市政給排水工程中的長(zhǎng)距離頂管施工技術(shù)

郭盛

（太原市政建設(shè)集團(tuán)有限公司， 山西 太原 030000）

頂管技術(shù)常被應(yīng)用于管道工程中， 以無(wú)需開(kāi)挖的方式將管道高效布設(shè)到位， 相較管道開(kāi)挖敷設(shè)的方法而言具有施工擾動(dòng)性小、 對(duì)地面保護(hù)效果突出的優(yōu)勢(shì)， 地面建 （構(gòu)） 筑物不會(huì)由于管道鋪設(shè)而遭到破壞。

1 長(zhǎng)距離頂管施工技術(shù)的原理

頂進(jìn)設(shè)備采用土壓平衡頂管機(jī)， 工作井的油缸提供動(dòng)力源， 促進(jìn)頂管機(jī)的運(yùn)行， 將管道順利向前頂推到位。 頂管期間， 刀盤(pán)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)土體有切割作用，產(chǎn)生的細(xì)碎土體被送至土倉(cāng)和螺旋輸送機(jī)， 擠壓后形成壓縮土體， 而后被送出， 在該流程化作業(yè)方式下， 施工期間產(chǎn)生的棄渣可被轉(zhuǎn)運(yùn)至指定場(chǎng)所， 避免隨意堆放。 頂管機(jī)開(kāi)挖面的土層特性存在差異，為順利頂管， 需根據(jù)土層特性增添適量清水、 粘土漿或其它有助于改善土壤特性的材料， 促進(jìn)土質(zhì)轉(zhuǎn)化為可塑性和流動(dòng)性均較強(qiáng)的泥狀土， 以便做擠壓處理， 高效輸送泥狀土。 頂管施工示意圖， 如圖1 所示。

圖1 頂管施工工藝示意圖

2 長(zhǎng)距離頂管施工技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

2.1 對(duì)工程施工的積極影響

市政給排水管道頂管施工作業(yè)發(fā)生在地下空間中， 對(duì)地面的干擾較小， 不會(huì)由于現(xiàn)場(chǎng)施工而影響路面交通和路表建筑。 頂管施工全程的噪聲較低，環(huán)境污染問(wèn)題得到有效的控制， 滿足安全文明、 生態(tài)環(huán)保的施工要求。

2.2 提高施工效率

長(zhǎng)距離頂管施工技術(shù)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的適應(yīng)能力較強(qiáng)， 無(wú)需提前開(kāi)挖地面。 工程活動(dòng)發(fā)生在地下的工作井內(nèi)， 即便遇到雨雪等惡劣天氣， 施工進(jìn)度也不會(huì)因此而受到過(guò)多的影響， 可按照施工計(jì)劃有條不紊地推進(jìn)工程建設(shè)進(jìn)程， 在指定期限內(nèi)保質(zhì)保量完成給排水管道的鋪設(shè)作業(yè)。

2.3 防護(hù)管線設(shè)施

隨著城市的發(fā)展， 地下管線的規(guī)格趨于多樣化，數(shù)量可觀， 地下空間內(nèi)的設(shè)施豐富， 給排水管道施工時(shí)需兼顧既有管線的穩(wěn)定性要求。 在應(yīng)用長(zhǎng)距離頂管施工技術(shù)后， 根據(jù)各類(lèi)地下設(shè)施的布置情況靈活調(diào)節(jié)作業(yè)方式， 例如以曲線的方式穿行， 避開(kāi)既有管線， 全程不易對(duì)地下管線設(shè)施造成過(guò)多的影響。

2.4 防護(hù)周邊生態(tài)環(huán)境

頂管施工未涉及大面積的開(kāi)挖作業(yè)， 因此對(duì)地表的影響較小。 管道走向的可控性較佳， 可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工條件靈活控制， 不易對(duì)周邊環(huán)境造成影響。工程竣工后， 于短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)周邊環(huán)境， 避免傳統(tǒng)開(kāi)挖鋪設(shè)方式存在的重新綠化問(wèn)題。 可見(jiàn)， 頂管施工對(duì)周邊環(huán)境較為友好。

3 長(zhǎng)距離頂管技術(shù)施工重點(diǎn)分析

3.1 管道材質(zhì)及長(zhǎng)度的選擇

根據(jù)管道的用途、 管道特性和施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況， 選用鋼管、 鋼筋混凝土、 球墨鑄鐵管等材料[1]。 在城市給水工程頂管施工中， 由于采用了千斤頂所產(chǎn)生的巨大推力， 而且管線中流動(dòng)著大量的生活污水和城市雨水， 會(huì)對(duì)管片造成很大的腐蝕，所以選擇具有高強(qiáng)度、 耐腐蝕性能的鋼筋混凝土管材， 可以在長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)不滲漏， 從而確保工程的工期和質(zhì)量。

3.2 頂管機(jī)的選型

為了保證建筑施工項(xiàng)目工程的質(zhì)量和安全， 必須按照設(shè)計(jì)要求和操作規(guī)范合理使用頂管設(shè)備。 通常在地下水位超過(guò)穩(wěn)定的情況下， 可以在局部采用敞口頂管設(shè)備， 或者選用土壓平衡頂管設(shè)備； 如果使用在不穩(wěn)定層的地下頂管施工中， 必須按照地下水位的高低合理選取頂管機(jī)， 首選土壓平衡頂管或者泥漿水平衡頂管， 同時(shí)也要根據(jù)具體土層情況而定； 對(duì)于含地下水的砂礫巖和碎石， 必須采用泥漿平衡頂管。

3.3 工作坑的施工

在城市給水工程頂管作業(yè)中， 工作坑的澆筑形式主要以現(xiàn)場(chǎng)施工為主， 模具形式主要有圓形、 多邊形和方形等， 方形的長(zhǎng)寬之比首選3∶2， 通常是用在直立頂管或兩個(gè)切向角度接近180°的折線頂管上。如果遇到工作面夾角過(guò)小， 無(wú)法使用方形作業(yè)環(huán)境時(shí)， 而且工具坑深度大于可作業(yè)距離時(shí)， 要根據(jù)此情況采用圓形， 并采用沉井方法進(jìn)行作業(yè)。

4 長(zhǎng)距離頂管施工技術(shù)在市政給排水工程實(shí)例中的應(yīng)用

某市政給排水工程， 管道鋪設(shè)采用長(zhǎng)距離頂管施工技術(shù)， 頂管全長(zhǎng) 535.5m， 最大單元長(zhǎng)度為140m， 管道采用C50Ⅱ級(jí)加強(qiáng)離心式預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管， 抗?jié)B等級(jí)為S6， 按30m、 40m兩種間距修筑檢查井， 并配套2 個(gè)工作井 （管道頂進(jìn)） 和3 個(gè)接收井 （頂管出洞）， 提供充足的空間用于頂管作業(yè)。 頂管施工流程， 如圖2 所示。

圖2 頂管施工流程圖

4.1 頂管準(zhǔn)備工作

頂管范圍內(nèi)以淤泥砂或粘土層為主， 由于地質(zhì)條件的特殊性， 頂管難度較大， 且管道的直徑超過(guò)800mm， 僅采取人工作業(yè)的方法面臨頂進(jìn)困難、 效率低、 效果差的局限性。 因此， 以機(jī)械化作業(yè)的方式頂管， 根據(jù)長(zhǎng)距離頂管施工要求適配千斤頂、 起重機(jī)、 經(jīng)緯儀、 全站儀、 水泵等各類(lèi)設(shè)施， 進(jìn)場(chǎng)時(shí)安排檢驗(yàn)， 保證設(shè)施運(yùn)行狀態(tài)穩(wěn)定可靠、 運(yùn)行精度較高。

4.2 工作井的修筑

工作井長(zhǎng) 7m、 寬 4m， 用 C30 鋼筋混凝土設(shè)0.4m厚的護(hù)壁， 維持井壁的穩(wěn)定性， 底板為0.5m厚的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)[2]。 于工作坑外修筑水泥攪拌樁止水帷幕， 樁徑 0.50m， 搭接量 0.15m， 采用P.032.5 普通硅酸鹽水泥， 用量 70kg/m， 水灰比0.45 ～0.50。 人工垂直開(kāi)挖工作井， 每開(kāi)挖1m隨即采取護(hù)壁措施， 保證各段井壁的穩(wěn)定性。 于井底施打木樁， 并采取封閉措施。

4.3 后背墻的設(shè)置

后背墻屬于支撐結(jié)構(gòu)， 有助于維持千斤頂?shù)姆€(wěn)定性。 后背墻高2.76m， 厚30cm， 以工作井兩邊內(nèi)墻加寬的方法施作后成型， 于后背墻上鋪設(shè)鋼板，使后背的受力具有均勻性。 后背墻壁面垂直度允許偏差為0.1%， 與管道頂進(jìn)方向垂直。

4.4 工作井導(dǎo)軌的安裝

導(dǎo)軌引導(dǎo)管節(jié)按特定的方向有效頂進(jìn)， 為保證頂進(jìn)的準(zhǔn)確性， 要求導(dǎo)軌的位置和穩(wěn)定性均達(dá)到要求。 在本工程中， 導(dǎo)軌材料采用雙排I20 工字鋼和20 槽鋼， 經(jīng)焊接后構(gòu)成導(dǎo)軌。 提前加工成型， 運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)后用于安裝。 導(dǎo)軌安裝時(shí)加強(qiáng)監(jiān)測(cè)與控制， 軸線位置偏差需在3mm 以內(nèi)， 頂面高程也需滿足要求。

4.5 千斤頂?shù)呐涮?/h3>

1） 聯(lián)合應(yīng)用3 臺(tái)200t的千斤頂， 布設(shè)位置與管道中心的垂線對(duì)稱(chēng)， 為避免千斤頂產(chǎn)生過(guò)大的頂進(jìn)偏差， 要求合力的作用點(diǎn)與管壁反作用力作用點(diǎn)共處相同的軸線。 著力點(diǎn)以管節(jié)垂直直徑的1/5 ～1/4 處較為合適； 2） 為千斤頂適配 zB.50 型高壓油泵， 各千斤頂?shù)倪M(jìn)油管并聯(lián)， 油管安裝時(shí)盡可能減少轉(zhuǎn)角， 保證油管順直。

4.6 頂進(jìn)作業(yè)

4.6.1 正常頂進(jìn)

頂管前， 全面檢查頂管所需的各類(lèi)設(shè)備和材料，開(kāi)鑿護(hù)壁的管孔并打設(shè)工具管。 頂進(jìn)期間加強(qiáng)觀測(cè)，每頂進(jìn)30cm安排一次測(cè)量， 必要時(shí)增加測(cè)量頻率；管道被頂進(jìn)至土層后， 測(cè)量頻率為每100cm至少一次[3]。 頂進(jìn)初期加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)， 要求軸線偏差不超過(guò)3mm， 高程偏差不超過(guò)0 ～3mm， 某項(xiàng)指標(biāo)不合理時(shí)隨即調(diào)整。 新開(kāi)頂時(shí)對(duì)管路補(bǔ)漿， 并做到邊壓觸變泥漿邊頂進(jìn)。

4.6.2 測(cè)量與糾偏

于觀測(cè)臺(tái)上布置激光經(jīng)緯儀， 將儀器的激光束作為管道中心線和頂管導(dǎo)向的基準(zhǔn)線。 正常頂進(jìn)狀態(tài)下， 頂管機(jī)的測(cè)量靶中心與激光斑點(diǎn)中線呈重合關(guān)系， 產(chǎn)生頂進(jìn)偏差時(shí)， 激光斑點(diǎn)偏離原有位置，操作臺(tái)的監(jiān)示器及時(shí)呈現(xiàn)測(cè)量靶的圖像， 告知工作人員激光斑點(diǎn)的偏離情況， 進(jìn)而根據(jù)顯示結(jié)果控制糾偏千斤頂?shù)纳炜s量， 恢復(fù)正常頂進(jìn)狀態(tài)。 頂進(jìn)全過(guò)程中， 頂管機(jī)始終沿激光束方向前行， 現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員及時(shí)測(cè)量管線的中心方向、 高程和坡度， 根據(jù)測(cè)量結(jié)果動(dòng)態(tài)控制。

1） 沿線路布設(shè)四等水準(zhǔn)路線， 為獲得準(zhǔn)確的頂管高程放樣結(jié)果， 于井口位置埋設(shè)臨時(shí)水準(zhǔn)點(diǎn)； 2）根據(jù)導(dǎo)線點(diǎn)和水準(zhǔn)點(diǎn)測(cè)定井的平面位置及深度， 以測(cè)量數(shù)據(jù)為指導(dǎo)， 妥善開(kāi)挖工作井； 測(cè)量始發(fā)井與接收井的管道中心線， 投射至地面， 設(shè)置標(biāo)記； 3）根據(jù)導(dǎo)線點(diǎn)和方位角重新精密測(cè)量二井間的導(dǎo)線，聯(lián)測(cè)二井投點(diǎn)。 條件適宜時(shí)， 投點(diǎn)可作為導(dǎo)線點(diǎn)進(jìn)行使用， 原因在于此時(shí)投點(diǎn)的坐標(biāo)更具準(zhǔn)確性。 布設(shè)的各導(dǎo)線點(diǎn)均要穩(wěn)定可靠， 以便后續(xù)高效復(fù)測(cè)；4） 于始發(fā)井邊緣測(cè)放頂進(jìn)方向的坐標(biāo)點(diǎn)， 向井下投設(shè)方向線， 傳遞高程， 埋設(shè)臨時(shí)水準(zhǔn)標(biāo)點(diǎn)； 5） 在工作井下建立控制觀測(cè)臺(tái)， 適配儀器基座， 調(diào)節(jié)儀器直至處于中線位置為止， 同時(shí)根據(jù)儀器的布設(shè)情況對(duì)其橫軸進(jìn)行調(diào)節(jié)， 要求調(diào)整到中線的高度上。

4.6.3 糾偏措施

頂管機(jī)發(fā)生偏移時(shí)， 測(cè)量靶激光點(diǎn)偏移， 根據(jù)偏移量計(jì)算頂管機(jī)的斜率， 再以計(jì)算結(jié)果為參考調(diào)節(jié)千斤頂組， 實(shí)現(xiàn)對(duì)頂管機(jī)頂進(jìn)方向的調(diào)節(jié)。 為保證糾偏的有效性， 以緩慢、 多次的方式操作， 使管節(jié)逐步復(fù)位。 激光經(jīng)緯儀安裝在觀測(cè)臺(tái)上， 將儀器發(fā)出的激光束作為管道中心線和頂管導(dǎo)向的基準(zhǔn)線。頂管機(jī)運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)偏差后， 測(cè)量激光靶中心無(wú)法與光斑中心保持重合， 由于偏差的產(chǎn)生， 隨即發(fā)出偏離信號(hào)， 工作人員經(jīng)由監(jiān)示器及時(shí)獲取監(jiān)測(cè)視頻， 判斷頂管機(jī)的作業(yè)偏差， 采取方向糾偏措施。以循序漸進(jìn)的方式糾偏后， 使工具頭沿激光束方向平穩(wěn)運(yùn)行， 高效推進(jìn)頂管作業(yè)進(jìn)程。 工具頭頂進(jìn)初期的偏差必須得到有效控制， 否則將導(dǎo)致整體頂進(jìn)效果偏離預(yù)期。 以開(kāi)始頂進(jìn)的5 ～10m尤為關(guān)鍵， 軸線位置、 高程的偏差分別不超過(guò)50mm、 30mm， 某項(xiàng)參數(shù)超標(biāo)后隨即糾偏。 糾偏禁止強(qiáng)制性進(jìn)行， 糾偏時(shí)根據(jù)偏差量靈活調(diào)整糾偏的次數(shù)， 以循序漸進(jìn)的方式使管節(jié)逐步復(fù)位[4]。

工具頭前方有糾偏節(jié)， 于該處設(shè)置糾偏千斤頂，作為頂管機(jī)糾偏的關(guān)鍵設(shè)施。 頂進(jìn)期間加強(qiáng)觀測(cè)，根據(jù)實(shí)際偏差靈活調(diào)整糾偏千斤頂， 優(yōu)化工具頭的作業(yè)方向。 考慮到小偏差未及時(shí)糾正易導(dǎo)致大范圍偏差的情況， 需在工具頭的方向偏差達(dá)到10mm以上時(shí)隨即采取糾偏措施， 確保工具頭始終沿著合適的路徑運(yùn)行。 管頂出穿墻管時(shí)的偏差易對(duì)全段的頂管效果造成影響， 有必要加強(qiáng)控制。 管段長(zhǎng)度短、工具頭重量大， 加之現(xiàn)場(chǎng)土質(zhì)條件的特殊性， 易在進(jìn)出洞口時(shí)出現(xiàn) “下偏” 的情況。 為此， 一方面調(diào)整千斤頂作用力的合力中心， 另一方面利用工具頭自身糾偏， 將頂管方向穩(wěn)定在合理的范圍內(nèi)。 糾偏作業(yè)遵循多次、 少量的基本思路， 每次糾偏的幅度以5mm為宜， 經(jīng)過(guò)糾偏后繼續(xù)頂進(jìn)1m， 若在此階段的頂進(jìn)過(guò)程中頂管機(jī)的測(cè)量偏位趨勢(shì)并未得到緩解， 需加大糾偏力度， 采取更具有效性的糾偏措施。糾偏后， 若測(cè)量結(jié)果顯示偏位趨勢(shì)有減小的變化跡象， 在原糾偏方式的基礎(chǔ)上適當(dāng)減小糾偏力度， 逐步使頂管作業(yè)恢復(fù)正常狀態(tài)。

5 長(zhǎng)距離頂管的其它施工措施

1） 穿墻頂進(jìn)、 頂管出洞是頂管全流程中極為關(guān)鍵的階段， 容易由于控制不當(dāng)導(dǎo)致頂管偏差超出許可范圍。 為保證頂進(jìn)的有效性， 在接收井四周做深層水泥攪拌處理， 通過(guò)水泥漿液的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)對(duì)穿墻管前方2m內(nèi)土體的加固， 土體經(jīng)過(guò)加固后更具穩(wěn)定性， 兼具擋土、 阻水的作用； 2） 利用觸變泥漿降低頂管時(shí)的阻力， 以便順利將給排水管道頂進(jìn)到位。 按照膨潤(rùn)土∶堿∶水 =0.4∶0.02∶1 （質(zhì)量比） 的方式制備泥漿， 利用LI50 型壓漿泵進(jìn)行壓力注漿， 壓注的泥漿發(fā)生固結(jié)， 形成完整、 穩(wěn)定的泥漿套。 每4 節(jié)管設(shè)一處注漿孔， 逐孔有序注漿。 壓漿遵循 “即壓即頂， 少量多次” 的基本原則， 保證壓漿的有效性；3） 頂管節(jié)接頭的形式主要根據(jù)管道類(lèi)型而定， 以混凝土管為例， 適配F型橡膠密封圈柔性接口是可行的方式， 為保證接口部位具有嚴(yán)密性， 配套合適規(guī)格的氯丁橡膠楔形膠圈， 接頭內(nèi)設(shè)置止水鋼環(huán)， 避免任何滲漏水現(xiàn)象[5]。

6 結(jié)語(yǔ)

綜上所述， 為減小市政給排水管道施工對(duì)周邊環(huán)境的影響， 工程常采用長(zhǎng)距離頂管施工技術(shù)， 但施工中難免遇到技術(shù)難點(diǎn)， 需要結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際狀況對(duì)施工技術(shù)做靈活的優(yōu)化， 為頂管作業(yè)創(chuàng)設(shè)良好的條件。 例如， 頂進(jìn)前做好現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)備工作、 頂進(jìn)期間采取監(jiān)測(cè)和糾偏措施、 加強(qiáng)管節(jié)間的密封處理， 在工程人員的共同配合下， 以科學(xué)的方法順利將市政給排水管道頂進(jìn)到位， 使建成的給排水管道能夠滿足城市的給水、 排水要求。