頂管技術(shù)在市政給排水管道施工中的運用分析

陳玉葉

（六冶洛陽機電安裝有限公司，河南 洛陽 471003）

1 頂管施工技術(shù)的優(yōu)勢分析

1.1 施工效率較高

常規(guī)的市政排水管道施工方法為：在施工區(qū)域進(jìn)行大規(guī)模開挖，之后將管道放入地下適當(dāng)位置，完成連接固定之后，進(jìn)行土方回填，最后對路面進(jìn)行壓實整理作業(yè)。該過程工期長、復(fù)雜程度較高，施工期間容易受到多種因素的影響（如一旦出現(xiàn)雨雪天氣，施工大概率延期等），效率偏低。頂管施工則只需完成工作坑的開挖，之后借助頂進(jìn)設(shè)備源源不斷地產(chǎn)生頂進(jìn)力，將管道頂入預(yù)設(shè)位置即可。由于施工過程基本不受極端天氣的影響，故工期不會延誤，施工效率較高[1]。

1.2 對市政交通的造成的影響較小

我國的城市發(fā)展日新月異，很多城市經(jīng)過數(shù)十年甚至上百年的發(fā)展，已經(jīng)形成了龐大的規(guī)模。為了保障城市的運行效率，地下管網(wǎng)幾乎遍布城市地下空間。但在長時間的應(yīng)用后，一些城市的地下管道經(jīng)常出現(xiàn)滲漏、腐蝕等問題，必須進(jìn)行更換。如果按照常規(guī)的大規(guī)模開挖土方—更換管道—土方回填—整平路面的施工方法，特別是施工區(qū)域恰好在主干道路上，則市政交通必定受到嚴(yán)重影響，市民出行、地上公共交通的線路設(shè)置方案都會被迫更改，會在一定程度上降低城市運轉(zhuǎn)效率。相較之下，頂管施工可以靈活選擇工作坑的開挖位置，只需將較小區(qū)域設(shè)置為施工帶，做好防護(hù)阻隔措施，即可完成地下管網(wǎng)的鋪設(shè)與更換作業(yè)，可以將對市政交通造成的影響降到最低水平。

1.3 對市政環(huán)境造成的破壞較小

常規(guī)管道施工方法還會在很大程度上破壞市政環(huán)境，包括但不限于：（1）大規(guī)模土方開挖必定導(dǎo)致市容受到影響，且塵土飛揚會增加空氣中固體顆粒物的濃度，導(dǎo)致空氣質(zhì)量下降。（2）大規(guī)模開挖必定伴隨大面積土地被隔絕，施工垃圾、作業(yè)痕跡都會令原本整潔的城市空間受到污染。（3）較長時間的挖掘會產(chǎn)生大量噪聲，如果施工場地周邊恰好是民用住宅，隨著樓層高度的提升，噪聲的聲波豎直向上會越來越大，聲音污染會嚴(yán)重影響城市居民的日常休息。而頂管施工工期短、能耗小、開挖面積小，對環(huán)境造成的整體破壞性較低[2]。

2 頂管施工在市政給排水管道施工中的具體應(yīng)用

2.1 施工工藝的選擇

頂管施工的核心應(yīng)用思路為：在目標(biāo)施工區(qū)域的兩端，分別開挖一個工作坑和一個目標(biāo)井，且不需要開挖面層，只需穿越地面構(gòu)筑物和地下管線及公路、鐵路、河流等即可。在選擇具體的工藝之前，應(yīng)遵循如下原則：（1）為了降低對市政交通造成的干擾，盡量避免出現(xiàn)“大開挖”情況，當(dāng)市政給排水管道工程中涉及的管道符合“大口徑管節(jié)”的標(biāo)準(zhǔn)，且預(yù)計埋深超過3 m時，便可采用頂管法開展埋設(shè)作業(yè)。（2）頂管作業(yè)全程均在工作坑內(nèi)進(jìn)行。而工作坑與檢查井的位置大致重合。（3）當(dāng)管節(jié)被下放到坑內(nèi)時，可使用液壓千斤頂頂入土壤，管節(jié)前方應(yīng)設(shè)置機頭，輔助向前方導(dǎo)進(jìn)。千斤頂后方需設(shè)置支撐用的后座，在頂進(jìn)作業(yè)過程中完成接口的設(shè)置[3]。

2.2 應(yīng)用過程

2.2.1 機頭的設(shè)置

機頭別稱工作管、導(dǎo)頭，實際上是挖掘地下空間必不可少的重要設(shè)備，通過在地下向前方不斷掘進(jìn)，開辟出位置，逐漸帶動管道前進(jìn)。此外，機頭還應(yīng)起到定向糾偏（校正挖土方向）以及埋設(shè)管節(jié)、防止管節(jié)前土方坍塌的作用。圖1為機頭帶動待頂管節(jié)作業(yè)的示意圖。

圖1 機頭帶動待頂管節(jié)作業(yè)示意圖

機頭的具體構(gòu)造一般取決于松土運送的方法。常見的松土運送方法可分為機械法和水力法兩大類。前者主要應(yīng)用帶式或螺旋輸送機，后者主要應(yīng)用水力泥漿罐。挖土的方法需要依次經(jīng)過開挖（包含人工開挖和機械開挖）、擠壓、水沖、抽吸4個階段。為了降低頂進(jìn)作業(yè)時頂管遭遇的阻力，可在機頭設(shè)置階段，在溝道外壁之上壓實一層泥漿，形成泥漿套，還有助于提高地下土層的穩(wěn)定程度。

2.2.2 工作坑

工作坑設(shè)置是頂管施工必不可少的環(huán)節(jié)。一般而言，工作坑的平面應(yīng)該呈現(xiàn)出矩形的外貌特征，且通常與管道平行的方向為“矩形”的長邊，開挖深度應(yīng)保證充足。為保證工作坑作業(yè)全過程處于安全狀態(tài)，需要在坑壁處設(shè)置支撐體系。常用的方法為使用鋼板樁。在竣工之后，坑位無須進(jìn)行覆土作業(yè)，只需使用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的沉箱（箱壁必須預(yù)留位置正確且大小合適的管孔），通過沉井作業(yè)，直接改造為檢查井。在實際施工過程中發(fā)現(xiàn)，工作坑的前后壁在管道頂進(jìn)作業(yè)開展期間，會承受極大的應(yīng)力，故必須進(jìn)行加固。工作坑的構(gòu)造和設(shè)施如圖2所示。

圖2 工作坑的構(gòu)造和設(shè)施一覽圖

2.2.3 接收井

接收井是在市政給排水管道工程中，在與工作坑相對的另一端開挖的工程設(shè)施。與工作坑相同，接收井的平面同樣呈現(xiàn)矩形，平行于管道的方向為長邊。在具體的長度設(shè)計方面，接收井至少應(yīng)該達(dá)到“足以支撐頂管機頭能夠被取出”的標(biāo)準(zhǔn)。此外，還可以選擇管道轉(zhuǎn)折處設(shè)置平面為圓形形態(tài)的接收井，內(nèi)徑設(shè)置同樣需要達(dá)到“足以支撐機頭能夠被取出”的標(biāo)準(zhǔn)。由于接收井的深度同樣較深，故也應(yīng)使用鋼板樁完成井壁的支撐體系設(shè)置。在竣工之后，接收井可完全按照工作坑的處理方式，改建成另一個檢查井。

2.2.4 管節(jié)頂進(jìn)與接口處理

1）挖土。具體的挖掘方法可分為人工挖土、擠壓切土、水力沖土、機械切土等。在實際工程中，以上幾種挖土方式可按照一定的順序先后應(yīng)用。不同的方法適用的現(xiàn)場情況為：（1）人工挖土，采用“人力挖掘、小車運土”的方式，在前段挖掉一段土方之后，可進(jìn)行頂管作業(yè)。適用土質(zhì)較好，管道管徑在1 000 mm以上的情況。（2）擠壓切土。是指將機頭頂入土中之后，一段土體會被擠進(jìn)頂管機頭，之后沿著擠壓口的內(nèi)緣，將土體切斷，使其落在出土車等設(shè)備之上，運至工作坑后排出。擠壓切土挖土工藝示意圖如圖3所示。（3）水力沖土。在施工期間，使用高壓水流將處于工作面上的土層全部沖碎，之后將破碎的土渣裝進(jìn)運輸設(shè)備，將泥水混合物排放至地表。（4）機械切土法是指在機頭處設(shè)置刀盤，之后在頂進(jìn)的過程中完成切土。切削獲得的土應(yīng)通過輸送機運送至工作坑。

圖3 擠壓切土挖土工藝示意圖

2）管節(jié)頂進(jìn)過程中的方向控制。管節(jié)在機頭的帶動下向前頂進(jìn)時，必須保證方向不脫離預(yù)設(shè)軌道。有效方法為：每間隔一段時間，觀測頂進(jìn)的管節(jié)位置是否發(fā)生偏離。若發(fā)現(xiàn)偏差，則應(yīng)立刻校正。

3）管節(jié)接口處的設(shè)置。一節(jié)管節(jié)在機頭的帶動下成功頂進(jìn)預(yù)設(shè)位置之后，后續(xù)的管節(jié)與之前的管節(jié)之間必須進(jìn)行良好的連接，否則結(jié)構(gòu)處容易埋下遺漏等安全隱患?，F(xiàn)階段，頂管的管節(jié)均為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，故管口形式呈現(xiàn)出凸口狀。面對此類型的管節(jié)接口，具體的處理方法應(yīng)該分為兩個階段。第一階段，在一節(jié)管道頂進(jìn)作業(yè)完成之后，另一節(jié)管道下吊至工作坑時，便需將兩節(jié)管道的管口處嚴(yán)整對齊，之后在凸緣處添加一圈經(jīng)過瀝青沉浸的麻辮。第二階段，針對管節(jié)內(nèi)壁進(jìn)行接口處理時，應(yīng)該在接口處使用金屬內(nèi)脹圈，目的在于使接口內(nèi)壁被撐緊。在內(nèi)外都得到良好處理后，相鄰兩個管節(jié)的接口處發(fā)生錯口的概率會大幅度降低。管節(jié)接口處理如圖4所示。在管節(jié)頂進(jìn)全部完成后，應(yīng)該對內(nèi)脹圈進(jìn)行切除，之后在接口處添加水泥砂漿，完全磨平管道內(nèi)壁。至此階段，接口處的連接密封處理便全部完成。但在一些工程中，為了提高管道接口處的密封質(zhì)量，還會要求施工人員在管口的外側(cè)安裝一層外套環(huán)，之后再安裝一層橡膠圈，可進(jìn)一步提升管道的防滲漏效果。具體的處理技術(shù)應(yīng)根據(jù)管道接口的類型而定。比如，接口如果是F形，則應(yīng)該首先對已經(jīng)完成頂進(jìn)作業(yè)的管節(jié)的雄口上涂抹硅油，起到潤滑作用，方便與O形止水橡膠圈進(jìn)行對接。在此基礎(chǔ)上，還應(yīng)對另一管節(jié)的接口口內(nèi)安裝一層襯墊。待管節(jié)被全部頂進(jìn)之后，可使用聚硫密封膏對管內(nèi)壁的接口區(qū)域進(jìn)行涂抹、磨平。

圖4 相鄰兩個管節(jié)接口處理效果圖

3 結(jié)語

綜上所述，在市政給排水管道工程中，應(yīng)用管道頂進(jìn)施工工藝的優(yōu)點在于：對環(huán)境破壞小、工期短、效率高。為保證施工質(zhì)量，在施工前的準(zhǔn)備環(huán)節(jié)，應(yīng)注重對機頭的設(shè)置水平。在后續(xù)的工作坑及接收井開挖作業(yè)時，應(yīng)保證此兩項頂進(jìn)作業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施在長度、深度、寬度方面的參數(shù)滿足下放管道的需求。在頂進(jìn)作業(yè)期間，應(yīng)注意控制機頭的頂進(jìn)方向，發(fā)現(xiàn)偏差必須即刻糾正。此外，還應(yīng)做好相鄰管節(jié)管口處的密封工作，避免管道在后續(xù)應(yīng)用時出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象。