhì)量?；诖?，此次施工管徑、管長等均經(jīng)過嚴格衡量斟酌加以確定[1，2]。

3.2 科學設計施工導向軌跡

非開挖頂管施工技術(shù)應用，必須對導向軌跡科學設計，這是頂管施工操作順利完成的基礎。對比傳統(tǒng)施工技術(shù)，非開挖頂管施工技術(shù)的應用，管線、重力管等要求更高。設計人員提前對給排水導向軌孔等進行梳理，并結(jié)合項目實際情況科學設計，期間必須對頂管線路導向軌跡設計可能出現(xiàn)的誤差嚴格控制，有效屏蔽施工中的不利因素，從而降低非開挖頂管施工操作風險。

3.3 非開挖頂管施工準備

施工準備主要包括兩方面：其一是施工現(xiàn)場的平面布置；其二是頂管機的施工處理。施工現(xiàn)場平面布置中，主要設備為起重設備，提前對自動控制室、拌料棚與料具間等進行整理設置，此外還需要對管片堆場進行清理，提前規(guī)劃好拌漿材料堆場。施工中會應用到大量水資源，需提前設計注水系統(tǒng)。同時，需設置棄土坑，對主要設備做好安裝檢驗工作。頂管機是頂管施工的主要設備之一，頂管機施工應用，需提前對進出洞展開加固處理，還要注意泥水流失情況，借助止水裝置將頂管施工流程中的泥漿流失控制到最少，為頂管施工操作順利完成提供更多保障。

3.4 嚴格選擇頂管材料

頂管材料的選擇，同樣是非開挖頂管施工的關(guān)鍵要點。頂管材料直接決定施工質(zhì)量，因此，頂管材料選擇必須全方面多角度考慮。首先，是對比施工現(xiàn)場情況，確定管材適當長度與直徑。其次，是綜合考慮管材承受力與厚度，按施工規(guī)定要求管材的挑選，必須保證所有參數(shù)均滿足施工需要。最后，是做好對比試驗設計，保證頂管材料質(zhì)量，為頂管施工的質(zhì)量保證與作用發(fā)揮創(chuàng)造有利的條件。

3.5 鋼管制作、焊接、防腐

輸水鋼管外徑D700 mm，管壁厚度12 mm，實際加工長度和噸位視工程實際頂進距離調(diào)整。鋼材采用Q345B，初步確定單根短串管長度6.0 m，鋼管在具有資質(zhì)的加工廠進行加工，加工好的鋼管必須經(jīng)監(jiān)理驗收合格后，再進行防腐。鋼管在制作完后必須作防腐處理，為方便焊接，管端留有約100 mm 部位未做防腐，在頂管施工時，每相鄰兩節(jié)鋼管完成焊接后，再進行防腐。

3.6 頂管施工具體操作

3.6.1 制作泥漿套

泥漿套的支座，主要選擇觸變泥漿，沿著給排水管道外壁，將減阻泥漿緩慢壓入，這樣給排水管道外圍泥漿會出現(xiàn)變化，按照提前布置好的格局形成泥漿套。泥漿套的主要作用是幫助頂管施工減小或者消除給排水管節(jié)外壁、施工現(xiàn)場土層阻力，這樣就可以將頂力適當減小，取得理想的減阻效果。泥漿套還起到施工支撐作用，避免現(xiàn)場出現(xiàn)黏土坍塌，繼而有效遏制地層流失，降低地面沉降風險。對于頂管機來講，壓漿施工期間，必須觀察管道頂進施工情況，盡量做到兩者壓漿同時進行。隨時進行跟蹤補漿，嚴格控制泥漿用量，以理論值為參考，4～5 倍實際用量最佳[3]。

3.6.2 頂進施工操作

頂進施工必須以設計路線為基礎，通過超提刀持續(xù)前進，同時還要注意觀察削土刀盤的運轉(zhuǎn)情況與千斤頂編組，隨時對頂進施工展開糾偏處理。定期測量頂進軸線，保證頂進軸線使用與設計軸線一致?；炷凉芄?jié)持續(xù)頂進過程中，一節(jié)一次隨時測量，特別是出洞或者糾偏等，從一節(jié)一次增加到一節(jié)多次。測量控制點還需要隨時復測，測量精度保證的同時，糾偏及時準確到位，豎向與水平偏差分別控制到+30～-40mm、≤±50mm。

隨著對頂進施工偏差的糾正，管材原位得以恢復。當然，必須注意不能出現(xiàn)校正過猛的情況。若頂管機的機頭與設計軸線出現(xiàn)明顯偏離，則需靈活調(diào)整，糾偏千斤頂，間接校正機頭位置，從而將偏差減小，方便管道按照軸線設計路線頂進。施工過程中若遇到方向、高程等同時出現(xiàn)偏差，第一步是糾正方向，第二步是糾正高程。方向的偏差糾正，按照小角度、分等級的方式進行，高程的偏差糾正，則需要依靠壓重塊增加或者旋轉(zhuǎn)糾正力矩實現(xiàn)。頂進操作對非開挖頂管施工非常重要，頂進施工直接決定后期的施工處理，所有施工步驟嚴格按照施工規(guī)范進行。

3.6.3 洞口止水施工處理

洞口止水施工處理環(huán)節(jié)，主要針對頂進施工中，為了確保工作井內(nèi)管材可以及時出洞，工作井會根據(jù)管材外徑將預留洞口擴大，正常擴大的規(guī)格為100 mm，如此一來頂進間隙同樣變大，若不能及時封閉，必然會出現(xiàn)洞口出水現(xiàn)象，影響頂管施工操作。面對這種情況，沉井制作期間，就需兼顧洞口止水處理。提前于洞口位置預留出空間，埋設鋼法蘭，厚度為10 mm，將其牢固地焊接在螺栓上，隨后安裝橡膠法蘭，厚度規(guī)格為16 mm，通過鋼壓板將其迅速壓緊，檢查已經(jīng)施工完成的頂管，在不存在地下水滲漏或者泥沙進入的情況下，拆除橡膠法蘭，并回收壓板，完成洞口止水施工處理[4]。

3.6.4 進出洞施工處理

進出洞的施工處理，同樣是頂管施工關(guān)鍵工序之一。頂管施工中受到穿墻操作的影響，掘進機的方向會出現(xiàn)偏離，這種情況下，就需要加大對管道方向的控制力度，并且有效協(xié)調(diào)頂管施工的井內(nèi)管節(jié)拼裝。進出洞施工穿墻環(huán)節(jié)極為重要，穿墻期間必須加大對泥水的控制，避免其進出井中，同時還要注意塌方情況，有效遏制流沙。在此基礎上，觀察管道與軸線的一致性，若出現(xiàn)偏離情況，需適當對頂進方向做出調(diào)整，始終保持頂進方向與軸線重合。

3.6.5 監(jiān)測布置與障礙物頂進處理

非開挖頂管施工技術(shù)的應用，施工操作難度比較大，加上給排水規(guī)劃中，周圍建筑物眾多，覆蓋多條路面，任何環(huán)節(jié)施工出現(xiàn)問題，都會影響到施工質(zhì)量，因此，必須對施工操作全程監(jiān)測。監(jiān)測布置的設計，主要觀測對象為土體位移、施工進程與地表變形、施工技術(shù)應用等，將給排水非開挖頂管施工技術(shù)的應用，對房屋建筑結(jié)構(gòu)、路面等沉降影響降到最低。頂進施工操作中，地下結(jié)構(gòu)復雜，障礙物等不可避免。遇到障礙物的情況下，頂進施工操作是頂管施工的最大難點。尤其是遇到埋木或者老河道、石塊等，必須及時解決，否則會影響施工進程。面對深覆土大管徑的施工項目，周圍交通干道多，頂管工藝處理中，可以結(jié)合開槽埋管，完成頂管施工，同時還可以將城市管網(wǎng)亂挖的情況有效改善。

4 結(jié)語

綜上所述，市政給排水施工關(guān)系著國計民生，是生產(chǎn)生活正常運行的支撐基礎。給排水施工中，施工條件復雜，管道規(guī)劃以及施工注意事項等比較多，為減少對周圍建筑與環(huán)境的破壞，積極利用非開挖頂管施工技術(shù)。其在實際應用中具有降低成本造價、協(xié)調(diào)工程與環(huán)境關(guān)系、施工質(zhì)量提高等優(yōu)勢。通過對非開挖頂管施工技術(shù)的研究，積極總結(jié)施工要點，并制訂詳細的施工技術(shù)方案，從每個施工環(huán)節(jié)的處理去保證非開挖頂管施工質(zhì)量，同時提高給排水施工水平，節(jié)省施工資源，擴大給排水施工技術(shù)創(chuàng)新空間。