市政施工中地下管線長(zhǎng)距離頂管施工技術(shù)分析

李孝川 陳青帥

北京市市政四建設(shè)工程有限責(zé)任公司 北京 100037

市政工程項(xiàng)目包含了較多的內(nèi)容，整個(gè)過程也比較復(fù)雜，所以有著較高的管線埋設(shè)深度要求，這進(jìn)一步提升了市政施工的難度。為了確保市政施工能夠達(dá)到預(yù)期的標(biāo)準(zhǔn)，提升整體的施工質(zhì)量，必須保證施工方案的合理性，并對(duì)技術(shù)流程進(jìn)行調(diào)整和改善，這其中就包括了對(duì)長(zhǎng)距離頂管施工技術(shù)的應(yīng)用。因此本文對(duì)于市政管線施工中長(zhǎng)距離頂管施工技術(shù)進(jìn)行分析有著重要意義。

1 長(zhǎng)距離頂管施工技術(shù)的應(yīng)用特點(diǎn)

長(zhǎng)距離頂管施工技術(shù)的特點(diǎn)主要包括以下幾個(gè)方面：首先，長(zhǎng)距離頂管施工技術(shù)不會(huì)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)造成破壞，因?yàn)樵摷夹g(shù)的應(yīng)用無須進(jìn)行地面的開挖，可直接完成管線鋪設(shè)過程，對(duì)傳統(tǒng)管線施工所導(dǎo)致的交通堵塞問題進(jìn)行了有效的避免，無須進(jìn)行大范圍的開鑿，同時(shí)也不會(huì)造成噪音污染，避免對(duì)周邊居民的正常生活帶來影響。其次，長(zhǎng)距離頂管施工技術(shù)的施工速度更快，因?yàn)檫@項(xiàng)技術(shù)一般需要在井下作業(yè)，所以不需要在路面進(jìn)行圍欄的設(shè)置，同樣不需要進(jìn)行拆遷作業(yè)，從而有效的降低總體的工作量，減少工作時(shí)長(zhǎng)。與此同時(shí)，長(zhǎng)距離頂管施工技術(shù)所應(yīng)用的技術(shù)設(shè)備有著較高的性能，能夠減少人力成本，從而提升整個(gè)施工過程的經(jīng)濟(jì)性。最后，長(zhǎng)距離頂管施工技術(shù)有著較好的環(huán)保效果，因?yàn)檫@種施工技術(shù)所需要的工作范圍較小，所以不會(huì)對(duì)周邊的環(huán)境造成破壞，主要是在井內(nèi)進(jìn)行施工，并且在施工的過程中會(huì)持續(xù)的灌注清水或者黏土漿，能夠有效避免揚(yáng)塵，不會(huì)造成空氣污染[1]。

2 長(zhǎng)距離頂管施工的影響因素和注意事項(xiàng)

2.1 影響因素

市政地下管線施工的過程中應(yīng)用長(zhǎng)距離頂管施工技術(shù)（如下圖），每次頂管施工的距離一般控制在一百米左右，長(zhǎng)距離頂管施工對(duì)于距離的要求較為嚴(yán)格，這也是長(zhǎng)距離頂管施工和普通頂管施工之間的不同之處。在進(jìn)行施工前，需要調(diào)查了解現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，對(duì)各項(xiàng)情況進(jìn)行掌握，從而提升長(zhǎng)距離頂管施工技術(shù)的適用性。另外，也要在長(zhǎng)距離頂管施工中注意以下幾方面影響因素：首先是推力限制，長(zhǎng)距離頂管施工所應(yīng)用的是機(jī)械設(shè)備推力，推力和距離之間保持著正比例關(guān)系，如果距離增加則可適當(dāng)?shù)奶嵘敼芡屏ΑＥc混凝土管相比，長(zhǎng)距離頂管摩擦系數(shù)更小，這與推力的大小有著直接的關(guān)系，所以需要重視這方面的控制和管理。其次是通風(fēng)系統(tǒng)，在進(jìn)行長(zhǎng)距離頂管施工的過程中應(yīng)該重視通風(fēng)情況，這與施工人員的安全有著重要關(guān)聯(lián)，管道中的氧氣損耗較大且管道容量十分有限，容易出現(xiàn)缺氧的情況。所以需要對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)置給予足夠的重視和關(guān)注。

圖1 長(zhǎng)距離頂管施工圖

2.2 注意事項(xiàng)

首先是進(jìn)出洞，長(zhǎng)距離頂管施工主要是在進(jìn)出洞時(shí)造成土地的擾動(dòng)，在進(jìn)行洞外施工的過程中一般會(huì)因?yàn)椴僮鞑缓侠矶鴮?dǎo)致滲水的情況出現(xiàn)，這時(shí)就需要通過SMW技術(shù)來做好洞口加固，從而使得洞口穩(wěn)定性獲得提升。如果這樣仍然不能夠有效的控制洞口滲水問題，那么則需要采用橡膠來進(jìn)行輔助。在項(xiàng)目施工實(shí)踐過程中，應(yīng)結(jié)合實(shí)際的情況來在洞口部分安裝支護(hù)裝置，為作業(yè)人員的安全提供充分的保障[2]。

其次是施工質(zhì)量控制，在市政管線施工當(dāng)中應(yīng)用管道鎖緊技術(shù)，如果處理不當(dāng)可能會(huì)導(dǎo)致管道損壞的問題出現(xiàn)，特別是在進(jìn)行角度位置的設(shè)置上，出現(xiàn)問題的幾率較大。為了避免這一情況的發(fā)生，在長(zhǎng)距離頂管施工時(shí)應(yīng)該對(duì)旋轉(zhuǎn)方式的選擇給予足夠的重視，確保按照作業(yè)流程來進(jìn)行操作。與此同時(shí)，要對(duì)鋼管的規(guī)格進(jìn)行嚴(yán)格控制，避免出現(xiàn)偏差，并且要注意固定的是否牢固。另外，要制定關(guān)于鎖定管頭的具體方案，并做好長(zhǎng)距離頂管施工的安全檢查工作，確保整體的施工質(zhì)量達(dá)到預(yù)期標(biāo)準(zhǔn)。

第三是注漿作業(yè)，長(zhǎng)距離頂管施工中需要充分滿足注漿作業(yè)的相關(guān)要求，從而對(duì)注漿材料利用效率進(jìn)行有效控制。在制備泥漿的過程中要結(jié)合具體的情況來控制質(zhì)量，從而對(duì)施工過程進(jìn)行進(jìn)一步的完善。一般來說制備泥漿的主材料是膨潤(rùn)土，具體需要結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的情況來進(jìn)行權(quán)衡，分析存在的問題，從而實(shí)現(xiàn)材料的合理配置，盡可能的減少泥漿摩擦效果，進(jìn)一步提升支撐力。

最后是控制注漿壓力，在長(zhǎng)距離頂管施工的過程中，要嚴(yán)格控制注漿壓力，超過管體上部水頭壓力和靜止土壓力，全面觀察附近地面的平整度，以地下水位情況為基礎(chǔ)來調(diào)整壓漿量，確保頂進(jìn)過程能夠得到順利的開展。與此同時(shí)，在實(shí)踐過程中要在泥漿出口設(shè)置單向閥，避免發(fā)生回漿的情況。在實(shí)際的施工中如果發(fā)生了停漿的情況，要觸變后會(huì)逐步的穩(wěn)定，不會(huì)發(fā)生明顯的波動(dòng)。實(shí)踐過程中需要對(duì)具體的工況進(jìn)行分析，合理設(shè)置中繼壓漿泵位置，控制輸送管的壓力損失，提升注漿的穩(wěn)定程度[3]。

3 長(zhǎng)距離頂管施工的技術(shù)類型和應(yīng)用流程

3.1 技術(shù)類型

首先是穿墻技術(shù)，對(duì)于該技術(shù)的應(yīng)用主要是為了連接墻體預(yù)埋管和防水套管，在具體的應(yīng)用過程中要確保材料具備足夠的防水性能和抗震性能，即便是在高壓環(huán)境中也仍然能夠具備較高的荷載力和應(yīng)用強(qiáng)度。與此同時(shí)，在安裝管道的過程中要保證足夠的精準(zhǔn)度，并對(duì)施工中可能面對(duì)的外部影響因素進(jìn)行充分的考慮，制定相應(yīng)的應(yīng)對(duì)措施，對(duì)可能造成堵塞的污染物要及時(shí)進(jìn)行清理，保證管道的運(yùn)輸性能良好。

其次是螺旋鉆井技術(shù)，該技術(shù)主要是通過鉆機(jī)來進(jìn)行鋼管的放置，并利用系列措施來確保維持土層的基本形態(tài)，避免地表開裂或者塌方的情況發(fā)生，也不會(huì)因?yàn)榻涤甓l(fā)生水土流失的情況。一般來說螺旋鉆井比較適合應(yīng)用在較小孔徑的管道施工當(dāng)中，在這個(gè)過程中可能會(huì)發(fā)生一些誤差問題，一旦出現(xiàn)了誤差要及時(shí)作出調(diào)整，通過控制精度來提升整體的施工質(zhì)量。

第三是減阻技術(shù)，減阻是為了對(duì)土壤性質(zhì)進(jìn)行改善，避免機(jī)械施工受到過大的阻力，保證放置管道時(shí)土層能夠具備足夠的穩(wěn)定性，一般來說施工方會(huì)選擇在管道和土層之間進(jìn)行泥漿的灌注，在間隙位置形成保護(hù)膜，使得土壤的支撐力得到有效的提升，避免地面發(fā)生沉降的效果。另外也要對(duì)泥漿剩余情況做好檢查工作，確保得到連續(xù)的灌注。

3.2 施工流程

首先是前期的準(zhǔn)備工作，具體內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面：第一是要進(jìn)行設(shè)計(jì)方案的制定，對(duì)施工要求進(jìn)行明確，實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)資源的合理化配置，保證工程計(jì)劃能夠達(dá)到相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。例如變壓器功率需要設(shè)置為200KW，以及采集水資源時(shí)要采取就近原則等等。第二是要考慮到具體的應(yīng)用需求來選擇性能符合要求的材料，確保施工的有序開展。同時(shí)在施工中對(duì)于建材進(jìn)行應(yīng)用前要進(jìn)行精確計(jì)算，避免過多的二次加工，保證材料能夠得到準(zhǔn)確的安裝。另外，施工方要在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行采集點(diǎn)的布設(shè)，做好建設(shè)過程的監(jiān)控管理，從而提升整個(gè)工程的安全性，避免安全隱患問題的發(fā)生。第三要選擇性價(jià)比高的機(jī)械設(shè)備，并確保其具備良好的運(yùn)行狀態(tài)，例如當(dāng)前應(yīng)用較為廣泛的XDN500頂管機(jī)頭（如下圖）。

圖2 XDN500頂管機(jī)頭

其次是井下布置，具體是在井內(nèi)下放導(dǎo)軌和鋼梯，將鋼材作為頂管基座材料，測(cè)量管線長(zhǎng)度后固定基座安裝，從而對(duì)施工的穩(wěn)定性進(jìn)行提升[4]。

再次是管線運(yùn)輸，開展這項(xiàng)工作前需要獲得相關(guān)部門的批準(zhǔn)，獲得批準(zhǔn)后才可進(jìn)行材料的運(yùn)輸和組裝，在投入鋼管材料前，要進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)工作，包括抗腐蝕性和耐久性等等，避免二次維護(hù)造成的經(jīng)濟(jì)損失。

最后是其他的注意事項(xiàng)。第一，要確保管道推力適當(dāng)，能夠?qū)艿劳獗谂c土壤之間的摩擦力進(jìn)行抵消。同時(shí)要對(duì)管道徑口大小和長(zhǎng)度進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，對(duì)工程現(xiàn)場(chǎng)的勘查數(shù)據(jù)進(jìn)行收集，將管道壓力控制在安全范圍內(nèi)，充分考慮到土拱效應(yīng)和管端阻力等因素，確保設(shè)計(jì)結(jié)果的適用性和合理性。第二，要對(duì)管道位移存在的偏差進(jìn)行明確，長(zhǎng)距離頂管施工可能會(huì)在安裝時(shí)出現(xiàn)距離偏差，為了避免這個(gè)問題要提升操作人員的技術(shù)能力和水平，并按照相關(guān)的規(guī)范要求來保持油缸推力的平衡，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)管道位移的控制，確保頂管誤差值處于可控范圍內(nèi)。第三是加固措施的應(yīng)用，對(duì)于破損區(qū)域一般會(huì)采用水泥灌注的方式來進(jìn)行修復(fù)，確保路面的平整。同時(shí)，可利用高壓注漿來封堵鋼管定穿位置，并對(duì)凝固時(shí)間進(jìn)行合理控制，確保加固符合安全標(biāo)準(zhǔn)。

4 長(zhǎng)距離頂管施工的安全隱患及控制措施

4.1 安全隱患

首先是土體變形，因?yàn)殚L(zhǎng)距離頂管施工主要是通過機(jī)械推力來移動(dòng)管道，所以必然會(huì)對(duì)土體形成擠壓，如果土層稀疏那么就可能會(huì)因?yàn)檫^大的負(fù)荷而造成土體變形，不但會(huì)對(duì)施工有序開展帶來阻礙，同時(shí)也會(huì)降低施工質(zhì)量和效率，所以需要重視控制土體變形問題，防止安全事故的發(fā)生。

其次是生態(tài)環(huán)境破壞。長(zhǎng)距離頂管施工對(duì)于生態(tài)環(huán)境的破壞主要表現(xiàn)在這樣幾個(gè)方面：一方面是管道安裝的偏差導(dǎo)致周邊土體發(fā)生位置改變，從而發(fā)生坍塌的情況。另一方面是頂管施工可能會(huì)造成水污染和光污染，如果不能夠合理的進(jìn)行處置會(huì)對(duì)周邊環(huán)境造成破壞，對(duì)人們的生活帶來不利影響。

4.2 控制措施

首先是管線與地面形變控制，作為從事長(zhǎng)距離頂管施工人員，應(yīng)該對(duì)出現(xiàn)地面變形的原因進(jìn)行詳細(xì)的分析和研究，從目前的情況來看，一般是因?yàn)槎祟^地層所承受的壓力大于其他區(qū)域而導(dǎo)致了土體變形，所以會(huì)有較大的幾率發(fā)生結(jié)構(gòu)性的損失。與此同時(shí)，土層和管道之間的摩擦力也同樣會(huì)引起地層變動(dòng)現(xiàn)象。在對(duì)出現(xiàn)土體變形事故的原因進(jìn)行明確后，要多次研究通過勘察過程所獲得的數(shù)據(jù)，并在施工現(xiàn)場(chǎng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行再次的測(cè)量，對(duì)土質(zhì)情況進(jìn)行準(zhǔn)確的掌握，這樣才能夠?qū)ν诰蛏疃纫约肮芫€長(zhǎng)度進(jìn)行充分的明確。另外，從施工方的角度上來看，要在作業(yè)當(dāng)中重視對(duì)坡度偏差的合理控制，保持坡度的平緩，盡量的降低管道下放過程中和土體之間的摩擦力，從而避免地面變形情況的發(fā)生[5]。

其次是頂管井的接收。為了保證對(duì)管材進(jìn)行頂進(jìn)工序當(dāng)中不會(huì)有異物掉入到其中，應(yīng)該在頂管施工作業(yè)開始之前通過水泥灌漿的方法來對(duì)周邊土體進(jìn)行加固，從而提升整體的穩(wěn)定程度，除了能夠避免異物掉入到接收井中之外，也能夠?yàn)槠渌ぷ鞯倪M(jìn)行提供便利。在應(yīng)用長(zhǎng)距離頂管施工技術(shù)時(shí)，操作者和負(fù)責(zé)人員應(yīng)該注意這樣幾方面問題，包括管線的鋪設(shè)方位和管線進(jìn)程的測(cè)量方法，必須明確這樣幾個(gè)問題，才能夠確保長(zhǎng)距離頂管施工達(dá)到預(yù)期的標(biāo)準(zhǔn)。具體來看，負(fù)責(zé)測(cè)量的工作人員應(yīng)該重點(diǎn)關(guān)注進(jìn)洞、出洞和頂進(jìn)樁頭這樣幾個(gè)位置，并采取相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，避免偏差問題的發(fā)生。想要有效降低地下管線長(zhǎng)距離頂管施工技術(shù)對(duì)周邊自然環(huán)境造成的負(fù)面影響，就需要通過開鑿或者砌筑的方式來提升對(duì)井壁的保護(hù)作用，使得周邊土地的穩(wěn)固程度能夠獲得提升，讓其能夠更好的承受推力，從而避免坍塌情況的發(fā)生。在對(duì)頂管機(jī)進(jìn)井的過程中，操作人員要控制好整個(gè)設(shè)備的運(yùn)行速度，保持頂管的連續(xù)性運(yùn)作，避免因?yàn)楣ば驎r(shí)間差而發(fā)生水土流失的問題。待設(shè)備整體進(jìn)入到洞內(nèi)后，要及時(shí)進(jìn)行接頭工序和設(shè)備分離，確保施工質(zhì)量能夠達(dá)到預(yù)期的標(biāo)準(zhǔn)。另外一方面，從事長(zhǎng)距離頂管施工作業(yè)的工作人員，要加強(qiáng)污染物的清潔和管理意識(shí)，例如統(tǒng)一收集污水并對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)，如果檢測(cè)后發(fā)現(xiàn)污染超標(biāo)則應(yīng)該先對(duì)其進(jìn)行降解處理，然后將處理后符合要求的水應(yīng)用在設(shè)備清洗工作當(dāng)中，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)水資源的二次利用。陽光照射金屬所帶來的光污染，可選擇在對(duì)材料進(jìn)行存放時(shí)設(shè)置遮光板，避免反光所帶來的光污染。

5 結(jié)束語

總而言之，市政施工地下管線長(zhǎng)距離頂管施工技術(shù)的應(yīng)用，應(yīng)該注意施工流程的合理性以及技術(shù)特點(diǎn)的合理應(yīng)用，同時(shí)也要充分了解并控制施工中存在的安全隱患問題，避免對(duì)周邊環(huán)境造成污染，從而更好的推動(dòng)城市經(jīng)濟(jì)建設(shè)發(fā)展。