球墨鑄鐵頂管在市政給排水工程中的應(yīng)用探析

張 娜 （合肥供水集團有限公司，安徽 合肥 230001）

市政給排水工程與居民生活息息相關(guān)，關(guān)乎城市的發(fā)展。因此，施工進度和施工質(zhì)量至關(guān)重要。給排水工程施工涉及復(fù)雜的地下施工環(huán)境，在施工過程中，施工質(zhì)量不容易控制。且市政給排水施工需進行市政交通管制，新建管道施工項目要配合道路施工進度，因此外部環(huán)境影響管道施工進度，從而不好把控。而頂管施工技術(shù)的引入，為給排水工程的施工進度和質(zhì)量提供了堅實保障。

1 頂管施工技術(shù)概述

頂管施工技術(shù)又稱為非開挖施工技術(shù)，是指利用機械進行助推，將管道頂進土層，實現(xiàn)土層穿越[1]。頂管施工技術(shù)在市政給排水工程中應(yīng)用價值大，相比傳統(tǒng)明挖施工具有明顯優(yōu)勢。

1.1 加快施工進度

在市政給排水施工中，部分新建管道施工是隨新建道路一起施工，施工進度一般不受城市交通的影響。但另外一些新建或改造工程是在既有道路上施工，需要對道路進行開挖后再施工，施工涉及老城區(qū)的拆遷或交通管制，嚴(yán)重影響管道工程施工進度。頂管施工技術(shù)是一種非開挖施工技術(shù)，能有效解決這類難題，不受城市交通和房屋拆遷的影響，避免了道路“拉鏈?zhǔn)健笔┕?。因此，頂管施工技術(shù)在市政給排水施工中的應(yīng)用，保證了施工整體效率，有助于加速推進施工進度。

1.2 對周邊居民影響小

市政給排水工程一般是在人口密集且交通流量大的城市區(qū)域，傳統(tǒng)的施工方法采用施工圍擋進行明挖施工，不僅占用道路影響交通，而且噪音大、塵土多，對周邊居民生活造成影響。而通過此技術(shù)，有效解決上述問題。頂管主要在地下施工，施工環(huán)境相對封閉，對地上道路交通影響小，施工噪音小，占地少，不采取“拉鏈?zhǔn)健笔┕ぃ瑴p少了塵土飛揚，所以對城市居民的生活影響小，保證了交通流暢。

1.3 適用范圍廣

與傳統(tǒng)施工方法比，頂管施工適用于人口密集的繁華都市、交通流量大的區(qū)域、特殊植被保護區(qū)域、跨河流區(qū)域，適用范圍更廣。在繁華都市，頂管施工可減少施工征地、占地，主要為地下施工，不影響城市交通運行，對城市環(huán)境影響小。在特殊植被保護區(qū)域或河流區(qū)域，因頂管施工占地少，地上空間作業(yè)少，可有效減少對植被的破壞，并能穿越地上障礙物如河流，降低施工難度。并且，頂管技術(shù)運用于人流量大、人口密集的繁華都市，相關(guān)傳統(tǒng)施工方式，可降低對周邊居民的影響，噪音小，不會干擾居民的生活，所以對于城區(qū)和偏遠郊區(qū)均適用。最后，該技術(shù)可用于地表植被覆蓋多的區(qū)域，減少施工動土面積，減少植被的損害。

2 工程概況

本文選取項目為新橋大道望江西路至習(xí)友路段DN1600給水管頂管工程。DN1600給水管原設(shè)計位于非機動車道下，給水管采用一根DN1600的離心球墨鑄鐵頂管，鑄鐵管為XTJ型K9級，管道預(yù)留注漿孔，每節(jié)長度6m，接口采用T型接口，管壁厚為112.5mm。管道水壓試驗標(biāo)準(zhǔn)以試壓0.8MPa，球墨鑄鐵管防腐應(yīng)滿足招標(biāo)文件的技術(shù)要求。

新橋大道望江西路至習(xí)友路段DN1600給水管采用頂管施工，位于新橋大道西側(cè)紅線范圍內(nèi)。通過調(diào)查和物探單位探測，項目位置處于電力管、雨污水管、過水箱涵以及正在施工過程中新橋大道橋（跨引江濟淮）。DN1600給水管原設(shè)計位于非機動車道下，給水管線位均需調(diào)整位于道路紅線范圍內(nèi)（井位可以位于紅線外）。

本工程施工難點：管線位于高壓線輻射區(qū)域，高壓線最低端與地面垂直距離為10m，因此該項目不適合用大型起吊設(shè)備；電線桿與接收井水平距離為5m，接收井放坡坡頂距離電線桿距離為2.5m。

具體參數(shù)：施工管徑Ф1600，施工工藝機械頂管，長度為1056m。

3 市政供水管道施工技術(shù)要點

3.1 頂管選用

頂管施工技術(shù)復(fù)雜，涉及多領(lǐng)域的知識，是決定供水管道頂進施工成功與否的關(guān)鍵技術(shù)。頂管的長度、管徑、材質(zhì)以及承載力等因素都會對頂管施工過程產(chǎn)生影響。頂管施工一般采用混凝土管、鋼管、球墨鑄鐵管、玻璃鋼夾砂管等[2]，供水工程要求管道能承受一定的壓力，并且對安全性能、耐久性等有較高要求。頂管管材對比表如表1所示。

頂管管材對比表 表1

混凝土管雖然造價低，技術(shù)成熟，但是其抗腐蝕性差，耐久性差，現(xiàn)在國家對管道質(zhì)量和耐久性提出新的要求，混凝土管已不能滿足需求，并且混凝土管為剛性材料，出現(xiàn)管線偏差很難糾偏。

鋼管在供水管道中使用成熟，力學(xué)性能優(yōu)良，但使用年限受限，頂進過程中防腐層容易受破壞，并且考慮該工程實際情況，管線位于高壓線輻射區(qū)域，管道更容易發(fā)生電化學(xué)腐蝕，減少使用壽命。

球墨鑄鐵管力學(xué)性能好，管道柔韌性好強度高，具有較強的耐腐蝕性現(xiàn)已成為全球給排水領(lǐng)域的口碑產(chǎn)品[3]。XTJ球墨鑄鐵頂管是在普通T型承插式球墨鑄鐵管的外壁整體包覆一個筒狀結(jié)構(gòu)的鋼筋混凝土保護套，使得管體的外形尺寸與承口的最大外徑一致，同時在管道的插口部位焊接有頂推法蘭[4]。據(jù)以往工程-連云港連云區(qū)黃窩水庫管道工程反饋，該管道采用球墨鑄鐵管，于1932年使用該管道，現(xiàn)已使用90年，可見球墨鑄鐵管壽命之長。采用球磨鑄鐵管使用壽命長，頂進過程易糾偏，并且能較好地避免高壓線下發(fā)生的電化學(xué)腐蝕。

玻璃夾砂管質(zhì)量不好把控，在價格方面都明顯高于鋼管和球墨鑄鐵管，并且耐溫性差，受溫度影響大，并且在接口處質(zhì)量不易控制。

因此，綜合考慮施工成本和使用壽命等因素，本工程采用球墨鑄鐵管更適宜。

3.2 千斤頂?shù)倪x用

千斤頂是頂管施工的主要和重要設(shè)備,一般采用并列方式排列千斤頂。

本工程頂管施工時，考慮安全系數(shù)，最大頂力控制在105kN作用，擬采用采用2臺200t的千斤頂進行頂進施工。根據(jù)現(xiàn)場實際情況，DN1600管道頂進長度L為20m，管外壁與土體平均摩擦力f取8kN/㎡，管道外徑Dg取1.7m，平衡控制土壓力P取0.7。頂管頂力計算如下：

經(jīng)計算，F(xiàn)p為105kN。因此考慮工程復(fù)雜性及不可預(yù)見因素，并結(jié)合計算結(jié)果，本工程DN1600管徑頂管采用2臺200T的液壓千斤頂提供頂推力。

3.3 頂進工作井及接收井

頂管井結(jié)構(gòu)形式與受力大小有關(guān)，一般受力大小排序為圓形井>正方形井>矩形井。頂管井一般由工作井和接收井，本工程采用矩形沉井結(jié)構(gòu)即可滿足受力需求，采用人機方式進行施工。沉井施工順序為：墊層（砂墊層、C15混凝土墊層）-鋼筋綁扎-沉井下沉-沉井封底-澆筑地板-基坑回填。

沉井主要材料：主體結(jié)構(gòu)采用C30混凝土；C20混凝土沉井封底；采用Ф14鋼筋。

主要設(shè)計及要求：①采用擠壓式頂管施工，擠壓式機頭長2m，頂管管徑為DN1600，管材為頂管專用球墨鑄鐵管；②為滿足后背井穩(wěn)定要求，最大頂力不超過1050kN；③本工程后座墻采用沉井井身鋼筋混凝土墻，然后在沉井后座處內(nèi)壁澆筑后背墻C25混凝土，尺寸為2600mm×2500mm，厚度 600mm，內(nèi)置φ16鋼筋網(wǎng)，間距為150mm，墻體混凝土達到設(shè)計強度后，在千斤頂與墻體間設(shè)置固定尺寸的墊鐵，一般為2m×2m×30mm；④施工完畢后，沉井內(nèi)土體回填至設(shè)計高度，壓實度不低于0.93。

3.4 觸變泥漿減阻

管道在頂進過程中，管外壁受周圍土體的阻力大，必須在管道外壁壓注觸變泥漿。

頂管進入預(yù)留洞后要嚴(yán)格控制好施工節(jié)奏，保證各個環(huán)節(jié)有序進行，做好管道測量工作，及時調(diào)整橫豎誤差，保證管道的線性。頂進過程中采用頂管工具管壓漿和中繼環(huán)補漿的方法，注意壓漿和頂管要有序進行。

3.5 頂進施工

頂進施工需要堅持連續(xù)頂進的原則。按照“先挖先頂，隨挖隨頂”的方式進行，防止頂進過程中出現(xiàn)塌方等安全隱患。安裝好各項設(shè)備后，應(yīng)仔細檢查各個部件，明確每個部件均處于良好狀態(tài)。在管道進口安裝止水裝置，安裝頂推工具，連接各個系統(tǒng)，確保各個系統(tǒng)有效運轉(zhuǎn)。

在施工中，應(yīng)嚴(yán)格控制頂進的偏差率，中心偏差和高度偏差不宜過大，一般均小于0.3cm。如果偏差過大應(yīng)立即停止施工，拔出頂推工具管，重新進洞。頂進過程中采用泥漿為觸變泥漿。

頂進操作工藝流程如圖1。

圖1 頂進操作工藝流程圖

在頂進過程中，前5mm管道的偏差極為重要，是保證整個管道偏差不超過0.3cm的關(guān)鍵。如果出現(xiàn)偏差，要及時進行糾偏。該工程頂管工程已施工完畢，機頭已順利取出，全過程最大定力符合設(shè)計要求。

管道連接完成后，要進行閉水試驗來檢驗各項工序的質(zhì)量，明確安裝管道是否滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，閉水試驗合格方能確定頂管施工合格。

4 結(jié)論

球墨鑄鐵頂管的機械性能接近碳鋼管，并且能承受較大的頂推力，同時其在防腐能力、抗內(nèi)外壓能力方面性能優(yōu)異[4]。球墨鑄鐵管作為頂管管材，是給排水施工的新嘗試。其在本工程中取得了較好的效果，接口采用T型柔性接口，密封性能好，為大口徑給排水管道的頂管施工做出了成功示范，為今后頂管施工提供了新的方向，另外球墨鑄鐵管因其耐腐蝕性好，抗內(nèi)外壓力好，保證了在使用壽命周期中保持良好的狀態(tài)。