市政工程施工中地下管線施工技術的探析

張海陸

（青島第一市政工程有限公司，山東青島 266000）

0.引言

城市市政管線隱伏于地下，使用年限較路面結構層長，檢查維修較為困難，一旦出現(xiàn)故障將影響城市人民正常的生活生產(chǎn)。頻繁的管線故障還會反復開挖、修復路面，形成“拉鏈馬路”，嚴重影響城市交通秩序，潛藏各類施工安全隱患。管道泄漏還會造成土體、水質污染，爆燃、燙傷、地面塌陷等事故，因此，地下管線的施工質量顯得尤為重要。在開展市政工程地下管線施工建設的過程中，應科學規(guī)劃施工，嚴格規(guī)范質量管理，增強創(chuàng)新意識，提升地下管線施工水平，促進市政工程良好發(fā)展。

1.地下管線施工技術在市政工程應用的重要性

各地多次出現(xiàn)過城市路面塌陷的情況，例如，2022年3 月重慶某地地面塌陷、同年8 月江蘇某地地面塌陷等都是因為地下管網(wǎng)破損，在水流沖刷作用下地基土流失造成地下脫空。當?shù)孛娉霈F(xiàn)洞口或大面積環(huán)狀、放射狀的裂縫時，往往地面深處已經(jīng)出現(xiàn)大范圍的脫空。地下管線的質量問題還會帶來供水水質惡化、雨污水外溢、燃氣泄漏、通訊中斷和漏電等后果，嚴重影響人們正常的生產(chǎn)生活。因此，必須提高地下管線施工質量，確保城市正常運轉。

2.地下管線遭到破壞的原因

2.1 地下管線信息不全不精確

在城市建設快速發(fā)展階段的初期，市政工程檔案資料大多是以紙質保存在當?shù)爻墙n案館中，另有時代原因和檔案技術受限，一些年代較為久遠的規(guī)模不大的市政工程沒有重視檔案資料的保存。施工過程中由于現(xiàn)場條件受限、施工技術、工后沉降、外力作用、地下水等因素的影響，施工管線的標高、走向極有可能發(fā)生改變，與原有設計圖紙或檔案館歸檔資料中的內(nèi)容并不完全相符，尤其是回填完成的管線更難以察覺。這種情況在城市背街小巷市政施工、城市地下管線更新施工、非開挖地下管線施工、新建高填方、特殊土路基和海域市政工程中較為常見。

現(xiàn)在逐步施行的地下管線調(diào)查中，雨污水管道、開槽施工的電力通信管道檢查井較為密集且通常有明顯的規(guī)律性，可以通過檢查井精確地探測到管線的標高、走向等數(shù)據(jù)；球墨鑄鐵的給水、中水和熱力管道可以通過檔案資料結合閥門井位置、物理探測的方法準確地獲取管線數(shù)據(jù)[1]。但是對閥門較少的壓力管道、高分子材質和管徑較小的管道，受管線運行和探測條件的限制，通常難以精確探測，在管線密集、人流量大的城區(qū)更是難以通過開挖驗證。

2.2 施工過程對地下管線造成破壞

地下管線涉及的行業(yè)領域廣，主管部門眾多，部分管線權屬部門不明確，小型自埋管線無檔案資料，建設單位、設計單位未能盡到查明或告知地下管線的義務。這些因素導致新建或翻建市政工程在施工前徹底查明地下管線分布十分困難，尤其是一些城區(qū)搶修和密集街區(qū)翻建工程，存在邊施工邊探查地下管線的情況，也存在翻建管線過程中意外破壞了走向位置錯誤的管線情況。

另一個原因是低估了施工對周邊管線的影響。在原有地下管線旁新開挖基坑、溝槽施工，特別是在自由水含量較高的砂性土中，基槽開挖會導致原管道周邊土體松散、坍落，側向土壓力變小或者管底出現(xiàn)懸空。原有管道在自重和管道內(nèi)容物重力作用下發(fā)生變形，柔性接口的管道甚至會發(fā)生密封圈被擠出或者管口擠壓破壞，焊接管道則有可能發(fā)生應力腐蝕現(xiàn)象。在勘探作業(yè)、樁基礎施工、強夯施工、注漿作業(yè)過程中，未考慮施工對地下管線影響，造成土體擠壓變形、振動，嚴重的會導致管道破裂，而基坑錨桿與土釘墻作業(yè)則有可能直接造成管道破壞。比如在某施工場地，市政雨水管線采用DN1000-DN1200 的混凝土管道埋置在距離道路紅線2m 處人行道下，道路無綠化帶，紅線緊鄰某較大公用建筑。市政管線于12 月份完成施工，次年4 月份公用建筑基坑施工并采用土釘墻支護。由于房屋建筑施工方未充分考慮基坑支護施工影響，土釘穿透地下混凝土雨水管道，無法修復，只能將市政管線開挖重新施工。

2.3 材料產(chǎn)生的質量問題

材料技術的進步和地下管道功能需求的增加，市政工程地下管線使用的管道材料類型眾多，但是目前所采用的絕大多數(shù)都是成熟應用的技術，國家標準也比較完備且明確。材料采購中使用資質齊全的企業(yè)，輔以進場驗收和抽樣送檢，管道本身的材料質量是能夠滿足設計要求的。需要注意的則是從材料運輸進場到管道回填完成此段時間內(nèi)，由于操作不當，人為造成管道物理力學性能、使用安全性能下降。

2.4 施工質量的問題

（1）為保障路基、管道回填質量和保護管道不被施工機械荷載破壞，節(jié)約施工成本，縮短工期，通常采用的是路基回填至管頂以上50cm 標高后開挖管道溝槽。在高填方路基，尤其是采用流水作業(yè)施工方法時，管道開挖回填緊鄰路基回填施工，管道下方的回填料較厚，即使是分層回填壓實后，工后沉降仍然較大。高填方路基由于所需土方量較大，多為開山石料，不均勻系數(shù)大又通常缺乏中間粒徑，也通常存在多個料場的回填料分層混合，壓縮模量差異大，工后沉降更為明顯。即使采用承受徑向撓曲、伸縮變形能力強的柔性接口，也會因為沉降過大導致連接口膠圈變形脫落。當管道承受施工動荷載或管道已經(jīng)出現(xiàn)漏水情況時，土顆粒之間結構重新排列，含水量增加了土的自重應力，會加劇管道沉降造成脫節(jié)甚至是斷裂。

（2）管道填土壓實不足，土體在自重或外部荷載的作用下壓縮，管道側邊的土體也會在摩阻力的作用下帶動管道下沉。路面因管道下沉導致路面出現(xiàn)凹陷，車輛通過不平整的路面時會增大荷載、產(chǎn)生動荷載，進一步增加管道沉降。這種情況在埋深較淺的雨水口過路支管中尤為明顯。管底回填土或墊層壓實不足引起管道不均勻沉降，在重力式管道中直接改變了管道縱坡，影響排水效率。

（3）地下水水位變化引起的管道沉降。地下水位上升土體有效應力減小，如回填不密實、填料重度小、孔隙多，管道受到浮力增加、上覆土壓力減小導致管道上升，引起管道密封連接失效，管道逆坡存水。地下水位下降時土體有效應力增加，管道周邊和管底土體被壓縮，管道會產(chǎn)生不均勻下沉。當?shù)叵滤涣鲃訒r，例如，在某沿海填海區(qū)，地下水位受到潮汐影響周期性的上升下落，原本土體中細顆粒在水力作用下逐漸流失，導致路基或管道的不均勻沉降。

（4）重力式排水檢查井施工質量不高。檢查井與管道的連接是地下管線密封性的薄弱點。當管道軸線與檢查井預留孔中心夾角過大時，有些施工人員會人工開鑿預制檢查井壁，管道安裝后再全部用人工拌和水泥砂漿填實。人工拌和的水泥砂漿水灰比等質量指標控制不嚴，填筑面積較大，混凝土凝固后收縮，回填時管道受力位移，都會產(chǎn)生裂縫導致密封性較差。

3.市政工程地下管線施工技術對策

3.1 加強管線施工前的準備

在施工前，除了根據(jù)設計文件對工程有所了解外，施工單位還應對整個施工現(xiàn)場的環(huán)境進行踏勘和評價，對管線路線、地下水、土質等情況必須仔細地分析；與建設單位提前溝通，充分掌握現(xiàn)有地下管線類型和分布情況。對老城區(qū)、背街小巷等區(qū)域，施工作業(yè)前應當取得當?shù)赜嘘P部門的審核批準，施工中可以采用人工開挖探溝，必要時采取物理勘查手段，提前掌握地下管線、暗渠分布和埋深情況[2]。提前制訂應急預案，以便及時向監(jiān)管部門報告，及時撤離現(xiàn)場人員、疏散周邊群眾、封鎖現(xiàn)場。

3.2 設置隔離帶

在施工建設過程中，深基礎、基坑開挖支護、注漿加固、強夯等施工會對地下管周土體產(chǎn)生影響，甚至直接破壞管線。為了避免類似情況發(fā)生，施工人員在施工開始前可以通過設置隔離帶的方式減少對地下既有管線的影響。深層管線保護可以在施工地區(qū)與管線的之間施加鋼板樁、攪拌樁等隔離體。強夯、擠土樁的施工區(qū)域，淺層管線保護可以在管線四周施挖隔離槽，深度在既有管線地面標高以下，能有效隔離振動并給予土體釋放內(nèi)部形變壓力的空間，避免土體形變給管線帶來不良影響。

3.3 重視管道材料的質量

建立材料采購企業(yè)名錄，嚴格審查入庫企業(yè)資質、業(yè)績、生產(chǎn)條件和規(guī)模，做好產(chǎn)品外觀檢測工作，落實監(jiān)理見證下的進場材料取樣送檢制度。對現(xiàn)場施工作業(yè)人員進行培訓教育，輕型材質的管道禁止拋扔拖滾。材料堆放遵循下墊上蓋的原則，合理規(guī)劃材料堆放區(qū)域，避免接觸熱源和暴曬。承插式柔性連接的管道在使用前應檢查承插口質量是否滿足設計和規(guī)范要求，不得使用承插口破損或人工切割后的承口，對混凝土管道避免承插口碰撞造成破損。管道連接前測量膠圈至承口根部距離，確保安裝到位。

3.4 提高路基、管道、檢查井施工質量

路基的施工質量對管道不均勻沉降同樣有很大的影響。高填方路基要調(diào)查料場，對土石料取樣送檢。合理安排施工順序和工期，高填方路基盡量采用先回填路基再施工管線的順序，或采用地基處理技術減少地基的沉降變形，控制填料含水率，分層回填碾壓，或采用先回填路基再強夯的方法，減少路基不均勻沉降。

管道兩側和管頂以上50cm 內(nèi)的回填土無法采用大型機械施工，可采用一定比例的水泥土或三七灰土回填，分層厚度和夯實辦法參見設計文件或規(guī)范要求。對存在流動、滲流的地下水區(qū)域，溝槽與回填土之間宜鋪設土工布，充分利用土工布的保土性，防止骨架顆粒流失引起的變形，同時保證水流通暢。土工織物的選擇應當符合《土工合成材料應用技術規(guī)范》中等效孔徑的要求。管道頂部回填土與基層之間還可以鋪設單向土工格柵減少沉降，相關工藝在商丘經(jīng)濟開發(fā)區(qū)產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)基礎設施施工工程中有所應用且經(jīng)過4 年的觀測效果較好。

在地下水位較高、有腐蝕性地下水的地區(qū)，檢查井應采用成品整體澆筑，避免采用常用的上下井室、井室蓋板分離的檢查井，井壁應涂抹防水材料。塑料排水管道與檢查井連接處采用現(xiàn)澆或預制連接口，再用遇水膨脹橡膠密封圈連接。預制混凝土管道表面鑿毛等粗糙處理，采用微膨混凝土連接。沿海區(qū)域宜采用定制防滲、防腐蝕預制混凝土檢查井和管道，如用變更水泥品類、細集料、提高標號、摻加外加劑、鋼筋防銹涂層等，提高檢查井和管道的抗腐蝕能力。

3.5 重視管道嚴密性試驗，嚴格加強成本保護

嚴密性試驗是管道功能性試驗，是管道能否正常使用的關鍵試驗。管道回填前應按照設計要求進行嚴密性試驗，設計無要求時重力管道可按照《給水排水管道工程施工及驗收規(guī)范》分段進行閉水、閉氣試驗，壓力管道可進行水壓試驗。嚴密性試驗不僅僅與管線施工質量有關，也與閉水試驗操作方法有關。過去有些施工項目使用磚砌封堵，效果并不好，而且在拆除磚砌封堵時容易將管道與檢查井連接處破壞，規(guī)范推薦使用密封氣囊則有很好的效果，而且可以重復使用，操作簡便。

目前，燃氣、熱力等破壞后危險性大的管線上覆土中均設置有地埋警示帶。推薦施工時將所有管線管頂上覆土中均設置此類警示帶，避免開挖破壞。地下管線建設中越來越多地采用高分子管材，探測儀無法探測到管線走向，還可以采用夾金屬警示帶，以便后期探測。

3.6 規(guī)范管道入庫，推動綜合管廊的發(fā)展

建立并完善市政工程竣工管線入庫制度，錄入管線類型、介質、走向、管道型號、標高等信息，形成地下管線系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，與城市信息模型（CIM）相融通，實現(xiàn)可視化三維模型，提高城市規(guī)劃的科學性，城市建設的安全性，達到城市精細化管理[3]。對資料不全的老舊管線和重要功能的管線開展地下管線普查，普查資料補充到地下管線資料庫。早在2015 年住房和城鄉(xiāng)建設部等五部門聯(lián)合印發(fā)關于開展城市地下管線普查工作的通知，普查過程中除了錄入基礎信息，還對事故隱患開展排查整治。

綜合管廊是將各類地下管線匯集在城市地下修建的隧道、大型管涵空間內(nèi)，不僅能夠極大地方便各類管線的維修檢測，避免出現(xiàn)城市“拉鏈馬路”，還有一定的防震減災、避險避難的功能，在發(fā)達國家已經(jīng)有非常廣泛的應用。施工企業(yè)應當轉變發(fā)展思路，緊跟時代浪潮，大力研究、發(fā)展綜合管廊施工技術，通過施工工法的創(chuàng)新和質量小組活動，提高綜合管廊施工質量，在競爭激烈的建筑市場中謀得生存。

4.結語

地下管線在城市建設和生產(chǎn)生活中占有重要地位。地下管線種類復雜，數(shù)量不斷增加，建設要求也在提高，地下管線的建設正成為市政工程關注的重點問題之一。隨著城市化進程的不斷加快，只有加強地下管道施工管理，完善施工工藝，嚴格執(zhí)行建設要求，提高管道建設質量，才能促進城市建設的全面發(fā)展，保障城市安全有序運行。