頂管施工技術(shù)在城市給排水工程中的應(yīng)用

聞 衍

(紹興柯橋排水有限公司，浙江 紹興 312000)

隨著城市化建設(shè)進(jìn)程的不斷深化，我國(guó)城市基礎(chǔ)工程體系建設(shè)不斷完備。其中，市政管網(wǎng)是城市基礎(chǔ)工程體系中的重要組成部分，實(shí)際建設(shè)過程中涉及層面也較為廣泛，對(duì)工程施工技術(shù)提出更高的要求?？紤]到給排水工程施工過程中不可避免地阻礙周邊交通順暢度，要求技術(shù)領(lǐng)域結(jié)合工程實(shí)踐以及相關(guān)理論提出頂管施工技術(shù)，其實(shí)際應(yīng)用中可以有效降低工程開挖量，還可以大幅降低施工用地，避免對(duì)周邊環(huán)境造成較大影響，兼顧提升施工效率與質(zhì)量的雙重要求。

1 頂管施工技術(shù)概述

從技術(shù)層面分析，頂管施工技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用過程中主要是利用專業(yè)化頂管機(jī)械，依照坡道要求對(duì)施工管道進(jìn)行相應(yīng)處理，并推動(dòng)其進(jìn)入地下，使管道在地下形成交叉性管網(wǎng)體系。該技術(shù)也被稱之為非開挖管道敷設(shè)技術(shù)，其實(shí)際應(yīng)用過程中體現(xiàn)出如下優(yōu)點(diǎn)：其一，管道工程施工過程中無(wú)需開挖作業(yè)環(huán)節(jié)，極大地降低施工人員工作量，同時(shí)也可以避免破壞周邊植被與土地資源；其二，該技術(shù)可以有效應(yīng)用在需貫穿地面建筑或管道工程的鋪設(shè)、維修施工之中；其三，相較于傳統(tǒng)開挖敷設(shè)施工，頂管施工技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中所需時(shí)間更短、工程成本更低；其四，頂管施工技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用過程中可以有效達(dá)成降低污染、保護(hù)環(huán)境目標(biāo)[1]。

2 給排水工程中頂管技術(shù)應(yīng)用特點(diǎn)

2.1 對(duì)周邊環(huán)境影響較小

頂管施工技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用過程中無(wú)需對(duì)施工區(qū)域的原有土層結(jié)構(gòu)進(jìn)行改變，也不需要進(jìn)行開挖溝槽施工，在作業(yè)施工中所產(chǎn)生灰塵與噪聲量相對(duì)較少，也不會(huì)對(duì)周邊建筑以及地下管線的正常使用造成影響[2-3]。

2.2 施工過程無(wú)需開挖地面

頂管技術(shù)也被稱之為溝槽非開挖技術(shù)，其實(shí)際作業(yè)過程中需要溝槽開挖流程，既能節(jié)約施工時(shí)間，也還能提升施工效率。該技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中不會(huì)影響施工區(qū)域交通通行，也無(wú)需對(duì)地面建筑進(jìn)行拆遷處理，可以直接穿越土層進(jìn)行施工，有效降低了施工成本。

2.3 施工面點(diǎn)型分布特色

相較于頂管施工技術(shù)，傳統(tǒng)挖槽埋管施工技術(shù)為線性施工，其所需施工面積較大，作業(yè)過程對(duì)周邊環(huán)境影響較大，社會(huì)效益不理想。頂管施工技術(shù)施工面由線型轉(zhuǎn)為點(diǎn)型，有效彌補(bǔ)了傳統(tǒng)埋管施工技術(shù)的缺陷，降低了工程占地面積，在緩解我國(guó)土地資源緊張局面方面具有重要作用[4]。

3 施工材料

技術(shù)人員在實(shí)際選擇頂管施工技術(shù)所需漿材過程中，應(yīng)依照國(guó)家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)對(duì)膨潤(rùn)土、粉煤灰、純堿等進(jìn)行檢驗(yàn)。頂管施工作業(yè)所需的鋼管厚度、接頭等按實(shí)際需要的承載力進(jìn)行設(shè)計(jì)，鋼筋混凝土管材必須滿足下列技術(shù)規(guī)范：1)在堿環(huán)境下使用非活性骨料，其最大堿量應(yīng)符合CECS 53—93混凝土堿含量限值標(biāo)準(zhǔn)。2)摻入混凝土添加劑時(shí)，必須滿足GB 50119—2013混凝土外加劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)范中的有關(guān)要求。3)鋼筋的選擇：HPB235,HRB335,HRB400，優(yōu)先選擇變形鋼筋。4)混凝土和鋼筋力學(xué)性能指標(biāo)，按照GB 50010—2010混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范(2010)中有關(guān)規(guī)定進(jìn)行。5)根據(jù)施工情況及吊裝能力，確定鋼筋混凝土頂管接頭的長(zhǎng)度。

4 頂管施工工藝流程及操作要點(diǎn)

施工中應(yīng)準(zhǔn)確掌握各個(gè)工序要點(diǎn)，在進(jìn)行頂管施工之前，必須結(jié)合工程的具體條件及周邊的條件，制訂科學(xué)的頂進(jìn)施工方法，比如測(cè)量、鋪設(shè)導(dǎo)軌等，在隨后的工程中對(duì)頂管頂入的強(qiáng)度和剛性進(jìn)行合理的計(jì)算，以確保工程的正常進(jìn)行[5]。注漿環(huán)節(jié)是頂管施工中要注意的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，它是頂管中長(zhǎng)距離頂進(jìn)的必要條件，注漿材料性能直接對(duì)中長(zhǎng)距頂進(jìn)施工質(zhì)量造成影響。注漿過程中必須依據(jù)前期的觀測(cè)資料，合理地調(diào)節(jié)頂管機(jī)的土壓、減阻泥漿注漿量、推進(jìn)率等施工參數(shù)，確保注漿過程能有效地控制地表變形。機(jī)械頂管施工是一種綜合性很高的機(jī)械化施工技術(shù)，必須保證施工工藝，最大限度地保障施工安全，具體工藝流程如圖1所示。

5 施工操作要點(diǎn)

5.1 頂管施工技術(shù)實(shí)際操作要點(diǎn)

1)工作井施工環(huán)節(jié)。此環(huán)節(jié)作業(yè)中應(yīng)采用兩次澆筑成型技術(shù)，其中上部混凝土井壁澆筑作業(yè)應(yīng)在刃腳混凝土強(qiáng)度達(dá)到預(yù)訂標(biāo)準(zhǔn)的70%后進(jìn)行，實(shí)際澆筑施工過程中應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，避免井壁中出現(xiàn)施工縫。下沉作業(yè)過程中應(yīng)確保沉井始終保持垂直狀態(tài)，施工單位應(yīng)注意依據(jù)地質(zhì)情況選擇滿足實(shí)際施工需求以及質(zhì)量需求的施工技術(shù)。取土下沉作業(yè)過程中，施工技術(shù)人員應(yīng)對(duì)整個(gè)施工流程進(jìn)行嚴(yán)密觀測(cè)，在出現(xiàn)下沉困難情況下及時(shí)采取相應(yīng)處置手段，確保沉井作業(yè)有序開展[6]。

2)后靠墻施工環(huán)節(jié)。施工單位在實(shí)際作業(yè)過程中應(yīng)注意，采用強(qiáng)度為C30的混凝土材料，當(dāng)混凝土強(qiáng)度達(dá)到預(yù)計(jì)標(biāo)注的75%后方可進(jìn)行后續(xù)頂進(jìn)施工。

3)頂管設(shè)備選擇及安裝環(huán)節(jié)。施工單位在實(shí)際開展頂管施工技術(shù)過程中，應(yīng)充分認(rèn)識(shí)到頂管機(jī)頭選型、設(shè)備規(guī)格、型號(hào)以及數(shù)量對(duì)整個(gè)工程質(zhì)量的影響，技術(shù)人員工作中應(yīng)依據(jù)工程實(shí)際要求開展設(shè)備選型設(shè)計(jì)工作。工作井井內(nèi)設(shè)置主要涵蓋后靠背、導(dǎo)軌、主頂油缸等，同時(shí)還包括連至井外的循環(huán)系統(tǒng)以及泥漿排除管道，技術(shù)人員在境內(nèi)設(shè)備布局設(shè)計(jì)過程中應(yīng)避免其影響混凝土管吊裝作業(yè)。

4)機(jī)頭穿墻出洞作業(yè)。此環(huán)節(jié)作業(yè)重點(diǎn)主要涵蓋以下幾方面：其一，洞門止水裝置安裝環(huán)節(jié)。施工單位應(yīng)在頂進(jìn)施工設(shè)定方向前坑內(nèi)澆筑混凝土配比合理的前止水墻，隨后在墻上預(yù)留孔洞位置安裝橡膠材質(zhì)的止水圈。其具體構(gòu)造如圖2所示。除此以外，在作業(yè)中還應(yīng)該對(duì)此環(huán)節(jié)施工的封門拔除作業(yè)進(jìn)行重點(diǎn)關(guān)注，確保頂管高效有序出洞，避免因土體流塑性產(chǎn)生塌方事故。

5)預(yù)制管進(jìn)場(chǎng)及吊裝作業(yè)環(huán)節(jié)。頂管施工作業(yè)所需管道均為工廠預(yù)制產(chǎn)品，施工單位在接收管道后應(yīng)確保其堆放的穩(wěn)定性，應(yīng)該與工作井保持安全距離，避免對(duì)其他作業(yè)環(huán)節(jié)造成阻礙。

6)頂進(jìn)作業(yè)環(huán)節(jié)。該環(huán)節(jié)需注意的關(guān)鍵點(diǎn)主要涵蓋頂進(jìn)方法選擇以及頂管段單元長(zhǎng)度測(cè)算、中繼段劃分以及減阻手段、頂進(jìn)方向控制方案等[7]。

5.2 正常頂進(jìn)作業(yè)主流程

其一，施工準(zhǔn)備階段中，應(yīng)開展測(cè)量放樣工作；其二，頂進(jìn)設(shè)備安裝作業(yè)階段中，應(yīng)開展的工作主要包括現(xiàn)場(chǎng)平面布置、起重設(shè)備及注漿設(shè)備安裝、注漿材料配置等；其三，掘進(jìn)機(jī)就位階段，應(yīng)首先對(duì)設(shè)備性能進(jìn)行調(diào)試，隨后將其安置于工作井中；其四，掘進(jìn)機(jī)進(jìn)洞階段，應(yīng)及時(shí)開展破洞口磚封門、主頂油缸推進(jìn)、拔除井門鋼封口以及出泥準(zhǔn)備作業(yè)；其五，管道頂進(jìn)作業(yè)階段，應(yīng)及時(shí)開展頂進(jìn)糾偏、觸變泥漿壓柱、頂進(jìn)操作控制以及頂級(jí)出泥作業(yè)；其六，鋼管焊接階段，應(yīng)對(duì)焊縫接口部分進(jìn)行檢驗(yàn)。在中繼站設(shè)計(jì)工作中，中繼站的設(shè)定取決于總的頂力，中繼環(huán)設(shè)計(jì)應(yīng)滿足下列任一條件：1)當(dāng)總的頂力比主頂液壓機(jī)構(gòu)大時(shí)；2)當(dāng)軸向壓力總管道所容許時(shí)；3)當(dāng)總的支承力比和最大的承載力和最大的承載力時(shí)。

在實(shí)際工程中，管節(jié)外壁及周邊土的摩擦力應(yīng)該由頂板施工所得資料來(lái)計(jì)算，合理調(diào)整轉(zhuǎn)接間隔，盡量降低轉(zhuǎn)接間隔，確保頂進(jìn)過程的順利進(jìn)行。在減阻措施設(shè)計(jì)方面，刀具管的阻力主要有刀具管的正壓力、管壁摩擦、刀具管的氣、水壓力，應(yīng)通過采用注漿技術(shù)，在巖體與巖體之間形成一層泥漿護(hù)層以減少巖層的摩擦力，從而減少巖層的巖層[8]。

在方向控制方案設(shè)計(jì)中，施工單位應(yīng)確保方案滿足如下要求：其一，在頂板施工中，為了確保整個(gè)頂進(jìn)軸線的一致性，應(yīng)采用連接三角法進(jìn)行周期性的復(fù)測(cè)；其二，為更好的解決測(cè)量用的時(shí)間問題，應(yīng)盡量減少測(cè)量站的數(shù)量。在鉆進(jìn)結(jié)束后，如果遇到流沙、砂石等或沖頂發(fā)生超掘情況時(shí)，則替換采用注漿技術(shù)，對(duì)不良巖層進(jìn)行置換注漿。

6 頂管施工質(zhì)量控制措施

6.1 頂管施工風(fēng)險(xiǎn)后果

頂管施工技術(shù)實(shí)際操作過程中涉及的要點(diǎn)主要涵蓋以下幾方面：

1)在實(shí)際頂管工程中，質(zhì)量控制風(fēng)險(xiǎn)引發(fā)的后果會(huì)對(duì)長(zhǎng)距離頂管的施工工期造成直接影響，若因質(zhì)量問題導(dǎo)致工期延長(zhǎng)，將造成工期延誤和額外成本投入。2)如遇突發(fā)狀況，或受其他原因影響，必須進(jìn)行應(yīng)急挖掘，則會(huì)造成相應(yīng)的應(yīng)急挖掘成本。3)在頂管工程中，設(shè)備損壞是項(xiàng)目的首要危險(xiǎn)結(jié)果，它的危害主要表現(xiàn)在設(shè)備的維修、更換等需要耗費(fèi)額外成本，同時(shí)性能受損設(shè)備也無(wú)法達(dá)成預(yù)期施工效果。4)在人為因素影響下，由于工程建設(shè)中的施工人員和技術(shù)工人失誤而導(dǎo)致管線軸線或高程發(fā)生較大的偏離，造成了工程風(fēng)險(xiǎn)的后果，進(jìn)而產(chǎn)生了一大批消極的后果。

6.2 頂管施工質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)

從技術(shù)角度分析，頂管施工技術(shù)作為一種非開挖技術(shù)，在實(shí)際應(yīng)用中具有施工效率高、對(duì)周邊環(huán)境破壞小、社會(huì)效益及經(jīng)濟(jì)效益顯著等方面的優(yōu)勢(shì)，這就使得該技術(shù)受到施工領(lǐng)域內(nèi)的廣泛認(rèn)可與應(yīng)用，同時(shí)施工領(lǐng)域內(nèi)也針對(duì)頂管施工質(zhì)量控制要點(diǎn)進(jìn)行深入研究，具體內(nèi)容涵蓋以下幾方面：第一，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范方面。現(xiàn)階段頂管施工技術(shù)應(yīng)用主要依托于如下規(guī)章標(biāo)準(zhǔn)：GB 50010—2010混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范、GB/T 50107—2010混凝土強(qiáng)度檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)、GB 50268—2008給排水管道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范等。第二，施工領(lǐng)域內(nèi)對(duì)頂管作業(yè)允許偏差進(jìn)行科學(xué)設(shè)定，具體如表1所示。

表1 土壓平衡頂管允許偏差

6.3 質(zhì)量控制手段

6.3.1 頂進(jìn)壓力控制

在頂板作業(yè)中，應(yīng)注意實(shí)時(shí)測(cè)量并及時(shí)糾偏。針對(duì)不同的地質(zhì)情況應(yīng)選用適當(dāng)?shù)你@井液，以達(dá)到“同量、及時(shí)、足量”的目的。在施工前期，要對(duì)有關(guān)工程設(shè)備進(jìn)行全面的檢測(cè)，確保設(shè)備在施工過程中正常運(yùn)行。在頂進(jìn)施工中，如果出現(xiàn)頂力過大應(yīng)立即停止作業(yè)，查找出問題并改進(jìn)措施。

6.3.2 頂管機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)

控制頂管機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的最佳方式是在機(jī)頭放置廢鋼等配重，并使其與頂管轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反；另一種方式是將頂管頭的刀片轉(zhuǎn)動(dòng)方向與機(jī)身的轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反[9]。

6.3.3 崩鐵問題控制

在頂入時(shí)，應(yīng)密切關(guān)注壓力計(jì)指示器的變化，特別是在頂入后期，要認(rèn)真地檢查頂鐵的安裝狀況，觀察其表面有無(wú)剝落，垂直頂鐵有無(wú)外拱，如發(fā)現(xiàn)上述兩種情形，應(yīng)立即停止頂入作業(yè)。采用相應(yīng)的工藝措施，以減小頂鐵的縱向長(zhǎng)度，防止塌陷事故的發(fā)生。

6.3.4 背板斷裂的控制

背板施工中應(yīng)按照要求進(jìn)行反方向的固定，并在完成后檢查其垂直。頂入過程中，如果出現(xiàn)頂板轉(zhuǎn)速急劇增加時(shí)，必須立即停止施工，查明原因并對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)處置。

6.3.5 防治地表塌陷

1)充填的砂土。利用回填方法快速填滿土壤中的空隙，填補(bǔ)因土壤流失而產(chǎn)生的裂縫，并在回填時(shí)加入適量水分，以加速黃沙的擴(kuò)散。

2)灌漿補(bǔ)強(qiáng)。對(duì)于較大的沉陷區(qū)，采用局部注漿加固，在頂管上方3 cm處進(jìn)行加固。注漿物料選用水泥-水玻璃漿料，灌漿時(shí)的注漿壓力為0.25 MPa～0.6 MPa，注漿速度為30 L/min，灌漿工序從深淺到不間斷，每次均為0.3 m。注漿作業(yè)要按照規(guī)定的深度進(jìn)行鉆孔，隨即注入密封的泥漿，再將塑料單向閥管插入到設(shè)計(jì)深度；當(dāng)封口泥漿固化后，將雙向密封的芯管插入塑料閥門內(nèi)，然后進(jìn)行灌漿。注漿前應(yīng)對(duì)相關(guān)材料、設(shè)備和輔助設(shè)備進(jìn)行檢查，確保水電的正常運(yùn)行，注漿后不能隨意中斷。

7 結(jié)語(yǔ)

頂管施工技術(shù)在道路給排水工程施工過程中得到廣泛認(rèn)可與應(yīng)用，其實(shí)際應(yīng)用過程中可以顯著提升施工效率并取得較好的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)效益。本文針對(duì)頂管施工技術(shù)在道路給排水工程中的應(yīng)用要點(diǎn)進(jìn)行了研究，對(duì)其質(zhì)量策略進(jìn)行了闡述，為提升城市道路的給排水工程質(zhì)量提供有力保障。