頂管施工技術(shù)在市政給排水施工中的應(yīng)用

李玉偉 楊衛(wèi)紅

頂管施工技術(shù)在市政給排水施工中的應(yīng)用

李玉偉 楊衛(wèi)紅

（北京市常青市政工程有限公司，北京 100054）

市政給排水工程屬于市政工程重要組成，導(dǎo)管埋設(shè)屬于關(guān)鍵施工內(nèi)容，會(huì)破壞周邊建筑和道路，還會(huì)對城市環(huán)境造成影響。在市政給排水施工中，必須高度關(guān)注管線地下敷設(shè)問題，頂管施工技術(shù)為行業(yè)普遍關(guān)注施工工藝，被廣泛應(yīng)用到市政給排水管線施工中，只需小范圍鋪設(shè)管道，不會(huì)影響周邊建筑與道路，有助于保護(hù)環(huán)境，維護(hù)土層穩(wěn)定性。此次研究圍繞頂管施工技術(shù)在市政給排水施工中的應(yīng)用展開討論，僅供參考。

頂管施工技術(shù)；市政給排水；施工應(yīng)用

在城市化建設(shè)發(fā)展過程中，相應(yīng)促進(jìn)了施工技術(shù)的發(fā)展，建筑行業(yè)開始廣泛應(yīng)用頂管施工技術(shù)，技術(shù)成熟度日益提升。在施工期間，無需大面積開挖地面，鋪設(shè)地下管道，既可以防止施工所致環(huán)境影響，也不會(huì)破壞周邊建筑與道路，維護(hù)經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。在市政工程施工建設(shè)中，規(guī)范應(yīng)用頂管施工技術(shù)。不同管基位置，所應(yīng)用的施工技術(shù)和方法也不同，當(dāng)管道埋深大于5m時(shí)，則不能應(yīng)用原土地基，為了維護(hù)地基穩(wěn)固性，必須應(yīng)用適宜材料。比如澆筑鋼筋土墊層，作為施工底板。開挖施工極易受到地下水影響，所以要采取科學(xué)降水措施。由于開采埋管需要考慮多種因素，同時(shí)會(huì)影響環(huán)境工程。為了維護(hù)地基牢固性，應(yīng)當(dāng)確?；靥钔撩芏冗_(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，鋪設(shè)級配碎石，澆筑混凝土墊層，將其作為底板，避免發(fā)生沉降問題。聯(lián)合多方因素，開槽埋管在實(shí)踐操作、經(jīng)濟(jì)性等方面，和頂管差距較大，頂管限制與成本，都明顯少于開槽埋管。

1 頂管技術(shù)在市政給排水施工中的應(yīng)用

1.1 適用范圍

頂管施工技術(shù)，針對城市中心地區(qū)、繁華地區(qū)、無法遷移地區(qū)，開挖設(shè)置循環(huán)針帶，若開槽埋管無法進(jìn)行開挖，也不能架設(shè)在空中，此時(shí)可以應(yīng)用管道開展頂管時(shí)。此外，城市污水管道施工建設(shè)期間，當(dāng)管徑外部對于10mm以上時(shí)，則不能采用明溝開挖法?，F(xiàn)場內(nèi)無其他建筑物，可以應(yīng)用頂管法開展施工。

1.2 頂管技術(shù)在市政管網(wǎng)中的應(yīng)用

城市快速發(fā)展期間，相應(yīng)加快了基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)速度，且地下管網(wǎng)布設(shè)復(fù)雜，管網(wǎng)維修與施工中，存在較多反復(fù)開挖問題，不僅會(huì)破壞城市道路，還會(huì)導(dǎo)致周邊構(gòu)筑物重復(fù)拆建，浪費(fèi)嚴(yán)重。通過頂管施工技術(shù)開展管網(wǎng)施工，無需破壞和拆建構(gòu)筑物和道路，既可以保護(hù)城市環(huán)境，還可以使施工成本降低。

1.3 頂管施工技術(shù)優(yōu)勢

通過頂管施工技術(shù)開展施工建設(shè)時(shí)，高效性與環(huán)保性優(yōu)勢顯著，且經(jīng)濟(jì)性高。頂管施工技術(shù)無需開挖地面，施工建設(shè)行為也不會(huì)影響城市交通，無需拆遷地面構(gòu)筑物和建筑物，也不會(huì)破壞地表植物和周邊環(huán)境。在施工建設(shè)期間，氣候與環(huán)境影響較小，建筑垃圾產(chǎn)生量少，安全性與高效性明顯，能夠降低工程造價(jià)，且社會(huì)效益與經(jīng)濟(jì)效益較高。

1.4 本工程簡介

北京市昌平區(qū)定泗路（生命科學(xué)園東路~伊水花園東路）道路及管線改擴(kuò)建工程（二標(biāo)段）起止樁號為K2+950~K4+900，主要施工內(nèi)容包括道路工程同步實(shí)施橋梁、綠化、交通以及管線工程。該工程標(biāo)段的道路工程長為1950m，管線全長9604.9m（其中，雨水管線3653.9m，污水管線2009m，再生水管線1971m，給水工程1971m），新建1座跨河橋、1座過路涵。污水管線最大埋深為13米，經(jīng)綜合考慮，采用頂管施工技術(shù)進(jìn)行施工。

2 頂管施工技術(shù)在市政給排水施工中的應(yīng)用

2.1 材料選擇

材料選擇主要為頂進(jìn)管選擇，按照長期施工經(jīng)驗(yàn)可知，頂進(jìn)管一般應(yīng)用鋼筋混凝土，為了避免土地介質(zhì)腐蝕管道，當(dāng)無要求時(shí)，也可選用鋼管。頂管施工技術(shù)對于鋼筋混凝土管的要求較高，在配筋、應(yīng)力、規(guī)格等方面，要求與指標(biāo)限定多，特別是鋼筋混凝土管技術(shù)。選擇頂進(jìn)管之后，必須合理選擇頂進(jìn)管直徑與長度。在選擇頂進(jìn)管時(shí)，要按照實(shí)際工程建設(shè)情況，通過工程性質(zhì)與需求，決定頂進(jìn)管內(nèi)徑，按照頂進(jìn)管承載壓力，確定頂進(jìn)管外徑、鋼筋混凝土配筋、管壁厚度，準(zhǔn)確計(jì)算外徑。鋼筋混凝土管長度選擇，對施工可控性、經(jīng)濟(jì)性影響較大。在施工建設(shè)期間，若為直線推頂情況，則可以應(yīng)用長管，以此減少裝管次數(shù)，全面提升工作效率。然而，管道持續(xù)延長，若偏離預(yù)設(shè)線路，則線路調(diào)整難度較大。建設(shè)頂壓坑時(shí)，會(huì)逐漸增加長度，此時(shí)挖坑、回填、支護(hù)、修復(fù)成本也較高。若直線推頂使用短管不合適，則短管極易進(jìn)入土層內(nèi)，致使管道彎曲，還會(huì)對頂進(jìn)操作可控性造成影響。一般情況下，施工管道長度，必須滿足管內(nèi)外徑衡量，具備不同的標(biāo)準(zhǔn)。

在開展頂管施工時(shí)，應(yīng)當(dāng)確保管內(nèi)徑大于0.6m。因受到施工距離影響，必須確保頂管長度適宜，合理選擇短頂管；當(dāng)施工距離較長時(shí)，合理選擇長頂管，以免頂管長度不足，所致施工步驟繁瑣問題。頂進(jìn)管道長度，能夠?qū)敼荛L度進(jìn)行預(yù)估，和頂管直徑比值，能夠明確頂管長度。一般來說，比值大于2.1時(shí)，需要應(yīng)用長頂管。比值為1.15時(shí)，選用標(biāo)準(zhǔn)頂管；比值低于1.1時(shí)，選用短頂管。

2.2 頂管施工準(zhǔn)備

在頂管施工之前，必須做好相關(guān)準(zhǔn)備工作，主要涉及到以下幾點(diǎn)：第一，現(xiàn)場平面布設(shè)。在現(xiàn)場平面布設(shè)時(shí)，涉及到自動(dòng)控制室、材料工具室、起重設(shè)備、注水系統(tǒng)、拌漿等。注重施工平臺布置，便于人員操作，將反力架、升頂、發(fā)射架、扶梯安裝在井內(nèi)。第二，加固處理頂管機(jī)進(jìn)出口周邊土層，加固處理可應(yīng)用高壓旋噴樁方式，避免頂管機(jī)周邊土層，由于泥水流失所致工作問題。

2.3 頂管井設(shè)計(jì)

在施工建設(shè)期間，頂管井的作用顯著，包含工作井與接收井。在設(shè)計(jì)期間，井結(jié)構(gòu)種類較多，一般應(yīng)用混凝土澆筑。基于結(jié)構(gòu)形式可知，單孔井與單排孔井，單孔井形狀較多，方形、圓形均有。單排孔井多為矩形。頂管井結(jié)構(gòu)施工時(shí)，需要將內(nèi)支撐設(shè)置在井內(nèi)，確保頂管井受力均勻，在建設(shè)頂管井時(shí)，遵循雙向頂進(jìn)建設(shè)法，和接收井形成間隔布設(shè)方式，同時(shí)設(shè)置檢查井。

2.4 觸變泥漿減阻

頂進(jìn)管頂進(jìn)施工時(shí)，周邊土體摩擦嚴(yán)重，極易產(chǎn)生阻力，還會(huì)造成地面沉降。此時(shí)將觸變泥漿注射到頂進(jìn)機(jī)頭尾部，能夠減緩阻力。泥漿可以形成泥漿套，對開挖面起到穩(wěn)定作用，同時(shí)保護(hù)施工壁。完成頂進(jìn)施工之后，水泥砂漿替換觸變泥漿，能夠緩解地面沉降。在不同施工環(huán)境下，泥漿耗量不同，并且和理論需求值的偏差較大，必須按照工況，優(yōu)化調(diào)整補(bǔ)漿量，保證泥漿充足性。通過注漿加固土體，特別是應(yīng)用頂進(jìn)法施工技術(shù)，科學(xué)穿越鐵路、建筑、公路等，控制和管理地面沉降，避免地面不均勻沉降所致建筑、交通線路破壞和斷裂。開展注漿減阻施工時(shí)，先開展頂管機(jī)頭尾部壓漿，同步開展壓漿與頂進(jìn)操作，同時(shí)在中續(xù)間與混凝土管道部位，做好跟蹤補(bǔ)漿施工。

2.5 頂管校正

頂管頂進(jìn)施工中，會(huì)受到多種因素影響，從而造成頂進(jìn)方向偏離，因此必須做好多次校正與處理。按照施工人員測量定位精確度，確保校正工作的順利開展。在頂進(jìn)施工中，做好優(yōu)化調(diào)整，以此消除誤差，確保誤差小于0.05m。

2.6 頂管技術(shù)應(yīng)用

在頂管施工之前，必須做好施工工作，涉及到施工設(shè)施與設(shè)備，并且做好安裝與調(diào)試工作。同時(shí)采取科學(xué)的安全措施，維護(hù)施工建設(shè)的安全性。在頂管進(jìn)出洞口位置，應(yīng)當(dāng)關(guān)注洞口土體的防水性能與穩(wěn)定性。一般情況下，必須對洞口土體進(jìn)行加固處理，避免土體塌方和流失。注重洞口止水處理，防止周邊土體和注漿流失。頂進(jìn)施工時(shí)，關(guān)注地下水位，避免地下水灌入管道內(nèi)，對施工建設(shè)造成影響。通常情況下，地下水位應(yīng)當(dāng)降低至管道下壁50cm位置。在頂進(jìn)操作時(shí)，必須撤離清理障礙物，以免對施工建設(shè)造成影響。障礙物清理期間，應(yīng)當(dāng)考慮到地質(zhì)勘探與地下管網(wǎng)分布，制定障礙物清理方案，同時(shí)編制科學(xué)的預(yù)備方案，采取科學(xué)處理措施，將障礙物掃除干凈。

2.7 設(shè)置通風(fēng)系統(tǒng)

在市政給排水施工中，頂管施工的通風(fēng)問題比較多，主要是氧氣不足問題。由于管道內(nèi)存在大量毒害氣體，為了維護(hù)技術(shù)人員安全，必須保證空氣流通，稀釋管道內(nèi)部危害氣體。在施工建設(shè)中，通風(fēng)方式包括鼓風(fēng)式、通風(fēng)式和組合式。鼓風(fēng)式通風(fēng)口的安全性能良好，能夠促使毒害氣體排出，且具備較長的氣流有效射程。，但是，鼓風(fēng)式通風(fēng)口也存在缺陷與不足，整體通風(fēng)距離段驅(qū)散渾濁空氣后，會(huì)停留在管道和工作坑內(nèi)。

3 頂管施工質(zhì)量控制措施

在控制頂管施工技術(shù)時(shí)，必須合理選擇管道、科學(xué)計(jì)算千斤頂頂力，控制工作坑施工、頂管出洞、注漿減阻等。

3.1 管道選擇質(zhì)量控制

市政給排水設(shè)施，最常應(yīng)用管道材質(zhì)為鋼管、復(fù)合管、鋼筋混凝土管。在設(shè)計(jì)施工期間，必須按照工程實(shí)際情況，合理選擇管道材質(zhì)、連接強(qiáng)度、接口類型。我國給排水管道類型多為鋼筋混凝土管，多是由于管道頂進(jìn)施工，千斤頂會(huì)產(chǎn)生較大推力，要求管道材質(zhì)的承壓能力較強(qiáng)。管道內(nèi)多為生活廢水、生活用水，可能會(huì)腐蝕管道。鋼筋混凝土管片具備良好的抗腐蝕性能，即使長期運(yùn)行，也不會(huì)出現(xiàn)水滲漏。在選擇管道時(shí)，需要關(guān)注頂管長度。給排水管線路不同，則地段管道長度也不同。針對線路彎曲弧度大，線路較短地段，必須控制頂管長度。線路彎曲弧度小，線路長度長，地段緩和時(shí)，則適當(dāng)延長頂管長度。按照環(huán)境要求、工程成本、土壤腐蝕性、覆土深度，合理選擇管道。

3.2 計(jì)算和控制頂力

管道頂進(jìn)施工期間，需要應(yīng)用到頂鐵、千斤頂、油缸、油泵等設(shè)備，頂進(jìn)設(shè)備必須合理控制頂力，屬于頂管施工技術(shù)的核心。優(yōu)化設(shè)計(jì)頂進(jìn)系統(tǒng)，頂力大小對工作坑設(shè)計(jì)的要求較高，必須合理選擇管材，確定管道壁厚。在計(jì)算頂力時(shí)，應(yīng)當(dāng)考慮管道直徑、材質(zhì)、管線偏差等影響。

第一，管道直徑與材質(zhì)影響。按照實(shí)際工程檢測，管道直徑大小，對頂進(jìn)施工頂力大小的影響較大，當(dāng)管道直徑越大時(shí)，頂進(jìn)施工的頂力也越大。頂管施工期間，如果頂力非常大，管道可以克服阻力，以此維護(hù)工程建設(shè)進(jìn)度。但是，頂力必須控制在合理范圍內(nèi)，如果千斤頂頂力比較大時(shí)，將會(huì)擠壓損壞管道，還會(huì)對管道使用壽命造成影響。所以，按照管材與管道直徑，對千斤頂頂力進(jìn)行控制。

第二，管線偏差影響。開展頂管施工時(shí)，應(yīng)當(dāng)修正管線方向，以此確保給排水管道按照設(shè)計(jì)路線鋪設(shè)。所以，在施工建設(shè)期間，必須注重地應(yīng)力集中、管片頂進(jìn)偏心受壓問題。如果頂進(jìn)方向明顯偏離，必須做好糾正處理。在糾正管線時(shí)，逆序?qū)€路糾偏精度進(jìn)行控制。當(dāng)線路過度糾偏時(shí)，將會(huì)增加頂進(jìn)施工阻力。

3.3 工作井施工

工作井施工涉及到現(xiàn)澆式、裝配式類型。工作井會(huì)極大影響頂管施工建設(shè)質(zhì)量，所以必須確保工作井的牢固性，同時(shí)將水泥攪拌樁設(shè)置在工作井外壁上，以此支撐物體，同時(shí)可以加強(qiáng)工作井抵抗千斤頂?shù)耐屏?。工作井?nèi)具備充足空間，便于排出工作坑內(nèi)水，運(yùn)出土體。

3.4 頂管出洞

在頂管施工工藝中，頂管出洞屬于重要施工工序，事故發(fā)生率較高。頂管出洞是頂管機(jī)、第一節(jié)管從工作井破出，封門之后進(jìn)入土體內(nèi)的過程。頂管出洞時(shí)，為了避免管線傾斜，必須對工具管進(jìn)行調(diào)零處理。此外，采取有效措施，彌補(bǔ)下跌問題。例如，工具管出洞前，應(yīng)當(dāng)設(shè)置初始角，在工具管下加設(shè)支撐。

3.5 嚴(yán)格遵循設(shè)計(jì)要求

在施工建設(shè)期間，為了確保管道基礎(chǔ)穩(wěn)定性與強(qiáng)度，必須嚴(yán)格遵循設(shè)計(jì)要求。如果地基水文條件不佳時(shí)，則必須做好換土改良處理，以此加強(qiáng)基槽底部承載力。當(dāng)槽底土壤受到干擾，水污染浸泡時(shí)，應(yīng)當(dāng)將軟弱土層挖掘之后，使用穩(wěn)定性較高的材料回填。地下水位以下開挖土方時(shí)，應(yīng)當(dāng)采取有效措施，全面做好坑槽底部降水排水處理，開挖干槽?？梢栽诓劭拥撞款A(yù)留20cm厚度土層，在后續(xù)施工建設(shè)中，應(yīng)當(dāng)隨挖隨封閉。

4 結(jié)束語

綜上所述，市政工程建設(shè)中，給排水工程開始廣泛應(yīng)用頂管施工技術(shù)，并且推廣到過街隧道、地下管道施工中，充分發(fā)揮出頂管施工技術(shù)的作用，同時(shí)也不會(huì)干擾周邊構(gòu)筑物和建筑物?；诮?jīng)濟(jì)性、社會(huì)效益角度分析，頂管施工技術(shù)的優(yōu)勢顯著，因此值得推廣到市政給排水施工中。

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