市政工程雨污分流管道施工技術要點

徐宏亮 李坤

摘要 當前，由于部分城市老城區(qū)道路建設年代久遠，交通流量大，市政管道施工與交通壓力之間的矛盾日益突出，管道施工如采用傳統(tǒng)頂管工藝占地面積過大，影響交通正常運行?；诖耍恼陆Y合實際案例，探究微型頂管在市政雨污分流管道施工中的應用，詳細分析了微型頂管施工工藝流程、施工技術措施、進出洞口措施等相關施工技術，可供類似工程參考。

關鍵詞 城區(qū)污水管道；雨污分流；地箭式工法；鋼制沉井；微型頂管

中圖分類號 TU992.21文獻標識碼 A文章編號 2096-8949（2024）06-0158-03

0 引言

雨污分流的實際作用是將雨水與污水相分離，雨水排放與污水排放分別使用彼此獨立的市政排水管網(wǎng)，減少雨水與污水的混合。一般情況下，城市雨水中的雜質(zhì)與污染物較少，只需要進行簡單的加工處理就能直接排入水體，且不會對水體產(chǎn)生較大影響。污水的種類分為生活污水與工業(yè)污水兩大類，水體中含有氨、氮、磷以及各種有機污染物，這種類型的污水必須進行集中整合后，排送至污水處理廠經(jīng)過凈水處理后才能排放至水體，如果不經(jīng)過凈化或處理不到位，會對當?shù)氐乃Y源造成很大程度的污染[1]。雨污分流的設計、施工理念是根據(jù)雨水與污水的物理差別分別構建兩套排水系統(tǒng)，使得二者能夠分別從獨立的排水系統(tǒng)中進行排送。在這種情況下，通過市政雨污水管道分流改造工程的有效開展，加強污水處理廠污水處理負荷，從而達到更快捷、更高效地凈化污水的最終目的。

由于老城區(qū)道路狹窄、交通流量大、交通組織困難、地下管線復雜，在城區(qū)原有道路新建地下雨污水管道，采用微型頂管施工技術，具有占地面積小、施工速度快（單段50 m長度頂進不超過2 d）、管道鋪設精度高（誤差±30 mm），相比傳統(tǒng)工藝頂管技術具有巨大優(yōu)勢。該文結合實際案例，闡述在老城區(qū)交通流量大，地下管線錯綜復雜條件下的雨污分流微型頂管管道施工。

1 工程概況

該工程為張涇街市政雨污分流管道改造項目，起點為蠡塘路交叉口南側，樁號ZJKO+032，終點為至和路交叉口車道邊，樁號ZJK0+796.96，路線全長764.96 m，沿線與葑亭大道相交。該工程雨水管采用HDPE雙壁波紋管（內(nèi)徑400 mm），DN600為承插式玻璃鋼夾砂管，全長744 m，窨井36座。雨水支管采用HDPE雙壁波紋管（內(nèi)徑300 mm），全長827 m，雨水邊井96座。

2 雨污分流管道施工要點

2.1 微型頂管施工工藝簡介

微型頂管地箭式工法通常情況是指管徑≤600 mm的頂管施工技術，早期技術來自德國和日本。分兩步施工作業(yè)，第一步前導管推進貫通，第二步以前導管作導體，利用擴大切削頭將管道往前推進。地箭式施工方法又被分為標準式地箭工法和改良式地箭工法。標準式地箭工法由于機頭外徑大于管道，存在2～3 cm空隙，容易造成輕微沉降[2]。目前微頂基本采用改良式地箭工法，該方法頂管時擠土不需要擴孔，管壁與周邊土層無空隙不存在沉降隱患。因此，改良式地箭工法成為微頂施工主流工藝。

2.2 施工設備選擇

根據(jù)該工程特點，搖管機型號為Φ2590型、Φ2090型，采用EX200型伸縮臂挖掘機作為挖土機械。頂管推進系統(tǒng)選用參數(shù)外觀尺寸：1 950 mm（W）×1 200 mm（L）×850 mm（H），重量：2 250 kg，油壓缸：最高推力：80Ton×2；推進速度：1 800～5 500 mm/min，行程：630 mm

×2、400 mm×2（兩段式推進）；螺旋回轉(zhuǎn)裝置：扭力：850 kg/m、600 kg/m；轉(zhuǎn)速：20～50 RPM。

2.3 施工技術措施

2.3.1 現(xiàn)場管線勘測

該工程沿線存在大量管線，由于年代久遠，部分管線資料缺失，因此采用超聲波結合物探的方法進行詳細的地下管線復查，并對現(xiàn)況地物做詳細調(diào)查，復查內(nèi)容：

（1）交通、架空線路等。

（2）地下障礙物經(jīng)調(diào)查、探測修正補充到圖紙上，包括地下管線（污水、電信、上水、燃氣、市話、電力管線等）的種類、口徑、材質(zhì)、走向、標高、位置、修建年代、運行情況和所屬單位情況。

2.3.2 工作坑制作

（1）根據(jù)該工程地質(zhì)情況，工作井周圍環(huán)境及支護結構的使用功能，采用Φ2090、Φ2590兩種型號鋼筒，當管道直徑大于DN500時選用Φ2590鋼筒，當管道直徑小于DN500時選用Φ2090鋼筒。每節(jié)鋼筒均工廠卷制成型，長度2 m、壁厚2 cm，施工現(xiàn)場根據(jù)設計深度將鋼筒焊接連接，為減小搖井時切土阻力，底節(jié)鋼筒切割成5 cm深度鋸齒形狀。同時為了監(jiān)控工作井施工對周圍土體的影響范圍，在工作井周邊共布置豎向位移、水平位移監(jiān)測點。施工前在設計位置人工開挖2 m探坑，避免道路下雜填物質(zhì)影響井筒垂直度，當鋼筒沉底至設計標高后將筒內(nèi)泥土挖出，取土至設計深度后立即采用水下C35混凝土封底，厚度為1 000 mm。

（2）工作坑在施工前，應對施工區(qū)域范圍內(nèi)地下管線進行詳細探摸，采用人工開挖“十”字探坑方式確認搖井區(qū)域是否有管線。此外，還應考慮周邊環(huán)境，如建構筑物、樹木、架空線纜等，為后續(xù)吊裝施工創(chuàng)造條件。工作坑的尺寸宜大于鋼桶直徑至少0.3 m，以防止在搖井過程中接觸坑邊，增大下沉阻力，也極易造成鋼桶變形，影響垂直度。

（3）搖管機就位，鋼桶每節(jié)長度為2 m，搖井前，工作坑開挖1.7 m深度，放入第一節(jié)帶鋸齒的鋼桶，露出地面0.3 m，以方便搖管機夾緊裝置抱緊鋼桶。若施工場地為軟弱地面，需在鋼桶周邊鋪設鋼板，使搖管機連接挖機，并升起前輪，通過挖機推力，使搖管機置于鋼桶上方，調(diào)整好位置，夾緊鋼桶。

（4）搖管機就位后，裝入第二節(jié)鋼筒，通過調(diào)節(jié)搖管機夾緊轉(zhuǎn)動方向，使兩節(jié)鋼筒接口對齊，兩節(jié)鋼桶使用電焊焊接連接，焊接焊縫應平順光滑飽滿且不小于8 mm，鋼桶之間密封連續(xù)焊接，采用360 °環(huán)向滿焊，要求焊縫處不得出現(xiàn)沙眼及氣孔。焊接完成后，搖管機與挖機油路連接，操控手柄，使搖管機抱緊鋼桶，勻速下沉，以此反復，直至達到設計標高。鋼桶沉設過程中施工人員采用水平尺靠在鋼筒側壁控制鋼筒垂直下沉，在鋼筒井口設置4個水平監(jiān)測點，測量人員采用水準儀每十分鐘監(jiān)測一次，使鋼筒井井口高差控制在100 mm以內(nèi)，垂直度控制在1/100。

（5）搖井到達設計標高后，撤走搖管機，回填鋼桶周邊空隙，對井底及出入洞口土體進行壓密注漿加固，加固厚度1 m。管道進出洞口，加固范圍為管道軸線方向2 m，管外側上下各1.5 m的長方體范圍內(nèi)。

壓密注漿完成并達到設計強度后，使用滑臂挖機開挖到設計標高，澆筑C35水下混凝土進行封底，并振搗密實。

2.3.3 安裝加固后靠背

后靠背安裝是關系到頂管軸線偏差的關鍵，因此安裝時應進行反復測量糾偏避免頂進時受力產(chǎn)生偏心受壓，后背與機臺加固牢靠后才能進行頂管施工。其安裝容許偏差為水平扭轉(zhuǎn)度：0.1%L，垂直度：0.1%H，其中符號H為后靠背的高度，符號L為后靠背的寬度[3]。

2.3.4 架設機臺及安裝經(jīng)緯儀

安裝激光經(jīng)緯儀、推進機臺、底座和推進設備，推進設備是微頂設備機械中的核心設備，因此該項目油缸系統(tǒng)均采用進口液壓油缸以確保頂進力反作用面的牢固性。機臺安裝前，底板底座槽鋼焊接需牢固、水平，底板安裝也要保證水平度，誤差控制在0～3 mm。機臺安裝后靠背需與鋼桶壁貼牢，縫隙處用三角鐵填實焊接牢固，保證機臺在頂進過程中的穩(wěn)定性。安裝經(jīng)緯儀要保證軸線及高程位置，設置好坡度及正反坡方向。

2.3.5 頂進先導管

先導管擬采用直徑φ114 mm中空鋼管，通過萊卡激光經(jīng)緯儀隨時隨地進行觀察和調(diào)整操作，通過激光經(jīng)緯儀可以精準地按照預定的路線和流水坡度進行頂進。先導管每節(jié)長0.75 m，頂進采用接力方法，即每完成一節(jié)，油缸后退，再進行下一節(jié)接力的模式。

先導管箭頭形式為斜面箭頭樣式，箭頭后面有兩個隔斷板，是為了防止在前道先導管頂進過程中，土壤由箭頭進入先導管與出泥鋼管。箭頭背后有測量標靶，標靶以亮燈的方向，表示先導管箭頭斜面方向，利用工作井內(nèi)經(jīng)緯儀觀測標靶，扭力轉(zhuǎn)動控制箭頭方向。

前導管最前端為導向鉆頭，由內(nèi)管和外管構成，施工中利用導向鉆頭的斜面調(diào)整行進方向。前導管的頂進設備有箭頭、導向鉆頭、黑管、出土螺旋桿裝置以及過渡接頭。萊卡激光經(jīng)緯儀安裝、設定完成后，開始先導管頂進施工。導向施工時，采用萊卡經(jīng)緯儀的目鏡十字絲中心位置對準導向箭頭綠燈，隨時專人進行觀察，當微頂頂進作業(yè)激光經(jīng)緯儀目鏡十字絲中心偏離綠燈時，應立即調(diào)整導向箭頭前端的斜面方向，通過工作坑推進臺的頂進進行調(diào)整、糾偏。導向管按設定坡度頂進至接收井后，立即卸下導向箭頭，開始連接黑管。由于崇明地區(qū)地層含沙量大，所以需提前查閱地勘資料，在黑管頂進過程中需要在過渡接頭處加裝部分注水孔，頂進作業(yè)時注水孔注入膨潤土注漿減阻。

2.3.6 頂進黑管

先導管頂進完成后開始連接黑管，頂進黑管。頂進前需提前安裝止水鏡面框，目的是防止在頂進過程中泥沙流入作業(yè)坑導致水土流失。進洞前先檢查黑管公母頭是否有損傷，螺紋是否完整，如有問題立即更換。頂進黑管過程中需不間斷地注入潤滑泥漿，達到減阻的作用。黑管推進至接收坑后，開始安裝機頭慢慢推入工作井洞內(nèi)，后續(xù)安裝油管設備、高壓水管、尾端加裝轉(zhuǎn)接頭后連接頂管機頭，機頭后面連接樹脂混凝土主管（樹脂混凝土管每節(jié)長1 m）然后頂進。

2.3.7 樹脂混凝土管道頂進

樹脂混凝土管推進速度應根據(jù)推力的大小進行控制，保證推力在允許范圍內(nèi)。遇長距離頂管（≥50 m）、土層含砂量大時，砂層容易黏附在樹脂混凝土管外壁，造成“抱管”現(xiàn)象，此時推進阻力將變大。施工前應認真查閱地勘資料，在含砂層大的地層應提前進行施工部署，可使用專用的添加劑（膨潤土+泥漿王）與水按比例配置成泥漿，起到潤滑外壁作用，防止砂層黏附出現(xiàn)“抱管”現(xiàn)象。在頂進過程中，依次循環(huán)完成每節(jié)管道重復推進及回縮，每次頂進一節(jié)樹脂混凝土管，接收井拆卸一節(jié)出土管。

樹脂混凝土管頂進施工前，仔細檢查管道是否有質(zhì)量缺陷，頂進過程中時刻關注頂力及扭力變化，觀察接收井出土螺旋管的出漿量，調(diào)節(jié)頂力大小及速度，使管道勻速前進。

2.3.8 拆除管路

管道施工完成后，機頭進入接收井內(nèi)拆除吊起，管壁立即采用水泥進行封堵，避免空隙處漏水漏泥導致管道接口處脫節(jié)及周邊沉降。

2.4 其他技術措施

（1）進出洞是微型頂管成敗的關鍵，應嚴格控制開孔大小，依據(jù)施工步驟可分為導向施工（開孔尺寸為12 cm）、黑管施工（開孔尺寸23 cm）、樹脂混凝土管施工（比相應的機頭外徑大4 cm）。鋼筒井壁開孔時孔口容易漏水漏泥造成水土流失、管道脫節(jié)或路面沉降引發(fā)事故，因此需要加裝特制止水鏡面框。鏡面框止水環(huán)結構選用鋼法蘭加壓板夾裝2 cm厚橡膠止水圈環(huán)，橡膠環(huán)應具有較高的拉伸率、耐磨性和硬度，永久性變形≤10%，鋼材選用Q235優(yōu)質(zhì)鋼材。安裝固定好后，鋼護筒內(nèi)壁和鋼環(huán)板滿焊固定。

（2）頂管管材采用樹脂混凝土管，管徑為DN600。管材生產(chǎn)可采用立式振動工藝澆筑，抗?jié)B標號S8。產(chǎn)品出廠前強度應不低于設計強度的95%。管節(jié)標準長度為1 m，質(zhì)量應符合《玻璃纖維增強塑料頂管》（GB/T 21492—2019）相關要求，設計最大允許頂力1800kN。管材防腐應在出廠前做好。管道接口采用柔性接口，采用的橡膠圈材料應達到《橡膠密封件給排水管及污水管道用接口密封圈材料規(guī)范》（GB/T 21873—2008）所規(guī)定的質(zhì)量標準。

（3）為防止井底土質(zhì)不好造成鋼筒下沉，在施工前應對井底5 m深度范圍內(nèi)進行注漿處理，寬度為井周外擴1 m。注漿技術標準符合以下要求：①注漿材料為水泥，采用強度等級為42.5 MPa普通硅酸鹽水泥，水泥漿水灰比為1∶1，水泥攪拌時間要求大于60 s。②注漿壓力大小視鉆孔深度、土的滲透性及水泥漿的稠度而定，一般為0.2～0.6 MPa。③注漿量過大時可采用二次注漿，適當摻入水玻璃，摻量為水泥重量的2%～5%。④注漿時應重點對既有構筑物、鄰近建筑、管線和地面的沉降、位移和裂縫進行監(jiān)測。⑤單孔注漿結束的標準：每分鐘注入漿液小于0.4 L，延續(xù)20 min，且每延米注漿水泥用量不小于0.2 t。⑥注漿應采用分層注漿方式，每層不大于0.5 m。

3 微型頂管技術注意事項及采取相關技術措施

3.1 注意地下管線及相關障礙物

在頂管機頂進之前，如有必要可對頂進路線范圍內(nèi)的地下情況進行詳勘及補探，詳細摸清地下各管線、障礙物等設施的高程、平面位置等關系，避免頂管施工碰撞其他管線或地下構筑物，造成經(jīng)濟損失或發(fā)生安全事故，延誤施工進度；在液壓油缸工作過程中，如壓力表數(shù)值突然持續(xù)增大，但頂推進尺卻較小，應立即暫停頂進作業(yè)，立即核對地下管線物探資料及設計方案，查明原因后，方可繼續(xù)施工，避免造成導向頭斷裂等事故發(fā)生。

3.2 工作井及周邊路面變形監(jiān)測

頂進的過程中委派專人對工作井及周邊道路、地面構筑物等設施進行每日多頻次的監(jiān)測。重點監(jiān)測周邊構筑物位移觀測、鋼護筒頂水平（豎向）位移觀測、施工周邊地下井室內(nèi)管線有無異常等。

3.3 異常情況的判別和對策

依據(jù)有關的標準、規(guī)范、計算數(shù)據(jù)及設計文件。在監(jiān)測過程中，觀測值若達到了基準值的70%，應加大觀測頻率，并記錄數(shù)據(jù)。當監(jiān)測數(shù)據(jù)達到或超過基準值時，應立刻停止作業(yè)，報告監(jiān)理，同時按照頂管前審批通過的應急預案予以“三級響應”，提出解決方案進行補救，待修正好參數(shù)無異常后方可繼續(xù)施工（如表1所示）。

4 結語

綜上所述，通過對微型頂管施工技術在市政雨污分流工程中的應用進行研究，總結了其技術要點：

（1）工程實踐表明，在城區(qū)采用微頂施工占地面積小、交通影響少，適合城區(qū)重交通流量道路施工。

（2）項目在施工階段，采用了微頂改良式地箭法施工工藝，至工程結束未出現(xiàn)周邊道路沉降、建筑下沉等問題。

（3）工程實踐表明，一段井位微頂施工從搖井開工至微頂結束，工期不超過10 d，與傳統(tǒng)頂管從工法圍護至頂管結束，施工速度優(yōu)勢明顯。

參考文獻

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[2]周軍， 王智， 陳喆. 地箭式微型頂管施工技術的應用[J]. 江西建材， 2020（5）： 134+136.

[3]趙寧， 呂康廷. 微型頂管技術在DN600及以下污水管道中的應用[J]. 城市道橋與防洪， 2022（11）： 240-243.