非開挖頂管施工技術(shù)在市政工程中的應(yīng)用

高玉起 盧 冰 張 帥

(中建八局第二建設(shè)有限公司， 山東 濟(jì)南 250014)

0 引言

近年來，我國城市化進(jìn)程飛速加快，市政基礎(chǔ)工程的建設(shè)也突飛猛進(jìn)，一派繁榮。在市政基礎(chǔ)工程中，城市內(nèi)部給排水工程作為人們?nèi)粘Ｉa(chǎn)生活的保障，其施工質(zhì)量備受人們廣泛關(guān)注與重視。在市政排水工作中，非開挖頂管技術(shù)非常適宜不需開挖、不宜開發(fā)等處地下管道的敷設(shè)。該技術(shù)在工作坑中安裝相應(yīng)的頂管裝置，繼而將管道安裝到土質(zhì)結(jié)構(gòu)中，能有效避免周邊土質(zhì)對管道產(chǎn)生影響，同時也減少了開挖敷設(shè)項目及其帶來的不便和環(huán)境影響。

1 非開挖技術(shù)的優(yōu)勢、工藝和特點(diǎn)

1.1 非開挖技術(shù)的優(yōu)勢

在上世紀(jì)末期，美國就已經(jīng)對非開挖頂管技術(shù)進(jìn)行研究，同時，將其應(yīng)用于建筑行業(yè)、城市公共基礎(chǔ)建設(shè)，目的是為了增強(qiáng)美國建筑行業(yè)在國際市場上的競爭力以及技術(shù)水平[1]。為了更好的應(yīng)用該類技術(shù)，美國的諸多高校開設(shè)相關(guān)課程，一方面培養(yǎng)專業(yè)技能型人才，一方面開展深入研究。此項技術(shù)進(jìn)入我國較晚，但是由于該項技術(shù)的優(yōu)勢較為明顯，在當(dāng)前已被廣泛引入實際建設(shè)中。

此技術(shù)在實施時，能夠有效減少與地下其他燃?xì)?、排水、電力等公共設(shè)施管道的重疊與沖撞，在通信工程、電力工程管道安裝等方面的應(yīng)用獲得了專業(yè)人員的一致認(rèn)可。在施工的過程中，對于周邊居民的影響較小，不會產(chǎn)生噪聲污染，同時減少施工過程阻攔交通運(yùn)輸情況發(fā)生，地下作業(yè)也能避免出現(xiàn)揚(yáng)塵現(xiàn)象[2]。

1.2 非開挖技術(shù)的工藝

目前，非開挖頂管施工技術(shù)在我國應(yīng)用時間較短，但其應(yīng)用廣泛，不僅經(jīng)濟(jì)效益顯著，而且對周邊環(huán)境及居民的影響很小。該技術(shù)的工藝可簡化為四個環(huán)節(jié)：（1）在管道的一段將工作井挖掘并固定；（2）在其中安裝頂進(jìn)設(shè)備；（3）在管道頂進(jìn)的過程中，共同推進(jìn)頂進(jìn)與挖土工作；（4）使管道逐節(jié)頂入到土層之中，直到完成設(shè)計的總體長度為止。

1.3 非開挖技術(shù)的特點(diǎn)

1.3.1 安全、高效、造價低

隨著我國城市改造項目的逐步推進(jìn)，老城區(qū)改造政策的提出與實行，在基礎(chǔ)公共設(shè)施建設(shè)中，如果利用常規(guī)的施工手段，不利于城市的交通、通訊等運(yùn)行，且工程量相對較大，對于施工的成本也相應(yīng)增加[3]。為了減少開挖帶來的影響，非開挖頂管技術(shù)有效應(yīng)用到實際的建設(shè)中。此種技術(shù)具有高效、安全及造價低等特點(diǎn)，且施工人員的要求相對較低，實施困難程度較小。

1.3.2 對周圍環(huán)境的影響較小

在城市的建設(shè)環(huán)境中，在商業(yè)較為繁華或者一些居住人群密集的區(qū)域，建筑物的分布也較為密集，地下鋪設(shè)的管道與線路眾多[4]。采用常規(guī)的施工辦法，施工難度也會相應(yīng)地提升，此種施工手段，能夠合理地選擇管道線路，及時避開其他管道的沖突，減少各線路之間的干擾，降低對原有公共基礎(chǔ)建設(shè)的破壞[5]。

1.3.3 不受惡劣氣候等因素影響

在絕大部分工程進(jìn)行施工中，能否順利進(jìn)行施工與天氣狀況息息相關(guān)，一旦出現(xiàn)雷雨天氣，整個施工現(xiàn)場不能正常施工，造成經(jīng)濟(jì)損失，施工周期滯后，施工成本費(fèi)增加[6]。但是頂管施工技術(shù)的實施主要是在地下，施工環(huán)境較為閉塞，不會受到環(huán)境的影響，更多的是對設(shè)備的依賴，而人員、氣候的因素影響可以忽略。表1為頂進(jìn)管道相較于其他施工辦法的比較數(shù)據(jù)，可以看出頂管施工技術(shù)的精度是其中最高的，也是與給排水管道最契合的，適用管徑可以控制在350mm～4000mm之間，雖然施工時間較長，但是能夠解決一些其他技術(shù)不能解決的問題（見表1）。

表1 頂管與其他施工辦法的比較

2 施工中應(yīng)注意的問題

2.1 施工條件

雖然非開挖頂管技術(shù)在對于與土質(zhì)層敷設(shè)重力流的排水管道和大口徑管道是目前最節(jié)省成本的方法，但與其他方式相比較也在一定程度上存在局限性，尤其是在土層厚度比較深，土質(zhì)均勻，并且主要為軟塑、流塑粘性土、其迎面阻力過大等情況，尤其是在土質(zhì)情況較為特殊的環(huán)境中，該種施工技術(shù)受到環(huán)境制約。

2.2 補(bǔ)救措施方面

針對在非開挖頂管技術(shù)的局限性，可以通過采用封閉式頂管和高強(qiáng)度承插式管材來解決，但這會增加一部分工程費(fèi)用?，F(xiàn)在在軟土地區(qū)，封閉式頂管已經(jīng)獲得了大家的認(rèn)可，得到了廣泛的應(yīng)用，成為非開挖頂管工藝的補(bǔ)充和發(fā)展。如在某工程中，采用泥水平衡頂管施工工藝，應(yīng)用注漿減阻技術(shù)，加設(shè)中繼間等輔助措施，降低了管線頂力，極大地增加了每次頂進(jìn)的距離，減少了工作井和接收井的數(shù)量，達(dá)成了成本控制的目標(biāo)，同時采用了“F”型鋼承插口管材，由于接口形式更加合理、適應(yīng)性強(qiáng)，增加了在砂層中使用的可靠性。

3 工程實例

3.1 工程概況

在對某項目研究的過程中，專業(yè)技術(shù)人員發(fā)現(xiàn)，該項目的地理位置較為復(fù)雜，施工區(qū)域周邊的居民建筑較多，安裝管線與建筑的距離只有10m左右，施工現(xiàn)場沒有頂管需要的放坡系數(shù)，頂管總長度為514m，根據(jù)施工中頂管直徑840mm，內(nèi)部直徑為700mm，一段關(guān)節(jié)的長度為24m。在具體施工中，最大受重能力不可超出140t。在進(jìn)行襯砌接縫施工環(huán)節(jié)中，防水所應(yīng)用的材料一般會采用橡膠制品。

3.2 頂管器材的選擇與應(yīng)用

在選擇頂管施工器械的過程中，使用了多刀盤土壓平衡頂管機(jī)。此種頂管機(jī)的刀盤一般為4個平均分布在頂管設(shè)施的斷面上，切面的長度一般為斷面的3/5。雖然此種頂管機(jī)沒有大刀盤土壓平衡頂管設(shè)備切削攪拌的能力，但能夠在土質(zhì)硬度相對較低的地層作業(yè)。在該項目實施過程中，為了防止頂管設(shè)備的機(jī)頭出現(xiàn)失控導(dǎo)致出線走低問題出現(xiàn)，采用多刀盤頂管設(shè)備進(jìn)行管道安裝。

3.3 頂進(jìn)中進(jìn)出洞施工

出洞頂進(jìn)在頂管施工中是最基礎(chǔ)的作業(yè)環(huán)節(jié)，繼挖掘工作坑之后，就開始實施。為了保證出洞頂進(jìn)工作順利進(jìn)行，防止在工作井施工中出現(xiàn)塌方問題[9],在出洞前務(wù)必將鋼板裝訂于磚封門之前。在鋼板樁達(dá)到工作井底板的深度后結(jié)束。在管道出洞的同時進(jìn)行磚封門的拆除，設(shè)置鋼封門能夠減少土體涌入。在頂管機(jī)與鋼封門到達(dá)一定的距離后，此時洞口安裝的止水圈開始對出現(xiàn)的水汽進(jìn)行隔離。為了減少頂管機(jī)在拔除中對周邊環(huán)境產(chǎn)生的影響，減少空隙問題出現(xiàn)，在拔出的同時頂進(jìn)需要同步進(jìn)行，不可出現(xiàn)短暫的間隙，影響施工質(zhì)量。

3.4 長距離頂進(jìn)作業(yè)以及之后的作業(yè)

在頂管技術(shù)的應(yīng)用中，除了基礎(chǔ)的頂管工作，還有關(guān)鍵部分的頂力控制工作、注漿減阻工作、中繼間輔助工作。頂力控制工作在方向調(diào)整方面有著控制作用；注漿減阻能夠有效減少建設(shè)中出現(xiàn)縫隙的問題；在填縫的過程中，混凝土的穩(wěn)定性決定縫隙填充的質(zhì)量，其在此環(huán)節(jié)面對不同的環(huán)境都有一定的抵御能力。糾偏是此環(huán)節(jié)的重點(diǎn)，頂管作業(yè)中施工人員須時刻關(guān)注受力是否均勻。

3.4.1 長距離頂進(jìn)施工措施

項目施工中，專業(yè)技術(shù)人員需要在機(jī)頭旋轉(zhuǎn)以及前進(jìn)方向上進(jìn)行糾偏，以保障機(jī)頭的行動軌跡在正常的軸線上，可以說核心問題就是對頂力的控制能力，此項工作是頂管施工技術(shù)中必不可少的。頂進(jìn)作業(yè)是否順利與行動軌跡是否出現(xiàn)偏移息息相關(guān)。在出現(xiàn)偏移的情況時，只能通過調(diào)整力矩的形式使其回到正確的軌道上。在糾偏工作中，施加的力矩使其方向不斷變化，相當(dāng)于附加了一個壓力，從而使阻力隨之增加。此附加阻力，在相關(guān)數(shù)據(jù)上沒有反映，但是需要實際的工作人員根據(jù)自身的經(jīng)驗實施。

3.4.2 注漿減阻

壓漿手段是縫隙填充中主要應(yīng)用的技術(shù)。在進(jìn)行管道拼接的過程中，注漿技術(shù)的應(yīng)用對注漿孔相關(guān)零件進(jìn)行固定，漿液不斷被擠壓涌出，可在混凝土管節(jié)外壁以鋼套環(huán)形成混凝土外殼，進(jìn)而被擠出，減少摩擦力。

（1）根據(jù)圖紙情況對壓漿混合材料進(jìn)行調(diào)配，保證其穩(wěn)定性的同時，滿足其不同的需要。

（2）科學(xué)選定注漿孔。本次施工中，專業(yè)技術(shù)人員選擇采用在混凝土管節(jié)雄頭處設(shè)計孔洞，間隔7.2m，角度120°，頂管機(jī)后連續(xù)三節(jié)都持續(xù)注漿。

（3）選擇合理的注漿工藝，根據(jù)壓漿操作的技術(shù)規(guī)范施工流程，保障施工質(zhì)量。使頂進(jìn)過程中形成的建筑間隙能夠被泥漿填補(bǔ)成為泥漿套，泵送出口壓力需盡可能控制在1-1.25×105Pa。

（4）壓漿孔的位置固定在管節(jié)一測后，施工人員在管節(jié)拼接的過程中，注漿孔被前一節(jié)的鋼環(huán)完全遮擋，壓出的漿液首先會在鋼環(huán)套與混凝土之間形成漿套，這樣漿套也就比較容易形成，降低摩擦力的效果也逐漸被凸顯出來、

3.4.3 中繼間

在施工中，施工人員可以根據(jù)施工環(huán)境進(jìn)行判斷，確定是否需要中繼間輔助的工作。在此環(huán)節(jié)的施工中，其重點(diǎn)是對實際操作與頂力進(jìn)行研究。在該項目施工中，其第一個中繼間放在了施工總體長度的1/2處位置，由于其的減阻效果較好，能夠高效地對走線進(jìn)行控制。在應(yīng)用中，第一中繼間的設(shè)置簡化了頂進(jìn)流程，在最大程度上提升了頂進(jìn)的效率。

3.4.4 深基坑支護(hù)措施

在施工中，施工人員需要對實際的基坑高度做到心中有數(shù)，經(jīng)測量后發(fā)現(xiàn)該基坑工作井的深度為7.2m，且實際的施工環(huán)境不佳，位置處于兩座居民樓之間，距離較短，工作難度大。工作坑一旦開挖，建筑周邊的土壤將會受到影響，居民樓可能下沉，穩(wěn)定性可能降低，為保證該區(qū)域內(nèi)建筑及基坑的安全，促使高質(zhì)量完成管道敷設(shè)工作，項目中主要應(yīng)用了兩種支護(hù)技術(shù)，分別為鋼板樁技術(shù)與深層攪拌樁技術(shù)。

4 工程要點(diǎn)

在本次市政排水施工中，鉆孔技術(shù)的選擇為定向鉆孔，排水管道的深度選擇為4.5m處。為保障工程的正常進(jìn)行，所有環(huán)節(jié)的工種都需要在該崗位上認(rèn)真負(fù)責(zé)。在安裝的環(huán)節(jié)中，施工人員要對實際施工圖中的位置進(jìn)行測量，包括管道的中心位置，繼而進(jìn)行導(dǎo)向孔作業(yè)。利用相關(guān)設(shè)備進(jìn)行軌跡探測施工。導(dǎo)向儀在此環(huán)節(jié)中有著重要的作用，最后實施擴(kuò)孔與回拖。在達(dá)到指定位置時，將鉆頭擴(kuò)大，完成擴(kuò)孔?？字械墓茏邮冀K保持懸浮狀態(tài)，孔洞中適當(dāng)增加水流量和泵壓。施工人員需時刻觀察現(xiàn)場出土的狀態(tài)，保障拉力正常。

5 結(jié)束語

非開挖頂管施工技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于市政工程建設(shè)中，頂管作業(yè)的低成本、工期的有效控制，都是很明顯的優(yōu)勢，在實際建設(shè)上獲得了較大的效益。在實踐過程中，在實施環(huán)節(jié)利用注漿技術(shù)對產(chǎn)生的阻力進(jìn)行調(diào)節(jié)，利用軸線對方向進(jìn)行控制，快速頂進(jìn)技術(shù)的實施減少塌方的可能性。在作業(yè)中，專業(yè)施工人員可以對建筑與實際施工管道的方位進(jìn)行確定。若距離不在可控制范圍內(nèi)，采用支護(hù)技術(shù)進(jìn)行防護(hù)，減少對建筑周邊環(huán)境以及地下其他的管道線路的影響。