頂管技術在市政給排水工程施工中的運用研究

劉嘉靖

(中國市政工程中南設計研究總院有限公司，湖北 武漢 430000)

1 頂管技術特點及優(yōu)勢

在頂管施工中，施工單位只需進行工作井與接收井的開挖施工，工程施工操作集中于地下，表現(xiàn)出開挖工程量少的特點?；陧敼芗夹g的原理，其在市政給排水工程施工中的運用有以下優(yōu)勢：①市政給排水管道的敷設無需全段開挖施工，對沿線交通影響小，對周圍建(構)筑物影響少，保障了建筑的安全；②開挖工程量少，施工現(xiàn)場不會產(chǎn)生大量粉塵，避免粉塵污染的出現(xiàn)，保護城市環(huán)境；③頂管施工的掘進面較小，對施工組織的要求較低，減少人工成本，且施工快捷，工期短[1]。

2 頂管技術在市政給排水工程施工中的運用方法

為發(fā)揮頂管技術在市政給排水工程施工中的優(yōu)勢，施工單位應按照規(guī)范流程施工。本文以某市政給排水工程為例，探究規(guī)范施工流程，為施工單位落實頂管技術提供有益探索。該市政給排水工程的頂管施工距離為615 m，屬于長距離頂管施工，管徑大小為DN3400，施工單位選擇氣壓平衡法施工。

2.1 施工準備

在施工前，施工單位進行頂力計算，該市政給排水工程所用的管道允許頂力為51 287 kN。施工單位配置6臺規(guī)格為200 t的千斤頂，頂力為8 000 kN。在最大頂力情況下，計算管道的頂進長度為64 m，小于施工距離。因此，需在管道中設置中繼間。根據(jù)頂力的計算結果，施工單位設置500 kN的千斤頂，提供中繼間的頂力，并在每個中繼間配置28個千斤頂。工程中共設置9個中繼間。在完成頂力計算后，施工單位對施工現(xiàn)場進行處理，根據(jù)長距離頂管的需求，準備施工所需的材料與設備，并將其就位于合適的位置。在該市政給排水工程準備環(huán)節(jié)，施工單位將起重機、千斤頂、攝像機、測量儀表、減速裝置、電動機與墊板等裝置就位，為后續(xù)施工奠定基礎。具體頂管施工流程如圖1所示。

圖1 頂管施工流程示意圖

2.2 工作坑施工

在頂管施工中，工作坑是指工作井與接收井，負責頂管施工的排水、出土及運輸工作，同時保護施工現(xiàn)場的建(構)筑物。常用的工作坑為圓形或矩形，采用鋼筋混凝土作為工作井與接收井的結構。在本案例的市政給排水工程中，施工單位設置矩形工作坑，通過錨桿支撐構建封閉式模框架，并在矩形的四角設置斜支撐，以提高工作坑的穩(wěn)定性。同時，施工單位選擇裝配式工藝建造的后背墻，通過方木、型鋼等構件進行拼接組裝。在工作井與接收井施工過程中，遵循雙向頂進的原則設計工作井，按照設計檢查井的距離要求，建造接收井。

2.3 設備安裝

在工作坑施工完畢后，按照頂管施工要求安裝各類設備。在本案例的市政給排水工程中，施工單位開展的設備安裝工作如下。

1)運用鋼材制作導軌，并規(guī)范安裝鋼軌，調整鋼軌位置，使鋼軌保持平行、順直，并檢測鋼軌的縱坡，符合管道設計坡度的要求。在后續(xù)頂管施工過程中，定期校準導軌的位置，避免其出現(xiàn)位移，影響頂管施工的質量。

2)在安裝千斤頂時，將其固定于專用支架上，并使千斤頂和給排水管道的中心垂線對稱，以確保千斤頂形成合力，集中作用于垂線上。同時，施工單位為千斤頂配置相應的油泵及備用泵，以保障連續(xù)施工的可能。在所有設備安裝完畢后，對設備進行試運行，觀察其運行效果，確認無誤后方可實施頂管施工。

3)在更換頂鐵時，需確認頂鐵無異常，并在頂鐵和管口中設置一層緩沖材料。在頂管施工的頂力與管道材料的允許抗壓強度差值較小時，需在管口處增設頂鐵，施工單位選擇U型頂鐵及環(huán)形頂鐵，避免管道出現(xiàn)破損。

2.4 穿墻施工

在設備準備完畢后，即可進行機頭穿墻施工，作為頂管施工的前置環(huán)節(jié)。在穿墻施工時，為最大限度地縮短土體暴露時間，施工單位設置合理的穿墻速度，在穿墻前向土體內注入適量混凝土，以提高土層的穩(wěn)定性，避免穿墻操作時大量土體滲漏，影響穿墻效果。在作為悶板的墻體開啟后，需運用工具管實施止水操作，從而保障穿墻施工質量[2]。

2.5 頂進施工

在本案例的市政給排水工程中，施工單位通過手掘式頂進技術實施頂進施工。在施工前，將地下水位調整至管道底部超過0.5 m的水位，并做好防水處理，避免地下水進入頂管管道內，影響頂管施工質量。在頂管施工的工具管接觸土層后，按照從上至下的順序分層開挖，挖掘30～50 cm的坑道，便于頂管頂進。頂進過程中需遵循先挖后頂、隨挖隨頂?shù)脑瓌t。部分土層可超挖，管前超挖量控制在15 mm內。在頂進過程中，管道下方135°區(qū)域內不允許超挖。在完成管道頂進操作后，需實施注漿施工，通過觸變泥漿套，避免管道外壁和周圍土體產(chǎn)生摩擦力，補充土體，提高土體強度，預防沉降、變形等問題的出現(xiàn)，延長給排水管道的使用壽命。

2.6 管線糾偏

在頂管施工中，可能出現(xiàn)管道位移現(xiàn)象，使管道的實際位置與規(guī)定位置間出現(xiàn)偏差，影響市政給排水工程施工質量。細化來說，頂管施工的偏差要求如表1所示。

表1 頂管施工允許偏差 單位：mm

在該市政給排水工程施工中，施工單位發(fā)現(xiàn)頂管施工時管位出現(xiàn)約10 mm的偏差，需通過管線糾偏措施，保障頂管質量。細化來說，施工單位緩慢調整管道位置，引導管道逐漸恢復正確位置，避免猛糾硬調擾動周圍土體，破壞管道。實際糾偏操作如下：通過管道后端設置的糾偏千斤頂組，調整機頭端面的方向，逐漸向軸線靠近，逐步減少管位偏差，最終使機頭端面運行方向與軸線重合，完成管道復位。另外，如果頂管施工中，機頭出現(xiàn)旋轉現(xiàn)象，施工單位需在管道內與機頭旋轉的反方向設置更多的壓重塊，或在中繼站設置旋轉糾正力矩，以調節(jié)管道位置，保障頂管的規(guī)范性[3]。

3 頂管技術在市政給排水工程施工中的運用要點

3.1 地表監(jiān)測

在頂管施工中，如在開挖環(huán)節(jié)中施工單位取土量不合適、管線未及時糾偏或頂進管和工程管外徑出現(xiàn)管徑差等情況，均可能引發(fā)地表沉降或地表隆起現(xiàn)象，影響正常施工，破壞施工現(xiàn)場。就此，施工單位在頂管施工期間需實施地表監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)地表異常，避免影響擴大。在該市政給排水工程中，施工單位通過水準測量方法，觀測施工現(xiàn)場的地表變形狀況、建(構)筑物沉降狀況；通過傾斜電測法觀測建(構)筑物的傾斜狀況，監(jiān)測頻次由施工進度、施工現(xiàn)場建(構)筑物情況與沉降速率等因素決定。同時，施工單位為避免地表沉降或隆起，采取以下預防措施：①在實施壓漿施工時，以“泥漿套”土體壓力平衡為條件，設置壓漿壓力；②對于埋深小于1.5 m的管道，沿管道敷設路線設置局部壓鋼板，并在鋼板上方堆放砂包，保障頂管時土層壓力均衡，預防隆起。

3.2 洞口止水

在頂管施工時，為確保管道可從工作井處有序出洞，施工單位需適當擴大工作井的預留洞口，要求其超過管道外徑100 mm。在此基礎上，為保障頂管施工的質量，在實際頂進操作時，需對工作井預留的洞口與管道間的縫隙實施封堵處理，做好洞口止水工作。在該市政給排水工程中，施工單位采用以下洞口止水方案：在建造工作井時，于工作井的預留洞口處預埋一個厚度為10 mm的鋼法蘭，并焊接對應的螺栓，安裝厚度為16 mm的橡膠法蘭，最后使用厚度為10 mm的鋼壓板壓緊牢固法蘭，避免地下水、泥沙等雜質進入工作井內。在該洞口止水方案中，鋼法蘭、橡膠法蘭及鋼壓板均可循環(huán)利用，環(huán)保效益顯著。

同時，在穿墻施工時，為避免工作井外部的地下水或泥沙進入井內，引發(fā)塌方現(xiàn)象，施工單位沿管道頂進方向，通過注入混凝土的方式，加固工作井周圍一定區(qū)域的土體，提升土層強度，并做好管線糾偏操作，保障頂管方向正確。

3.3 泥漿管理

在頂管施工的注漿施工中，施工單位需合理配制泥漿，選用高質量的膨潤土為原材料，合理設計泥漿配比。在案例市政給排水工程中，施工單位按照膨潤土∶ 水=1∶ 8的比例制備觸變泥漿，泥漿制作時充分攪拌，避免離析等問題的出現(xiàn)。在泥漿壓入前，實施二次攪拌，保障注漿的施工質量。在注漿施工時，要求注漿壓力超過管道上部靜止土的壓力及水頭壓力，并實時觀測地表與地下水變化，適當調整注漿壓力與壓漿量。在頂進至曲線段時，適當增加注漿量，保障觸變泥漿套的完整性。同時，在泥漿出口處設置單向閥，既可避免回漿，也可預防臨時停泵對注漿壓力的影響。另外，在貫通頂管后，為避免給排水管道出現(xiàn)沉降，施工單位通過壓注孔將給排水管道外的觸變泥漿更換為純水泥漿液。

3.4 頂管降阻

在長距離頂管施工中，給排水管道和周圍土體的阻力，是影響頂管施工質量的關鍵因素。案例中的市政給排水工程應用如下頂管降阻措施，減少阻力，提高頂進速率與質量：通過注漿操作，將觸變泥漿變?yōu)闈櫥瑒?，減少管道與土體間的阻力；在壓漿操作時，選擇中繼站、機頭尾部的位置作為壓漿點，避免觸變泥漿流失，節(jié)約成本，強化泥漿的潤滑作用。

4 結 論

在市政給排水工程施工中，施工單位應按照施工準備、工作坑施工、設備安裝、穿墻施工、頂進施工、管線糾偏等流程施工。在頂管施工過程中，需做好地表監(jiān)測、洞口止水、泥漿管理與頂管降阻等操作，保障頂管施工質量，提高頂管施工效率，進而提升市政給排水工程實施的效益。

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