污水管網(wǎng)提升工程微型頂管施工質(zhì)量控制

陳 峰 （蕪湖市建設(shè)工程質(zhì)量監(jiān)督站，安徽 蕪湖 241000）

0 前言

微型頂管由于工作井所占空間小，施工工藝先進(jìn)，對(duì)交通影響較小，質(zhì)量可靠等優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)在污水管道施工中逐漸被采用。本文結(jié)合蕪湖城區(qū)污水管網(wǎng)提質(zhì)增效項(xiàng)目，針對(duì)微型頂管施工工藝、質(zhì)量控制等進(jìn)行分析，對(duì)類(lèi)似施工環(huán)境推廣微型頂管施工方法具有借鑒意義。

1 概述

項(xiàng)目位于弋江區(qū)，工程地處交通要道，交通量大，現(xiàn)場(chǎng)鄰近區(qū)域?yàn)樽≌蛏虡I(yè)區(qū)，地下管線(xiàn)多。如采用開(kāi)槽施工，一方面由于支護(hù)和圍擋占用空間較大，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)交通出行造成不便；另一方面因地質(zhì)、質(zhì)量控制措施落實(shí)不到位等因素，會(huì)造成周邊建筑物出現(xiàn)裂縫。同時(shí)對(duì)環(huán)境保護(hù)、安全文明施工要求較高。根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)條件，經(jīng)過(guò)方案比選，選擇適宜的二次工法的微型頂管施工方案。二次工法的微型頂管因本身設(shè)備先進(jìn)、施工速度快、質(zhì)量保證率高、環(huán)境擾動(dòng)小、施工占地小等優(yōu)點(diǎn)，適合小口徑頂管施工大量推廣應(yīng)用。

2 施工過(guò)程

2.1 施工工藝的選擇

污水管道工程所處地域地質(zhì)勘察報(bào)告顯示，管道埋深位于灰色淤泥質(zhì)黏土夾粉砂層，軟塑狀，飽和，干強(qiáng)度稍弱，局部粉砂含量多層厚1.7～7.4m，地基承載力65kPa。結(jié)合地質(zhì)、水文、環(huán)境、交通等因素，比選后采用微型頂管施工工藝。頂管工作井和接收井均采用Φ2590鋼筒，機(jī)械設(shè)備為2090型微型頂管機(jī),配備200型挖掘機(jī)挖土。搖管機(jī)采用Y2590型設(shè)備，鋼筒內(nèi)徑為2560mm，每節(jié)鋼筒的長(zhǎng)度為2.0m，鋼筒的壁厚為20mm。鋼筒下部切割為鋸齒狀，齒深為5.0cm，鋼筒每節(jié)段之間采用焊接方式連接。

施工流程：施工準(zhǔn)備→高壓旋噴樁施工→鋼筒制作安裝→搖管機(jī)安裝→搖管機(jī)下沉鋼筒→開(kāi)挖鋼筒內(nèi)土體→混凝土封底→頂管設(shè)備安裝→頂管施工。

2.2 施工準(zhǔn)備

微型頂管施工前組織項(xiàng)目部人員認(rèn)真熟悉施工圖設(shè)計(jì)文件，掌握設(shè)計(jì)意圖和要求，編制專(zhuān)項(xiàng)施工方案，對(duì)作業(yè)人員進(jìn)行施工技術(shù)交底和培訓(xùn)。摸清施工界域內(nèi)地下管線(xiàn)及構(gòu)筑物資料、工程水文地質(zhì)資料，組織施工技術(shù)人員深入調(diào)查，對(duì)原有管道、建筑物和構(gòu)筑物與管道銜接的平面位置和高程進(jìn)行復(fù)測(cè)。

根據(jù)施工圖設(shè)計(jì)文件和專(zhuān)項(xiàng)施工方案，本項(xiàng)目選用Φ500mm，長(zhǎng)度為1.0m的鋼筋混凝土Ⅲ級(jí)管材，壁厚δ=80mm，混凝土強(qiáng)度C40，F(xiàn)型接口，雙橡膠密封圈。管材及配件進(jìn)場(chǎng)使用前按照規(guī)定進(jìn)行復(fù)試和檢查驗(yàn)收，確保原材料、半成品質(zhì)量。依據(jù)管節(jié)材質(zhì)、頂進(jìn)工作井后背墻結(jié)構(gòu)的允許最大荷載、頂進(jìn)設(shè)備能力、施工技術(shù)措施等因素。施工最大頂力應(yīng)大于頂進(jìn)阻力，但不得超過(guò)管材或工作井后背墻的允許頂力。頂進(jìn)阻力按下式計(jì)算：

式中：Fp——頂進(jìn)阻力(kN)；

D0——管道的外徑(m)；

L——管道設(shè)計(jì)頂進(jìn)長(zhǎng)度(m)；

fk——管道外壁與土的單位面積平均摩阻力(kN/m2)；

NF——頂管機(jī)的迎面阻力(kN)。

2.3 搖管機(jī)下沉鋼護(hù)筒

確定工作井的開(kāi)挖位置，搖管機(jī)定位，升降油缸伸出至最高處后進(jìn)行搖管作業(yè)。工序：夾持油缸伸出打開(kāi)夾持環(huán)，放入底部帶刃的第一節(jié)圓形管件，夾持油缸收回以?shī)A緊第一節(jié)圓形管件，馬達(dá)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而帶動(dòng)夾持環(huán)以及第一節(jié)圓形管件做360°全回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)升降油缸收回將第一節(jié)圓形管件下壓一段距離，重復(fù)以上步驟直至第一節(jié)圓形管件下壓至最大值，在此過(guò)程中，利用抓斗車(chē)取出第一節(jié)圓形管件內(nèi)的砂土，并利用渣土車(chē)將這些砂土進(jìn)行外運(yùn)。

夾持油缸伸出打開(kāi)夾持環(huán)，放入第二節(jié)圓形管件，并對(duì)第二節(jié)圓形管件和第一節(jié)圓形管件的接觸端面進(jìn)行焊接，焊接完成后重復(fù)步驟一中的搖管工序。重復(fù)第二步工序，直至壓入的圓形管件達(dá)到圓形豎井的設(shè)計(jì)標(biāo)高要求，達(dá)到要求后，進(jìn)行封底混凝土施工。

2.4 混凝土封底

鋼護(hù)筒工作井邊下沉邊開(kāi)挖土體，沉到設(shè)計(jì)標(biāo)高后開(kāi)始挖土清理工作，清理完成后不降水，進(jìn)行井內(nèi)封底施工。封底采用C25水下混凝土，厚度1.5m,封底應(yīng)及時(shí)防止底部隆起、涌水。封底混凝土穩(wěn)定后，澆筑井底底板混凝土，厚度為30cm，兩層鋼筋網(wǎng)片防滲混凝土，防滲等級(jí)為P8，澆筑完成后進(jìn)行覆蓋養(yǎng)護(hù)。

2.5 安裝頂管設(shè)備

機(jī)械頂管后背結(jié)構(gòu)為鋼筒，后背鋼筒與機(jī)臺(tái)之間空隙用三角鐵焊接加固，要有足夠的剛度和強(qiáng)度。頂管機(jī)安裝調(diào)整完畢后，在頂背板和井壁之間填充C30混凝土，讓井壁充分達(dá)到反力墻作用，之后進(jìn)行試運(yùn)行，取得相應(yīng)參數(shù)。

2.6 微型頂管施工

微型頂管設(shè)備安裝好以后開(kāi)始進(jìn)行先導(dǎo)管的頂進(jìn)，洞口經(jīng)測(cè)量定位后，鑿除洞門(mén)位置的鋼筋混凝土，清除洞口內(nèi)的混凝土等雜物，在洞口安裝防水橡膠板。然后將先導(dǎo)管穿過(guò)洞口，向預(yù)設(shè)路線(xiàn)頂進(jìn)。采用中空鋼管作為先導(dǎo)管，先導(dǎo)管的端頭設(shè)有導(dǎo)向設(shè)備，主要保證管節(jié)達(dá)到預(yù)期的位置和深度。先導(dǎo)管每頂完一節(jié)，頂管機(jī)油缸后退，再安放另一節(jié)，按接力方法向接收井頂進(jìn)。

先導(dǎo)管的回收：當(dāng)先導(dǎo)管頂進(jìn)接收井后，將先導(dǎo)管尾部連接出泥鋼管，然后再頂進(jìn)操作，先導(dǎo)管在接收井拆卸回收。即出泥鋼管頂進(jìn)一節(jié)，先導(dǎo)管拆卸一節(jié)，如此反復(fù)操作直至出泥鋼管更換完，鉆機(jī)就位后進(jìn)行鉆進(jìn)施工。

擴(kuò)孔施工：鉆進(jìn)完成后及時(shí)復(fù)核孔洞軸線(xiàn)位置與高程，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)和規(guī)范要求后進(jìn)行擴(kuò)孔。利用高壓水將泥土置換成泥漿，泥漿隨著螺旋鉆進(jìn)流到接收井中，如此反復(fù)，直至孔徑滿(mǎn)足成孔要求為止。一般比管道外徑稍大，利于管節(jié)頂進(jìn)。在擴(kuò)孔過(guò)程中及時(shí)清理井內(nèi)泥漿，同時(shí)注意護(hù)壁泥漿比重，防止塌孔。

管節(jié)頂進(jìn)：微型頂管開(kāi)始施工前應(yīng)進(jìn)行頂前檢查，確認(rèn)符合頂進(jìn)條件時(shí)方可開(kāi)始頂進(jìn)。主要檢查全部設(shè)備試運(yùn)轉(zhuǎn)，頂管機(jī)在導(dǎo)軌上的中心線(xiàn)、坡度和高程，防止流動(dòng)性土或地下水由洞口進(jìn)入工作井的技術(shù)措施，拆除洞口封門(mén)的準(zhǔn)備措施等。管節(jié)吊裝到井底，與頂管機(jī)進(jìn)行連接安裝，開(kāi)始第一節(jié)管節(jié)頂進(jìn)作業(yè)，先試頂，調(diào)整好頂力、角度后進(jìn)行正常頂進(jìn)。

頂進(jìn)過(guò)程中及時(shí)測(cè)量軸線(xiàn)和高程，減少累積誤差。為保證頂進(jìn)時(shí)管外壁和土體之間的間隙能形成穩(wěn)定、連續(xù)的泥漿套，應(yīng)對(duì)泥漿配比、注漿量進(jìn)行控制，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)確定泥漿的材料、性能，選擇失水量小、穩(wěn)定性好的材料，且攪拌均勻、流動(dòng)性要好。

3 質(zhì)量控制方法

3.1 原材料、構(gòu)配件質(zhì)量

所供產(chǎn)品必須提供出廠合格證、產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)、性能檢驗(yàn)報(bào)告和使用說(shuō)明書(shū)。管材進(jìn)場(chǎng)后必須按規(guī)定進(jìn)行檢查驗(yàn)收，并進(jìn)行抽樣復(fù)試，包括各項(xiàng)指標(biāo)復(fù)檢、尺寸及觀感質(zhì)量，未經(jīng)檢測(cè)或檢測(cè)不合格一律不得使用。

3.2 頂管進(jìn)、出洞的保護(hù)措施

工作井、接收井施工前先在井周邊施工水泥攪拌樁，沿井周身布置一排高壓旋噴樁，在進(jìn)、出洞口的部位布設(shè)三排旋噴樁，每排4根，樁徑800mm,間距500mm，形成止水帷幕。頂管機(jī)出洞采用行之有效的洞門(mén)密封裝置，井壁后座澆筑混凝土，進(jìn)、出洞口前鑿出洞口，在池壁上安裝鋼環(huán)，鋼環(huán)上安裝雙層橡膠止水裝置，形成封閉隔斷。

3.3 管道糾偏

①頂進(jìn)開(kāi)始階段。首先要嚴(yán)格控制頂進(jìn)速度與方向，速度不可過(guò)快，控制前進(jìn)位置和方向。在正常頂進(jìn)過(guò)程中隨時(shí)測(cè)量管道軸線(xiàn)和標(biāo)高，嚴(yán)格遵循“勤測(cè)量、勤糾偏、微糾偏”的原則。頂進(jìn)過(guò)程中注意對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行復(fù)核、匯總，并進(jìn)一步分析，查找產(chǎn)生偏差的原因，采取相應(yīng)的補(bǔ)救措施，研判偏差進(jìn)一步發(fā)展的趨勢(shì)。

②軸線(xiàn)及高程測(cè)量。每頂進(jìn)一段距離，需要進(jìn)行一次高程和軸線(xiàn)測(cè)量。

正常頂進(jìn)時(shí)，每頂進(jìn)1.0m不應(yīng)少于一次測(cè)量，在進(jìn)、出洞口增加測(cè)量次數(shù)，縮短頂進(jìn)距離，通常每0.3m測(cè)量不少于一次。測(cè)量的數(shù)據(jù)必須準(zhǔn)確、清晰、齊全。

③糾偏。在頂進(jìn)中及時(shí)糾偏，糾偏角度、各方向上千斤頂?shù)挠蛪褐?、軸線(xiàn)輸入微機(jī)。微機(jī)根據(jù)數(shù)據(jù)及時(shí)對(duì)角度進(jìn)行調(diào)整，采用小角度糾偏方式。

3.4 加注觸變泥漿

按照“同步注漿與補(bǔ)漿相結(jié)合”和“先注后頂、隨頂隨注、及時(shí)補(bǔ)漿”的原則，選擇好注漿材料，確定泥漿比重、注漿孔、注漿壓力等指標(biāo)。頂進(jìn)過(guò)程中，為了減少管道與土體的摩阻力，提高頂進(jìn)施工效率，在施工過(guò)程中往管外側(cè)噴注觸變泥漿，降低頂進(jìn)的阻力。頂管機(jī)尾部的后續(xù)幾節(jié)管節(jié)連續(xù)設(shè)置注漿孔，頂管機(jī)外徑宜比頂進(jìn)管節(jié)外徑大2-6cm，注漿后使土體與管節(jié)周邊間形成10-30mm厚泥漿環(huán)。加注觸變泥漿填充管道周?chē)目障?，形成一道泥漿保護(hù)套，減少頂進(jìn)阻力的作用。

4 工程監(jiān)測(cè)

4.1 頂管施工監(jiān)測(cè)項(xiàng)目

根據(jù)本工程設(shè)計(jì)資料及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，監(jiān)控量測(cè)主要項(xiàng)目如下：地表沉降、地下管線(xiàn)沉降、建（構(gòu)）筑物沉降、頂管井沉降及水平位移。工作井周邊設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)，設(shè)置在不受擾動(dòng)的位置，用水泥混凝土加固，釘上水泥釘，做好防護(hù)。工作井土方開(kāi)挖前監(jiān)測(cè)2-3次，用其平均值作為初始值。工作井開(kāi)挖時(shí)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，開(kāi)挖過(guò)程中至井周邊回填每天監(jiān)測(cè)一次，連續(xù)不中斷測(cè)量，在出現(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)異常時(shí)加密觀測(cè)次數(shù)。采用向地面打人鋼釬的方法觀測(cè)頂管沉降，鋼釬長(zhǎng)度不小于1200mm。在設(shè)計(jì)管中線(xiàn)正上方每隔10m布設(shè)1點(diǎn)，中線(xiàn)點(diǎn)兩側(cè)每2500mm布設(shè)1點(diǎn)，中線(xiàn)點(diǎn)兩側(cè)的沉降點(diǎn)數(shù)不應(yīng)少于4個(gè)。待點(diǎn)位穩(wěn)定后(約需10d)方可進(jìn)行觀測(cè)。后視點(diǎn)選在穩(wěn)定處，后視距離不小于50m。

4.2 建立預(yù)警系統(tǒng)

通過(guò)頂管施工預(yù)警系統(tǒng)的建立，分析監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及成果，做出提前預(yù)判，并采取針對(duì)性措施。遇意外情況發(fā)生時(shí)能夠及時(shí)預(yù)警，減少質(zhì)量安全事故的發(fā)生，確保頂管施工體系絕對(duì)安全。

建立“三級(jí)預(yù)警”機(jī)制，按照正常、異常和危險(xiǎn)代表相對(duì)應(yīng)的預(yù)警值，根據(jù)預(yù)警類(lèi)別進(jìn)行處置。在正常預(yù)警值范圍內(nèi)，按常規(guī)處理。當(dāng)出現(xiàn)異常值時(shí)加大監(jiān)測(cè)頻率，同時(shí)檢查周邊地面構(gòu)筑物、工作井及管線(xiàn)位移值。當(dāng)出現(xiàn)危險(xiǎn)預(yù)警值時(shí)，進(jìn)一步加大監(jiān)測(cè)頻率，全面進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)巡查，同時(shí)啟動(dòng)應(yīng)急預(yù)案，重新復(fù)核各項(xiàng)施工參數(shù)，請(qǐng)專(zhuān)家分析現(xiàn)場(chǎng)情況。立即上報(bào)業(yè)主等相關(guān)單位，24h現(xiàn)場(chǎng)值班巡視，密切關(guān)注各部位的累加變化值，采取基坑回填等方式進(jìn)行搶險(xiǎn)處理。

5 質(zhì)量驗(yàn)收

所有的原材料、成品、半成品必須符合設(shè)計(jì)文件和規(guī)范要求，工作井、接收井的混凝土強(qiáng)度、剛度、尺寸滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，橡膠圈安裝位置正確，沒(méi)有脫落、位移現(xiàn)象。管道的接口無(wú)破損、頂裂且無(wú)滴漏，管底坡度無(wú)反坡。

6 結(jié)束語(yǔ)

本工程通過(guò)微型頂管技術(shù)，大幅度縮減占地范圍，施工時(shí)對(duì)周邊建筑物穩(wěn)定性無(wú)影響、對(duì)地面交通無(wú)影響，有效地解決了現(xiàn)場(chǎng)施工場(chǎng)地受限制的情況，很好地保證了工程施工質(zhì)量和施工安全，可為今后城區(qū)類(lèi)似排水工程的施工方案提供借鑒，具有很大的市場(chǎng)應(yīng)用空間。