試論市政排水工程施工技術(shù)要點(diǎn)

李輝

［摘 要］本文針對(duì)市政排水工程的施工技術(shù)進(jìn)行研究。采用文獻(xiàn)收集法、案例借鑒法，從市政排水工程的特點(diǎn)入手，介紹了非開挖施工技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀和相關(guān)技術(shù)方法，結(jié)合工程案例詳細(xì)闡述了頂管法的施工技術(shù)要點(diǎn)。研究表明：采用頂管法對(duì)市政排水工程進(jìn)行施工，不僅對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的破壞性小，而且施工質(zhì)量較高，可在類似工程項(xiàng)目中推廣應(yīng)用。

［關(guān)鍵詞］市政排水；非開挖施工；頂管法；技術(shù)要點(diǎn)

［中圖分類號(hào)］TU99文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

市政排水工程是城市基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，主要功能是雨水和污水的收集、輸送、處理和排放。近年來，伴隨著城市化進(jìn)程加快，對(duì)排水工程的施工提出了新的要求，如何兼顧質(zhì)量、經(jīng)濟(jì)和環(huán)保效益，成為相關(guān)企業(yè)的關(guān)注要點(diǎn)。非開挖施工是在不開挖地表的條件下，完成排水工程的鋪設(shè)、修復(fù)與更換，最大的優(yōu)勢(shì)在于施工速度快、不影響交通、不污染環(huán)境。數(shù)據(jù)調(diào)查顯示，在西方發(fā)達(dá)國家的地下管線工程中，非開挖管線工程的施工量占比達(dá)到10 %～40 %［1］。我國在這方面起步較晚，現(xiàn)有文獻(xiàn)報(bào)道多集中在傳統(tǒng)開挖作業(yè)法，關(guān)于非開挖施工技術(shù)的研究較少。鑒于此，本文結(jié)合實(shí)踐探討了非開挖施工技術(shù)在市政排水工程中的應(yīng)用，以期為同業(yè)人員提供參考。

1 市政排水工程的特點(diǎn)

結(jié)合大量實(shí)踐，市政排水工程的特點(diǎn)包括以下幾個(gè)方面。

第一，施工條件復(fù)雜。市政排水工程和道路工程緊密結(jié)合，地上部分行人和車輛川流不息，地下部分各類管線較多，由于施工作業(yè)的場(chǎng)地狹窄，容易受到外部環(huán)境的干擾。另外，緊張的工期限制，進(jìn)一步加大了現(xiàn)場(chǎng)施工難度。

第二，基坑開挖深度大。市政排水管線深埋在地下，因管道直徑較大，基坑開挖深度大，需要做好支護(hù)、地下水抽排、沉降位移監(jiān)測(cè)等工作。而且，基坑回填質(zhì)量會(huì)影響路面施工質(zhì)量，關(guān)系到交通安全和行車舒適度。

第三，施工質(zhì)量要求高。主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：一是施工技術(shù)的應(yīng)用，必須結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境、設(shè)計(jì)方案和規(guī)范要求，合理配置人、機(jī)、料等資源，打造優(yōu)質(zhì)工程。二是要落實(shí)文明環(huán)保施工方案，采取可靠措施減小對(duì)周邊環(huán)境的干擾，把對(duì)居民生活的影響降至最低。

2 非開挖施工技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

非開挖施工，是利用巖土鉆掘設(shè)備和技術(shù)，通過導(dǎo)向或定向鉆進(jìn)的方式，僅在出入口部位小面積開挖，完成地下管線的輻射、修復(fù)與更換等作業(yè)。

2.1 非開挖施工技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

與傳統(tǒng)的開挖施工相比，非開挖施工技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)包括以下幾個(gè)方面。

第一，適用范圍廣。在穿越河流、交通干線、建筑物等特殊場(chǎng)地，開挖法無法施工或不允許開挖作業(yè)，此時(shí)可采用非開挖施工技術(shù)。例如：遁地穿梭矛鋪管技術(shù)可穿越流泥、流沙和卵石帶；頂管鋪管技術(shù)則適用于各種地質(zhì)條件。

第二，經(jīng)濟(jì)效益好。開展非開挖施工時(shí)，因基坑支護(hù)、回填等輔助工程少，施工速度明顯提高。而且，相同條件下非開挖施工的綜合成本低于開挖施工，管徑越大、埋深越大。

第三，社會(huì)效益高。非開挖施工過程中，一方面不會(huì)破壞路面環(huán)境和交通，另一方面也不會(huì)影響道路沿線的工作和生活秩序，有效避免了“拉鏈路”這一問題的發(fā)生，能夠產(chǎn)生良好的社會(huì)效益［2］。

2.2 我國非開挖施工技術(shù)的發(fā)展歷程

1978年，我國首次引進(jìn)水平螺旋鉆；1985年，引進(jìn)了首臺(tái)HDD鉆機(jī)及氣動(dòng)矛、夯管錘；1990年以后，開始自主研發(fā)相關(guān)設(shè)備。總體來看，我國非開挖施工技術(shù)的發(fā)展分為三個(gè)階段。

第一階段：20世紀(jì)70年代至20世紀(jì)80年代中期。市政管線工程施工中，部分路段不允許開挖路面，促進(jìn)了非開挖施工技術(shù)的發(fā)展。此時(shí)非開挖施工技術(shù)只是一種應(yīng)急手段，不僅技術(shù)水平不高，而且設(shè)備不夠先進(jìn)，工程施工結(jié)束后沒有繼續(xù)研究，尚未形成完整的市場(chǎng)和產(chǎn)業(yè)。

第二階段：20世紀(jì)80年代中期至20世紀(jì)90年代中期。改革開放后我國城市建設(shè)速度加快，尤其在基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)上的力度加大。為滿足非開挖施工要求，我國從國外引進(jìn)先進(jìn)的技術(shù)和設(shè)備，推動(dòng)了非開挖施工技術(shù)的迅猛發(fā)展，相應(yīng)的市場(chǎng)和產(chǎn)業(yè)開始形成。

第三階段：20世紀(jì)90年代中期以來。在引進(jìn)國外技術(shù)設(shè)備的同時(shí)，我國也在積極進(jìn)行自主研發(fā)，并且取得了顯著成績，降低了對(duì)國外技術(shù)設(shè)備的依賴性。與此同時(shí)，以非開挖為核心的施工企業(yè)不斷出現(xiàn)，相應(yīng)的市場(chǎng)和產(chǎn)業(yè)進(jìn)一步完善。

展望未來，在城鎮(zhèn)化發(fā)展的過程中，首先要實(shí)現(xiàn)交通的立體化、各類管網(wǎng)的地下化，非開挖施工技術(shù)具有良好的發(fā)展前景。如今，隨著機(jī)械設(shè)備的升級(jí)，應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，定向和導(dǎo)向鉆機(jī)向著自動(dòng)化、智能化的方向發(fā)展，頂管掘進(jìn)機(jī)向著小型化、高精度的方向發(fā)展，同時(shí)出現(xiàn)了一批新的施工材料和工藝，為非開挖施工技術(shù)的發(fā)展創(chuàng)造了有利條件。

3 市政排水工程中非開挖施工技術(shù)方法

3.1 頂管法

頂管法施工時(shí)，利用傳力頂鐵、導(dǎo)向軌道和液壓千斤頂，將管道壓入土層中，同時(shí)將管道正面的泥土挖除運(yùn)走。第一節(jié)管道全部進(jìn)入土層后，繼續(xù)施工第二節(jié)管道，并且進(jìn)行接口處理，直至所有管道鋪設(shè)完成。頂管法適用于軟土或含水量高的土層，通常管道的直徑為1.5～2.0 m，尤其在穿越道路、河流、地面建筑物的工程中具有優(yōu)勢(shì)［3］。近年來出現(xiàn)的小口徑頂管法，利用激光導(dǎo)向系統(tǒng)連續(xù)監(jiān)測(cè)小口徑頂管機(jī)的位置及前進(jìn)方向，測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行糾偏，可將垂直、水平方向上的偏差控制在±25 mm以內(nèi)，不僅提高了施工精度，而且管道受力更為均勻。

3.2 導(dǎo)向鉆進(jìn)鋪管法

導(dǎo)向鉆進(jìn)鋪管法，是采用方向可控和以水射流破土為主的鉆進(jìn)技術(shù)，在地表放置鉆機(jī)，按設(shè)計(jì)軌跡鉆出導(dǎo)孔，然后在擴(kuò)孔和回拉的同時(shí)鋪設(shè)管線。該施工技術(shù)適用于小口徑管道施工，管徑為5～35 cm，施工長度為20～400 m，埋深在5 m以內(nèi)。但不適宜在砂層、礫石層使用。

3.3 定向鉆進(jìn)鋪管法

定向鉆進(jìn)鋪管法與導(dǎo)向鉆進(jìn)鋪管法類似，一般采用定向鉆按設(shè)計(jì)軌跡鉆出先導(dǎo)孔，然后經(jīng)過一次、二次或多次回拉擴(kuò)孔，最后拉管完成鋪設(shè)。相比之下，定向鉆進(jìn)鋪管法的不同之處在于：一是使用螺桿馬達(dá)、彎接頭進(jìn)行定向鉆進(jìn)；二是使用測(cè)斜儀對(duì)鉆頭進(jìn)行定位和導(dǎo)航；三是穿越大型障礙物時(shí)，需在導(dǎo)孔鉆柱外增加套洗鉆，來減小鉆進(jìn)阻力［4］。該施工方法適用于各種地層，管徑為300～1 500 mm，施工長度為100～1 500 m，埋深最大可達(dá)60 m。

3.4 沖擊矛鋪管法

沖擊矛鋪管法是以氣動(dòng)沖擊矛為動(dòng)力，通過擠密土層的方式成孔。氣動(dòng)沖擊錘是整個(gè)過程中的核心，可在孔中自行前進(jìn)，連接的膠管用來輸送壓縮空氣。該施工方法適用于可以擠密的地層，如黏土、粉質(zhì)黏土等，管徑為3～25 cm，施工長度為20～100 m，具有機(jī)具簡(jiǎn)單、施工方便、成本低、速度快的優(yōu)點(diǎn)。

3.5 微型隧道鋪管法

微型隧道鋪管法是一種新技術(shù)，是可導(dǎo)向、可遙控的頂管施工方案。整個(gè)系統(tǒng)包括鉆掘、激光導(dǎo)向、頂管、泥漿潤滑、出渣、操作控制6個(gè)部分，主要用于鋪設(shè)精度較高的非進(jìn)人管道。該施工方法在軟巖、硬巖中均可使用，可鋪設(shè)混凝土、鑄鐵、鋼、強(qiáng)化樹脂、PVC等多種材質(zhì)的管道，管徑為20～300 cm，施工長度為90～200 m，由于精度控制高，因此施工成本也比較高。

4 頂管法施工技術(shù)要點(diǎn)實(shí)例分析

4.1 工程概況

某市政污水管網(wǎng)鋪設(shè)工程，污水管道距離道路中心25～38 m，管徑設(shè)計(jì)為50～80 cm，埋深在3.6～14.5 m之間，設(shè)計(jì)管道坡度為2 ‰～5 ‰，總長度為1 205 m。該污水管網(wǎng)位于城市主干道路旁，沿線是商業(yè)建筑和住宅區(qū)，為了最大程度上減小對(duì)交通和生活的干擾，決定采用泥水平衡頂管掘進(jìn)施工方案。

4.2 頂管施工技術(shù)

4.2.1 測(cè)量放線

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境和勘察結(jié)果，將地面上的水準(zhǔn)點(diǎn)引至井底穩(wěn)定部位，用于標(biāo)高測(cè)量控制。然后放出管道的中心樁位，施工過程中用來控制頂管的中心。

4.2.2 洞口施工

本工程中，后背墻的施工尺寸是4 045 mm×3 500 mm×1200 mm。在另一個(gè)方向頂進(jìn)時(shí)，將洞口處的護(hù)壁、后靠背鑿除。雨水管到位后，頂入千斤頂并在兩者之間設(shè)置柔性墊片，防止管道頂裂。對(duì)洞門位置精準(zhǔn)測(cè)量后進(jìn)行預(yù)留，并采用防水止水措施，防止地下水影響施工作業(yè)，允許偏差見表1。另外，本工程中工具管外壁和洞門之間有縫隙，洞口處的水可能通過縫隙進(jìn)入工作井。為解決這一問題，在工作井內(nèi)的洞口處設(shè)置橡膠止水圈，在集水坑內(nèi)設(shè)置排污泵。

4.2.3 千斤頂和頂鐵安裝

為滿足頂管施工要求，本工程中配置200 t液壓千斤頂2臺(tái)，均設(shè)置在工作坑內(nèi)。頂鐵安裝時(shí)，一是保持平順狀態(tài)，禁止扭曲、歪斜。二是頂進(jìn)作業(yè)時(shí)，工作人員不能站在頂鐵上方或側(cè)面。三是退千斤頂時(shí)放置長度最大的頂鐵，盡量減少頂鐵的使用數(shù)量。

4.2.4 頂管機(jī)始發(fā)

4.2.5 頂管施工關(guān)鍵工序

第一，動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。頂管施工期間，在觀測(cè)臺(tái)上布置激光經(jīng)緯儀，作為頂管導(dǎo)向的基準(zhǔn)線。一旦頂管機(jī)頭發(fā)生偏斜，此時(shí)激光點(diǎn)與靶位中心不重疊，通過調(diào)整千斤頂?shù)纳炜s量，即可達(dá)到糾偏效果。測(cè)量作業(yè)中的要點(diǎn)包括：一是布設(shè)四等水準(zhǔn)路線，在井口處設(shè)置臨時(shí)水準(zhǔn)點(diǎn)；二是根據(jù)導(dǎo)線點(diǎn)和水準(zhǔn)點(diǎn)，測(cè)量工作井的平面位置、深度等參數(shù)，指導(dǎo)開挖作業(yè)，確定始發(fā)井和接收井的管道中心點(diǎn)；三是在始發(fā)井邊緣放出頂進(jìn)方向的坐標(biāo)，并且向井下投設(shè)方向線，保證臨時(shí)水準(zhǔn)點(diǎn)的可靠性。

第二，頂進(jìn)糾偏。頂管機(jī)向前推進(jìn)時(shí)，受到土層性質(zhì)、作用力等因素的影響可能出現(xiàn)偏差，應(yīng)多次、緩慢糾偏，不能采用強(qiáng)制性措施。其中，頂進(jìn)初期偏差糾正最重要，以工具頭頂進(jìn)的5～10 cm為例，要求軸線偏差在50 mm以內(nèi)，高程偏差在30 mm以內(nèi)。允許偏差見表2。

第三，接口處理。相鄰管道之間的縫隙，可能發(fā)生滲漏現(xiàn)象，應(yīng)使用水泥砂漿進(jìn)行填充。其中，水泥砂漿由膨脹水泥、砂、水組成，質(zhì)量比為1：1：0.3，充分?jǐn)嚢韬蟊ＷC砂漿的均勻性。水泥砂漿隨拌隨用，在拌制后30 min內(nèi)用完；填充前先對(duì)接口灑水濕潤，分層填充并抹平。

4.2.6 管道壓漿

管道壓漿環(huán)節(jié)，施工技術(shù)要點(diǎn)包括：一是通過試驗(yàn)確定漿液的配合比，保證各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)符合設(shè)計(jì)要求。二是采用同步注漿法，注意檢查各個(gè)推進(jìn)段漿液的形成情況，確保管路嚴(yán)密，注漿設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行。三是管道頂進(jìn)到位，檢查井成型后，對(duì)污水管道壓漿，產(chǎn)生固結(jié)作用，防止地面沉降。四是在各管節(jié)的橫斷面上，預(yù)留孔徑為30 mm的灌漿孔并編號(hào)。五是灌漿壓力控制在200 kPa，灌漿初期適當(dāng)減小壓力，然后逐漸增壓至設(shè)計(jì)值。六是灌漿壓力達(dá)到設(shè)計(jì)值，且吸漿量低于0.12 L/min時(shí)，維持30 min后停止灌漿。

5 結(jié)語

市政排水工程施工條件復(fù)雜，基坑開挖深度大，施工質(zhì)量要求高，采用頂管法進(jìn)行施工，在滿足質(zhì)量的前提下可減小對(duì)地面環(huán)境的干擾，提高經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。未來，隨著城市發(fā)展速度加快，排水工程施工中可大力推廣頂管法，從而達(dá)到降本增效、節(jié)能環(huán)保的目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)

［1］何朝貴. 市政排水工程管網(wǎng)設(shè)計(jì)與施工質(zhì)量控制探討［J］. 城市建設(shè)理論研究（電子版），202309）：146-148.

［2］祁曉彬. 市政排水管道安裝施工技術(shù)要點(diǎn)探析［J］. 工程建設(shè)與設(shè)計(jì)，2023（3）：198-200.

［3］唐巍. 非開挖拖拉管技術(shù)在市政排水工程中的應(yīng)用初探［J］. 江西建材，2022（12）：312-313，316.

［4］夏宇佳. 歷史地段道路的排水工程系統(tǒng)改造方法研究——評(píng)《水利工程管理與施工技術(shù)》［J］. 灌溉排水學(xué)報(bào)，2021，40（4）：155.