市政給排水施工中的長距離頂管施工技術(shù)探究

范江濤 山西匯建工程項目管理有限公司

1 前言

市政給排水工程是城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)工程的一部分，其關(guān)乎城市建設(shè)發(fā)展及人們的生活質(zhì)量，對工程有著較高水平的要求。以往給排水施工為開挖施工，施工周期長，需占用大量城市資源。隨著頂管施工技術(shù)的發(fā)展運用，實現(xiàn)了暗挖法施工，節(jié)約土地資源的同時也不會對城市交通產(chǎn)生影響。因此本文就長距離頂管施工技術(shù)運用展開論述具有重要意義。

2 工程概況

案例工程位于山西省某市，市內(nèi)某新建道路全長為1255m，道路等級為城市次干道，道路紅線24m。依據(jù)某市城市道路規(guī)劃以及道路周邊地形，計劃將該道路東側(cè)的污水管接入道路西側(cè)的污水管中。原污水管道管徑為DN1000，管道材料為Ⅲ級混凝土管，經(jīng)各參建方共同研討，為避免對城市運行產(chǎn)生影響，決定在W9?W15段實施頂管施工工藝，頂管施工部分工程參數(shù)見表1。

表1 頂管施工參數(shù)

此次頂管施工過程中共計設(shè)置3座鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的工作井，其直徑為3.70m，井壁厚度為55cm~65cm，混凝土強(qiáng)度C30；共計設(shè)置4座鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)接收井，其直徑為2.00m，井壁厚度為35cm~45cm，混凝土等級C30。

頂管施工采取泥水平衡頂管掘進(jìn)機(jī)器施工，綜合分析新建道路的地質(zhì)勘查報告，頂管施工區(qū)域地下水及地層結(jié)構(gòu)不會對鋼筋混凝土等施工材料產(chǎn)生較大的腐蝕性。

3 長距離頂管施工技術(shù)在市政給排水施工中的應(yīng)用

3.1 施工前準(zhǔn)備工作

3.1.1 施工技術(shù)準(zhǔn)備

施工前組織施工人員熟悉圖紙，使其明確工程施工規(guī)范和施工質(zhì)量要求。對所有參建施工人員開展全面的技術(shù)交底和安全交底。

3.1.2 施工現(xiàn)場準(zhǔn)備

施工現(xiàn)場準(zhǔn)備工作包括以下幾點：①以施工平面圖為依據(jù)設(shè)置測量點及測量控制網(wǎng)。②分析案例工程現(xiàn)場情況，沒有能夠作為出入施工現(xiàn)場的道路，為便于材料，設(shè)備與運輸，將紅線范圍內(nèi)道路作為施工便道，對道路表面清理后，分層填筑碎石土進(jìn)行碾壓，以滿足道路運輸要求。③明確施工現(xiàn)場水利電力供給方案，現(xiàn)場用水與當(dāng)?shù)毓┧块T溝通使用規(guī)格為Φ100mm的管道引入施工現(xiàn)場。同時在現(xiàn)場架設(shè)120kW變壓器，根據(jù)施工線路對供電線路進(jìn)行架空布設(shè)，在各施工段完善電力接口[1]。為避免出現(xiàn)突發(fā)停電，在施工現(xiàn)場備用兩臺10kW發(fā)電機(jī)。④現(xiàn)場臨時設(shè)施準(zhǔn)備。受到施工現(xiàn)場面積小等限制，無法臨時建設(shè)項目部和員工宿舍，因此在施工現(xiàn)場附近租賃房屋解決臨時設(shè)施問題。

3.2 頂管工作井施工

3.2.1 土方開挖

在土方開挖之前，現(xiàn)場測量人員依據(jù)施工圖紙測放樁位，確保校驗無誤后，開始土方開挖工作。先使用機(jī)械設(shè)備進(jìn)行挖掘，挖至一定深度后安排施工人員開展人工開挖。對于軟土層使用鐵鍬等設(shè)備進(jìn)行挖土，遇較硬巖石層后則使用壓空機(jī)等工具挖掘，由中間向周邊進(jìn)行挖土。開挖過程中，對挖方尺寸及土質(zhì)情況實施動態(tài)監(jiān)測，若發(fā)現(xiàn)和地質(zhì)勘查情況不符，則及時反饋[2]。依據(jù)樁心十字吊線，檢查孔徑及孔中心位置。為保證樁的垂直度，施工時每灌注三節(jié)井壁，則須對樁的垂直度和中心位置進(jìn)行一次校驗。

3.2.2 支設(shè)井壁模板

此次施工中模板材料為特定的鋼模板，根據(jù)井壁內(nèi)徑對模板進(jìn)行分塊拼裝。支設(shè)前，在模板內(nèi)壁均勻涂抹脫模劑，利用U型卡扣做好固定，沿著模板底部使用短鋼筋做好加固。為便于拆模，在拼裝時預(yù)留一道接縫夾入一根規(guī)格為Φ48mm的鋼管。同時在每節(jié)井壁預(yù)留規(guī)格為Φ100mm的泄水孔，設(shè)置坡度為5%，便于排水。

3.2.3 澆筑井壁混凝土

本次施工井壁混凝土強(qiáng)度為C30，每節(jié)護(hù)壁上部厚度與下部厚度分別為65cm和55cm，使用吊桶運送混凝土并將圓形防護(hù)板作為布料臺。澆筑時為避免模板出現(xiàn)側(cè)移，做到對稱澆筑，分層振搗密實。為消除兩層混凝土間的接縫，振搗棒插入下層混凝土至少5cm，且振搗工序遵循快插慢拔原則，科學(xué)做到不漏振、不過振。第一節(jié)井壁模板拆除后，在其上方作出中心線及標(biāo)高[3]。

3.2.4 模板拆除

井壁混凝土終凝8h后，對其強(qiáng)度進(jìn)行檢驗，確保強(qiáng)度在1MPa以上，實施模板拆除工序。拆模時，先拆掉鋼管再對模板進(jìn)行撬動。完成拆模工序后，修整變形的模板，并對其表面徹底清理。

3.2.5 排水施工

為避免地表雨水對基坑形成沖刷，提高塌方安全隱患。開挖基坑前在其四周設(shè)置排水明溝和集水井，經(jīng)沉淀處理后將地表水引向排水管道。為避免積水對井底侵蝕浸泡，在井底位置設(shè)置積水坑，及時將積水抽除。

3.2.6 工作井井底施工

根據(jù)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)完成井壁施工后，徹底清理井底松散的土質(zhì)，分別向工作井和接收井澆筑強(qiáng)度為C30的混凝土，澆筑高度分別為1.3m和0.9m，完成坑底封底施工。

3.3 后背墻施工及頂力計算

在頂管施工工作坑內(nèi)，后背墻結(jié)構(gòu)承受且傳遞著全部頂力，因此對其剛度、強(qiáng)度及穩(wěn)定性有著較高的要求，圖1為后背墻示意圖，其內(nèi)部配置Φ14mm@120mm雙向鋼筋，混凝土強(qiáng)度等級為C30，待混凝土強(qiáng)度在75%以上后方可頂進(jìn)施工。

本次施工依據(jù)CECS 246:2008《給水排水工程頂管技術(shù)規(guī)程》和施工圖紙平面圖，選擇頂距和埋深最大的W12?W14段，對頂力的理論值進(jìn)行計算，公式如下[4]：

式中：F0——總頂進(jìn)阻力（kN）；

D1——管道外徑（m）；

L——管道設(shè)計頂進(jìn)長度（m）；

fk——采用觸變泥漿管外壁平均摩阻力（kN/m2），取值8kN/m2；

NF——頂管迎面阻力（kN）。

其中頂管迎面阻力NF由下列公式進(jìn)行計算：

式中：Dg——機(jī)頭外徑（1.22m）；

γs——土的重度，19.8kN/m3；

Hs——地面至掘進(jìn)機(jī)中心的厚度，以W13井處為例8.28m。

此次施工設(shè)計文件中要求，考慮到后背墻能夠承受的被動土壓力最大值及管道的承受能力，施工過程中DN1000的管徑頂進(jìn)力應(yīng)在2800kN以下。經(jīng)上述計算，總頂進(jìn)阻力為1669kN，1669kN×1.6＜2800kN。因此，此次施工的后背墻所提供的支撐力滿足施工要求。

3.4 設(shè)備安裝及調(diào)試

3.4.1 起重設(shè)備

現(xiàn)場設(shè)備安裝過程中，所有構(gòu)件、設(shè)備均使用汽車吊進(jìn)行安裝。井內(nèi)的調(diào)運工作也由汽車調(diào)完成，例如：頂進(jìn)設(shè)備的安裝和拆卸、頂管材料的吊放、頂鐵材料垂直運輸?shù)取?/p>

3.4.2 后背安裝

在安裝后背前，確保后背壁平整且垂直于管道頂進(jìn)方向。利用強(qiáng)度為C30混凝土和厚度為2cm的鋼板作為頂管的后背。案例工程后背墻的長度，厚度和寬度分別為2.4m，0.6m和3.4m。在后背墻前方放置規(guī)格為2m×2m的鋼板和立鐵，立鐵前方橫向疊放規(guī)格為15cm×40cm的橫鐵。

3.4.3 導(dǎo)軌安裝

在工作井底板混凝土位置設(shè)置枕木，其寬度，厚度和埋深分別為22cm，16cm和13cm，對于埋入混凝土面的枕木進(jìn)行包油氈處理。工作井澆筑工作完成后，對導(dǎo)軌進(jìn)行安裝。此次施工中所用導(dǎo)軌為12#，使用鐵路道釘對導(dǎo)軌兩側(cè)進(jìn)行固定施工。兩導(dǎo)軌中距由下列公式計算[5]：

式中：A0——兩導(dǎo)軌的中距；

A——兩導(dǎo)軌上的凈距；

a——導(dǎo)軌的上部寬度，采用起重機(jī)鋼軌QU100，a取值100mm；

D——管外徑，D1000管外徑為1200mm；

h——導(dǎo)軌高度，采用起重機(jī)鋼軌QU100，h取值150mm；

e——管外底距枕木的距離，取35mm。

3.4.4 千斤頂、油泵安裝

此次施工頂進(jìn)設(shè)備為油壓千斤頂，參數(shù)為400t，L為700mm。依據(jù)頂力計算結(jié)果，安裝兩臺千斤頂并和管道中心線對稱布置。在千斤頂附近設(shè)置油泵，確保油管順直，減少轉(zhuǎn)角。是千斤頂和油泵相匹配，同時設(shè)置備用油泵，做到一用一備。完成油泵安裝后，對其進(jìn)行試運轉(zhuǎn)，設(shè)備運轉(zhuǎn)無誤后方可進(jìn)行頂進(jìn)施工。在頂進(jìn)施工初期，緩慢進(jìn)行，接觸部位嚴(yán)密貼合后，調(diào)整至正常的頂進(jìn)速度進(jìn)行頂進(jìn)。施工過程中，一旦出現(xiàn)油壓異常增高，隨即及時停止頂進(jìn)，查找原因并處理后繼續(xù)頂進(jìn)施工。

3.5 頂進(jìn)施工

利用起重設(shè)備吊裝管節(jié)后將第一節(jié)管作為工具管放置在導(dǎo)軌上，測量管中心及管底高程，確保二者一致后開展本次頂進(jìn)施工工作。經(jīng)現(xiàn)場檢查，各管節(jié)拼裝完畢后，先進(jìn)行試頂進(jìn)，所有機(jī)械設(shè)備均能夠正常運轉(zhuǎn)，隨后進(jìn)行正常頂進(jìn)工作。在此次頂進(jìn)過程中完全借助于千斤頂提供推力。在頂進(jìn)過程中，土體被機(jī)頭的刀盤切削后，切掉的土體進(jìn)入泥土倉中，通過刀盤的攪拌與進(jìn)漿管輸送的清泥漿混合為濃泥漿，再經(jīng)過排泥管道將泥漿排出。隨著管道逐步頂進(jìn)，直至到達(dá)接收井，完成案例工程管道頂進(jìn)施工。

3.6 泥漿減阻

泥漿減阻在頂進(jìn)施工中具有重要意義，使用泥漿發(fā)揮潤滑保護(hù)的作用，減少管道和地層之間的阻力。本次施工中頂管施工長度為326m，為實現(xiàn)頂進(jìn)過程的穩(wěn)定注漿，每隔一段距離增設(shè)壓8漿泵，加大注漿壓力。注漿時嚴(yán)格把控注漿壓力、注漿量以及泥漿黏度，實現(xiàn)管道外壁均勻注入泥漿。施工過程中遵循頂進(jìn)和注漿同步的原則，隨頂進(jìn)隨注漿，先注漿后頂進(jìn)。在施工過程中，由于不可避免因素需暫停注漿，采取先停止頂進(jìn)再停止注漿，保證了注漿工序的連續(xù)性。

3.7 頂進(jìn)糾偏

為保證頂進(jìn)施工精準(zhǔn)，施工過程中嚴(yán)密監(jiān)測管道軸線，以保證其和設(shè)計軸線間無誤差。結(jié)合既往工作經(jīng)驗，導(dǎo)致頂管施工管線偏移的原因可總結(jié)為以下幾點。（1）地下土層結(jié)構(gòu)不均勻，致使頂進(jìn)過程中阻力不穩(wěn)定，頂進(jìn)管路受力不均勻。（2）頂進(jìn)工具原因，頂進(jìn)工具存在壓力差，施工時無法做到同步頂進(jìn)，導(dǎo)致管線偏移[6]。因此，在本項目施工時安排專人定期檢測頂進(jìn)的軸線，確保頂進(jìn)工序無偏差，在各個頂進(jìn)階段分別測量并復(fù)測一次軸線偏差。

3.8 頂管出洞

頂管出洞是長距離頂管施工的重要環(huán)節(jié)，分析案例工程污水管道頂進(jìn)工作，施工人員將事先準(zhǔn)備好的鋼板樁在磚封門前鋪好，降低塌方安全事故風(fēng)險，以保證頂管施工安全性。同時在出洞前，施工人員拆除磚封門，推進(jìn)頂管機(jī)向著鋼封門前進(jìn)，在二者間距離為100mm時，拆除事先安裝的鋼板樁，由一側(cè)向另一側(cè)有序出洞，充分發(fā)揮出洞口止水環(huán)的作用，完成頂管出洞施工。

3.9 管道檢驗

案例工程頂進(jìn)施工結(jié)束后，對管道進(jìn)行壓力試驗。經(jīng)試驗檢測，污水管道頂進(jìn)施工無滲漏點，滿足施工標(biāo)準(zhǔn)要求，隨即進(jìn)行回填，恢復(fù)道路。

4 結(jié)束語

綜上所述，本文結(jié)合山西省某污水管道施工工程，基于項目實際論述長距離頂管施工技術(shù)的應(yīng)用路徑，長距離頂管施工工藝具有較為成熟的經(jīng)濟(jì)性和技術(shù)性，在城市給排水工程建設(shè)中有著較好的應(yīng)用前景。