市政給排水施工中長距離頂管技術(shù)工藝解析

董剛 齊國賓

（山東宇通路橋集團有限公司，山東 廣饒 257300）

市政給排水工程施工對于長距離頂管技術(shù)的應(yīng)用要求非常高，在項目開展環(huán)節(jié)如何才能夠?qū)⒃摷夹g(shù)的作用發(fā)揮出來達到市政給排水工程的施工需求是相關(guān)技術(shù)人員需要關(guān)注的一項問題。所以在該技術(shù)應(yīng)用階段要了解市政給排水施工的施工需求，做好長距離頂管方案的構(gòu)建，并且對涉及的要點進行控制這樣才能夠提高技術(shù)的應(yīng)用效果。

1 管體的結(jié)構(gòu)設(shè)計

市政給排水工程在實施環(huán)節(jié)，應(yīng)用長距離頂管施工技術(shù)展開施工，為了能夠全面提升防滲、防漏等效果，需要采取如下措施：第一，鋼筒外部或者內(nèi)部需要焊接制作鋼筋籠的結(jié)構(gòu)；第二，混凝土澆筑施工，將鋼筒直接制作成為管體的形式；第三，應(yīng)用承插式柔性接口將管道進行連接，并且在連接的部位應(yīng)用橡膠圈進行密封處理。其中，管體、鋼筒等和鋼筋骨架是主要的組成結(jié)構(gòu)部分，必須按照要求進行結(jié)構(gòu)設(shè)計。①鋼筒選用的是厚度為1.5mm的冷軋鋼板結(jié)構(gòu)，將其制作為鋼筒，在兩側(cè)需要設(shè)計為插口環(huán)與承口環(huán)的結(jié)構(gòu)形式。鋼筒連接的位置上，通過設(shè)計為雙膠圈的墊層結(jié)構(gòu)形式，以達到結(jié)構(gòu)密封性的要求，從而可以避免水體進入到結(jié)構(gòu)內(nèi)部而影響結(jié)構(gòu)的性能；②制作鋼筋骨架網(wǎng)。在銅管的外側(cè)與內(nèi)側(cè)的結(jié)構(gòu)上，焊接制作鋼筋骨架網(wǎng)的結(jié)構(gòu)，以確保連接的性能符合要求。同時，還要避免后續(xù)出現(xiàn)混凝土塊掉落的情況，焊接鋼筒內(nèi)部鋼筋骨架網(wǎng)時，選擇使用單層鋼筋骨架網(wǎng)的形式。在外部鋼筋骨架網(wǎng)的焊接環(huán)節(jié)，一般都會選擇應(yīng)用雙層結(jié)構(gòu)形式，以確保鋼筒和混凝土聯(lián)合之后的承載性能符合工程的要求，能夠承受外部的壓力作用，保證結(jié)構(gòu)的完整性；③管體。在內(nèi)外混凝土結(jié)構(gòu)澆筑施工結(jié)束后，有效的防止發(fā)生鋼筋籠以及銹蝕問題的，從而可以延長管道壽命。

2 長距離頂管施工技術(shù)要點分析

市政給排水工程的實施中，長距離頂管施工技術(shù)的應(yīng)用會給周邊地層結(jié)構(gòu)造成擾動和影響，從而發(fā)生沉降的問題，設(shè)計最科學(xué)合理的方案，避免給環(huán)境產(chǎn)生過大的影響，從而保證沉降處于合理的范圍內(nèi)，尤其是城市中心區(qū)域，保護環(huán)境尤為重要。

2.1 頂管施工前期準(zhǔn)備

在現(xiàn)場施工中，平面布置是關(guān)鍵的工作，包含現(xiàn)場自動控制室、拌漿棚、料具間、注水系統(tǒng)、管片堆場等方面的設(shè)置。此外，還要針對于頂管進出洞位置以及后側(cè)的土體進行加固處理，以確保洞口位置上進行高壓旋噴加固施工處理，確定頂管機出洞達到安全性要求。此外，還要準(zhǔn)備好施工材料與機具，達到施工的要求。

2.2 泥漿的制備及注漿工藝分析

1）觸變泥漿。頂管施工階段，為了避免出現(xiàn)土層阻力過大的情況，一般都會通過主筋的方法減小摩擦力，所以要制備泥漿材料。泥漿制作中，主要使用的材料是膨潤土、堿、水等，根據(jù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求進行攪拌處理，在泥漿池裂靜置10h，在達到粘稠度之后才能進行注漿施工。這樣可以防止發(fā)生泥漿失水的問題，也沒有沉淀固結(jié)的情況，保證流動性、粘稠性符合要求，從而可以降低頂進阻力，提高施工效率。

2）做好注漿壓力的控制，保證不能小于管體部水頭壓力與靜止土壓力。在頂進作業(yè)階段，要做好地面變形、地下水位等控制，結(jié)合具體情況控制注漿量與注漿施工壓力。泥漿出口的位置要設(shè)置單向閥，防止發(fā)生灰漿的問題，確保停泵之后不會發(fā)生變形的問題。此外，還要考慮到具體的情況，在現(xiàn)場設(shè)置中繼壓漿泵，保證注漿壓力符合要求。

3）在曲線段在外側(cè)上，因為法向分力的存在，會導(dǎo)致摩阻力與土體擾動的增加。因此，在掘進機在曲線段位置上，應(yīng)該及時應(yīng)該增加曲線段位置上的注漿量，差異形成整體的泥漿套。頂管貫通之后，要做好該位置上的調(diào)整和轉(zhuǎn)變，不會發(fā)生沉降的問題。

2.3 標(biāo)高及頂進軸線的控制

長距離頂管施工中，如果頂力超出了規(guī)定范圍，工作井容易發(fā)生偏移的問題，并且會造成頂進軸線出現(xiàn)變化。因此，靜態(tài)定位工作結(jié)束后，還要開展動態(tài)測量，以達到軸線的精度要求。頂管作業(yè)環(huán)節(jié)，水準(zhǔn)測量的工作尤為關(guān)鍵，主要是在規(guī)定的工作井內(nèi)設(shè)置以水準(zhǔn)點高程點，并且利用測量站點儀器以及工具管頭尾部高差，然后利用工具頭糾正高程偏差。在頂進施工的最后30～50m時，應(yīng)該需要做好復(fù)核檢測，達到施工方案的標(biāo)準(zhǔn)和要求。

2.4 頂進與穿墻施工

頂進施工作業(yè)環(huán)節(jié)，需要根據(jù)設(shè)計的路線開展施工。穿墻板開啟之后，把工具直接推出井口，并且裝載穿墻止水的設(shè)備。為了確保穿墻周邊的土層結(jié)構(gòu)厚度達到要求，需要選擇使用合適的水泥漿填充穿墻管外側(cè)，在開啟后應(yīng)該及時頂進施工。在該環(huán)節(jié)中，如果排水管頂進的過程中發(fā)生偏離的問題，應(yīng)該使用削土刀盤、千斤頂?shù)燃m偏處理，確保施工質(zhì)量合格。通常來說，每頂進一節(jié)排水管道時，要做好測量工作，尤其是出洞的環(huán)節(jié)，要做好測量次數(shù)的控制，保證不會發(fā)生偏離的問題。

2.5 頂進障礙物的處理

頂管施工作業(yè)環(huán)節(jié)，容易觸碰到地下障礙物，這時采取處理措施也非常的重要。比較普遍的障礙物是石塊、樹木。因為障礙物的處理難度較高，方法也比較復(fù)雜，所以工作人員應(yīng)該結(jié)合現(xiàn)場情況選擇最佳的處理措施，消除障礙物的影響，確?，F(xiàn)場施工順利的進行。

2.6 管節(jié)止轉(zhuǎn)技術(shù)措施

頂管施工階段，螺旋機和刀片同時作用，機頭出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)的情況，這樣會給頂進施工產(chǎn)生影響，此時需要及時糾正處理。比如機頭前部的方筒水平兩側(cè)需要布置翼板結(jié)構(gòu)，防止發(fā)生旋轉(zhuǎn)的情況。此外，還要通過加壓重塊的方法控制旋轉(zhuǎn)，比如在機頭兩側(cè)使用鐵支架安裝，只要是發(fā)生輕微偏差，需要立即移動到另外一側(cè)。

2.7 進出洞技術(shù)

為了確?，F(xiàn)場管道可以順利出洞，一般來說，洞口直徑應(yīng)該稍微大于管道外徑，但是還會發(fā)生漏水的問題。為了不會發(fā)生洞口漏水的問題，一般來說都會使用封閉洞口間隙的方式處理。密封井洞口的止水裝置設(shè)置過程中，需要應(yīng)用橡膠止水法蘭。通過該方式密封時，應(yīng)該先進行注漿孔的預(yù)埋施工，能夠直接壓住濕潤的土泥漿材料。洞外施工中，主要應(yīng)用SMW密封與加固土體的方式，選擇加密注漿也可以滿足要求。支護結(jié)構(gòu)的外部，需要布置鋼圈的結(jié)構(gòu)，以保證出洞順利的進行。內(nèi)襯預(yù)留洞內(nèi)，通過使用雙道橡膠止水法蘭止水處理，提高止水效果。頂管時，應(yīng)該將洞口觸變泥漿壓住，從而防止給洞口產(chǎn)生過大的擾動影響。

3 長距離頂管施工風(fēng)險分析及解決方法

3.1 長距離頂管施工風(fēng)險的識別

長距離頂管施工的具體操作環(huán)節(jié)，因為施工現(xiàn)場地質(zhì)條件過于復(fù)雜，現(xiàn)場地理條件比較差，這種條件之下，頂管作業(yè)施工質(zhì)量會受到很多因素作用，選擇合適的措施處理這些因素，以保證不會發(fā)生嚴重的事故，還能夠識別風(fēng)險因素。長距離頂管施工前，要做好風(fēng)險識別與分析，結(jié)合風(fēng)險識別的結(jié)論選擇最佳的防范處理措施，保證頂管施工達到穩(wěn)定性的要求。

3.2 長距離頂管施工風(fēng)險的后果

在現(xiàn)場施工中，風(fēng)險后果包含如下幾點：1）在頂管施工作業(yè)環(huán)節(jié)，風(fēng)險的發(fā)生就是在后期施工階段，如果工期比較長，容易導(dǎo)致工期延誤、人工費用增加等方面；2）在發(fā)生突發(fā)的事件或者其他因素的同時影響，應(yīng)該立即采取開挖處理方式，此時會導(dǎo)致工程量增加，成本也會升高；3）在施工中容易發(fā)生開挖設(shè)備的損壞，需要修理、更換等，容易導(dǎo)致成本升高；4）人為因素干擾之下，施工的風(fēng)險會導(dǎo)致?lián)p失賠償?shù)膯栴}，這是因為有些人員和技術(shù)人員沒有進行控制而發(fā)生偏位的情況，會產(chǎn)生一些負面的影響。

3.3 風(fēng)險控制原則

頂管施工階段，爆發(fā)的施工風(fēng)險會給工程實施帶來不利影響，還會誘發(fā)風(fēng)險因素，為了有效的預(yù)防發(fā)生風(fēng)險因素，必須采取風(fēng)險控制措施，目前主要的方式是減少風(fēng)險、預(yù)控風(fēng)險、規(guī)避風(fēng)險、后備應(yīng)急措施等。風(fēng)險控制方式能夠?qū)崿F(xiàn)合理的預(yù)測和控制，以規(guī)避風(fēng)險的影響。在加強風(fēng)險防范處理措施時，還必須進行起重吊裝、鋼支撐架設(shè)等危險性的分項工程，必須采取必要的防范措施，進行動態(tài)化的管理，防止小風(fēng)險造成的大事故。

3.4 風(fēng)險管理措施

1）頂進壓力控制。在頂進施工中，要做好測量、糾偏的工作。結(jié)合地質(zhì)條件的差異，配置符合工程要求的泥漿材料，保證材料充足且性能合格。在施工準(zhǔn)備環(huán)節(jié)，要做好設(shè)備的全面檢查，性能符合要求，及時排出故障問題，保證設(shè)備能夠準(zhǔn)確的運行。頂進施工階段，如果頂力超出標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)該立即停止，及時發(fā)現(xiàn)原因，采取針對處理措施。

2）頂管機旋轉(zhuǎn)要做好旋轉(zhuǎn)控制，主要的方式就是機頭的位置設(shè)置配重，比如廢鋼筋等，配重設(shè)置應(yīng)該和頂管機旋轉(zhuǎn)方向相反，還有一種方式是做好頂管機頭的刀盤旋轉(zhuǎn)方向，和機體設(shè)置的方向是相反的。

3）崩鐵現(xiàn)象控制。頂進作業(yè)階段，應(yīng)該做好壓力表參數(shù)的變化控制，特別是在頂進的最后環(huán)節(jié)，檢查頂鐵的情況，觀察是否發(fā)生表層脫落的問題，觀察縱向頂鐵是否出現(xiàn)外拱的情況，只要是存在這些問題，都必須停止頂進施工，還要選擇合適措施減小縱向頂鐵長度，以避免出現(xiàn)崩鐵的問題。

4）后背破壞控制。根據(jù)需要按照后背安裝控制，安裝結(jié)束或，應(yīng)該做好垂直度檢查工作。如果頂進時存在頂進速度突然升高的情況，應(yīng)該及時停止檢查，總結(jié)原因，采取應(yīng)對措施。

5）地面沉降控制：①回填黃砂，黃砂的回填可以讓內(nèi)部空隙快速被填滿，為了能夠讓黃砂能夠快速擴散到內(nèi)部空間中，可以在回填時加水，以防止出現(xiàn)空隙的情況；②注漿加固，沉降量過大的部位，應(yīng)該選擇使用局部注漿加固的方式，頂管土體結(jié)構(gòu)長度過大的情況實施加固作業(yè)。注漿管使用的材料為水泥-水玻璃漿液的方式，此時保證注漿壓力為0.25Mpa～0.6Mpa，注漿速率為30L/min，還要從深到淺 的連續(xù)性注漿施工，每一次提管的高度尺寸為0.3m。注漿施工環(huán)節(jié)，首先根據(jù)設(shè)計深度開始鉆孔作業(yè)，再進行灌漿施工，保證塑料管單向閥插入到規(guī)定深度后，在封閉凝固處理后，把塑料閥管直接插入到雙向密封注漿芯管內(nèi)開始注漿。在注漿作業(yè)前，做好材料、工具的檢查，保證水電是通暢的，注漿要保持連續(xù)進行。

3.5 施工中的風(fēng)險事故及解決措施

3.5.1 管道被砂層“抱死”

1）問題描述。在現(xiàn)場施工中，有些地區(qū)的土質(zhì)條件為粉細砂層，因為頂管阻力相對較大，主推應(yīng)用的是200t千斤頂，其推力可達1000t。減阻的方式就是在混凝土管外壁表面用煤油噴燈烘烤石蠟，形成蠟?zāi)さ呐d衰，可以減小摩擦力，頂進環(huán)節(jié)需要間隔3節(jié)管安裝一節(jié)帶注漿孔的管開始管壁注漿施工，漿液應(yīng)用膨潤土遍泥漿管外壁和土體之間形成膨潤土漿套，以保證摩阻力處于合理范圍內(nèi)。頂進施工100m時，應(yīng)該安裝中繼間，頂進環(huán)節(jié)要持續(xù)增大壓力；頂進深度為200m，5臺主頂全部開啟，此時壓力達到34MPa（總推力約1000t）千斤頂不動，開啟中繼間，壓力升高到36MPa，管道還是保持不同。然后增加2臺主頂千斤頂，此時總壓力為34MPa，總推力約1400t，緊接著出現(xiàn)了后背墻裂縫、油管爆裂。從這個方面判斷，頂管設(shè)備已經(jīng)達到極限，但是還不能推動管道，會出現(xiàn)砂層“抱管”的現(xiàn)象，此時砂層把管道吸住，摩阻力升高明顯，會出現(xiàn)頂管無法頂進的情況。經(jīng)過檢查，主要是下述幾個方面問題。①管壁外表面打蠟不均勻或者飽滿度不夠，有些位置沒有蠟?zāi)?；②管道?nèi)部注漿施工各個注漿孔閥門開啟與關(guān)閉的時間沒有控制，或者注漿壓力控制不到位，出現(xiàn)管道內(nèi)部壓力過大的情況，或者有些管道出現(xiàn)冒漿的問題，影響總體的使用效果。

2）解決方法。針對于頂管施工中出現(xiàn)砂層“抱死”的情況，技術(shù)人員進入到現(xiàn)場進行檢查，同時和施工人員展開交流，分析了解形成事故問題的原因，發(fā)現(xiàn)該問題的出現(xiàn)主要是因為減阻措施不到位而引起的，導(dǎo)致現(xiàn)場出現(xiàn)摩阻力增大的情況，出現(xiàn)頂管無法推動的現(xiàn)象。查找到原因之后，就要采取必要處理措施，即合理的應(yīng)用注漿中繼間，兵器使用主頂配合管道來同時運行。當(dāng)前首要的工作就是從前向后的各個注漿斷面進行控制，保證所有注漿孔的漿液都是飽滿的狀態(tài)。對每個注漿孔進行排查，全都符合要求之后，開啟中繼間，油壓達到38MPa時前100m管道終已經(jīng)開始緩慢的移動，中繼間頂進深度為30cm之后，開啟后方主頂7臺千斤頂16MPa的油壓（推力約788t）再推進30cm，管道已經(jīng)開始向前推動，并且進行注漿施工。經(jīng)過幾次的調(diào)整和處理，中繼間的壓力逐步的下降，但是頂進施工可以順利的進行，并未發(fā)生無法頂進的情況，隧道內(nèi)壁總計推動運行100cm，這樣管道內(nèi)加強注漿施工，管外的摩阻力逐步的減小，主頂為主頂27MPa不再開啟中繼間就可以進行頂進施工。在成功頂進施工后，頂進深度為52m之后完成了320m的砂層頂管作業(yè)，頂進施工成功完成。

3.5.2 刀盤被卡

1）問題描述。某施工的范圍內(nèi)，頂管機穿越墻體結(jié)構(gòu)頂進750mm的深度，土倉的下部沉淀的混凝土結(jié)構(gòu)比較多，無法及時的排出去，而頂管機的破碎能力相對較差，所以在刀盤下部運行時，初始頂管機會出現(xiàn)頻繁抬頭的現(xiàn)象，在墻體內(nèi)部出現(xiàn)混凝土塊逐步堆積到下部之后，左、右刀盤結(jié)構(gòu)會發(fā)生卡滯的情況，經(jīng)過反復(fù)調(diào)試不會發(fā)生轉(zhuǎn)動。兩刀盤直接被卡主，不能脫離。施工單位經(jīng)過一個多月的處理，才將刀盤脫困。

2）解決方法。①旋噴清渣的方式需要在刀盤前進鉆孔，開始進行高壓旋噴注漿施工，沖擊土倉底部沉淀物存在，向周邊的空間擴散，通過應(yīng)用粘稠的泥漿循環(huán)帶走沉淀物，以防止發(fā)生沉淀物淤積的情況。機頭前250mm的位置，設(shè)置10個孔，相隔600mm，形成一排；通過高壓旋噴泥漿的施工方式，將內(nèi)部的沉積物進行噴散處理，特別是硬度較高的小碎石材料，直接松散，此時的壓力達到23～25MPa，在進行刀盤的清洗處理，結(jié)束后開始轉(zhuǎn)動刀盤。高壓旋噴施工結(jié)束后，刀盤可以直接旋轉(zhuǎn)運動，但是容易發(fā)生一側(cè)還存在淤堵的情況。初期排石的量較多，為了避免出現(xiàn)再次卡滯的情況，需要連續(xù)性排砂處理；②通過頂點橫噴的方法進行沉積物沖刷處理，以為旋噴方式的壓力比較大，如果直接進行噴漿施工，處理效果比較差。為了能夠增大泥水流量，需要使用并排四條泥漿管直接插入到倉底位置上，泥漿管的連接使用φ25彎頭，然后使用潛水泵進行，水泵直接進行沉積物的沖洗處理，然后實現(xiàn)泥水循環(huán)處理，初期階段進行碎石排出，刀盤下部沉積物較少，會嘗試進行轉(zhuǎn)動，但是右刀盤無法全部轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動到底部的情況下發(fā)生卡滯的情況，只能轉(zhuǎn)動4/5圈。初步分析發(fā)現(xiàn)，刀盤底部存在大量的碎石材料，包含小碎石與混凝土堆積后的形式；③成槽清渣法在右刀盤前部15cm的部位上，應(yīng)用φ300鉆機成槽處理，深度達到10m，長度為3.5m，較之頂管機底部深超過1.6m。成槽結(jié)束后，應(yīng)用空壓機開始清理處理，然后就可以頂進施工。在頂進環(huán)節(jié)，應(yīng)該做好施工速度的控制，保證不會存在渣土影響，確保刀盤轉(zhuǎn)動符合要求。然后組織人員進行斷裂鋼管的打撈，清理掉障礙物即可滿足運行要求。

4 結(jié)語

綜上所述，市政給排水項目施工階段，應(yīng)用長距離頂管施工技術(shù)有著非常明顯的優(yōu)勢，經(jīng)濟性好、安全性高，實用價值較高，所以在施工中，應(yīng)用該技術(shù)必須掌握施工要領(lǐng)，加強施工環(huán)節(jié)管控，保證工程質(zhì)量合格。