頂管技術(shù)在市政給排水工程施工中的運用

業(yè)偉

昆明市政工程設(shè)計研究院（集團）有限公司 云南 昆明 650228

地下給排水系統(tǒng)的設(shè)置可為城市污水處理系統(tǒng)、自來水供水系統(tǒng)提供有效渠道，其是城市基礎(chǔ)設(shè)施中不可或缺的一部分。近年來，隨著城市化進程的不斷加快，越來越多的人涌入城市，污水處理、路面排水等問題日益凸出，不僅會影響到城市居民生活用水和日常出行，而且會產(chǎn)生一定的環(huán)境污染，不利于城市可持續(xù)發(fā)展。因此，亟需采取相應(yīng)的措施來改善和解決市政給排水問題。

1 頂管技術(shù)及其在市政給排水工程施工中運用的必要性分析

1.1 頂管技術(shù)

頂管技術(shù)為非開挖管道敷設(shè)技術(shù)，該技術(shù)應(yīng)用的主要優(yōu)勢在于無需開挖地面就可以完成地下管線、管道鋪設(shè)等作業(yè)，尤其對于需深度開挖的工程，該技術(shù)的合理應(yīng)用，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)施工時間、成本的節(jié)約，而且可以減少工程建設(shè)期間產(chǎn)生的噪音、粉塵等污染，即對城市交通、環(huán)境及居民生活產(chǎn)生的負面影響較小。但該技術(shù)應(yīng)用對施工機械設(shè)備、施工人員素質(zhì)等要求較高，意味著該技術(shù)施工難度較大，需嚴(yán)格對各施工要點進行把控，才能達到預(yù)期的施工效果。

1.2 必要性分析

隨著城市化進程的不斷加快，城市規(guī)模的快速擴大，城市地下管道、管線老化等基礎(chǔ)設(shè)施問題日益凸出，尤其是城市中心老城區(qū)位置，此類相關(guān)問題更加嚴(yán)重，迫切需要改造其市政給排水系統(tǒng)。而頂管施工技術(shù)在市政給排水工程中運用，可充分發(fā)揮其無需開挖這一施工特點，即無需開挖地面就可以完成地下管道鋪設(shè)工作，施工面由以往的面轉(zhuǎn)變?yōu)辄c，即施工范圍縮小，挖工程量減少，施工周期縮短，實現(xiàn)工程整體成本的節(jié)約，從而在確保工程施工進度、安全性的同時，凸顯出工程環(huán)境、經(jīng)濟效益。

1.2.2 對周圍建筑物、居民生活產(chǎn)生的負面影響小

城市給排水工程管道通常鋪設(shè)于公路、地下構(gòu)筑物中，會對已鋪設(shè)的管線、管道設(shè)施產(chǎn)生一定干擾。而頂管施工技術(shù)的應(yīng)用，可將管道以曲線方式鋪設(shè)于公路、地下構(gòu)筑物中，從而減少對已鋪管道管線設(shè)施的干擾，即不會干擾和破壞居住區(qū)所鋪設(shè)的水、電及通訊管線，對周圍建筑物、沿線交通等產(chǎn)生的影響小，同時，施工現(xiàn)場產(chǎn)生的噪音、粉塵等污染也會減少，不會對對城市環(huán)境和居民生活帶來的較大影響[1]。

1.2.3 環(huán)境適應(yīng)能力強

與傳統(tǒng)給排水工程管道管線敷設(shè)技術(shù)相比較，頂管技術(shù)是在工作井中進行施工，其能降低外部天氣等因素對施工進度、工藝技術(shù)產(chǎn)生的影響，確保市政給排水工程施工效率和質(zhì)量，即該技術(shù)的運用，能夠保證在合同規(guī)定內(nèi)按時竣工。

2 工程案例

2.1 工程概況

本文以某市政給排水工程為例，其位于城市主干道，車流量較大，頂管長度、管道管徑及平均埋深分別為110m、8cm、6-7m，管道主要穿越的土質(zhì)包括中細砂層、粉土、雜填土。本工程項目施工包括鋼筋工程、模板工程及混凝土澆筑等內(nèi)容，主要采取頂管技術(shù)，使用管徑為8cm的混凝土管作為污水管，并且該工程項目施工位于河道附近，受流砂、地下水影響，開挖施工容易導(dǎo)致基坑、工作井塌陷，因而，頂管施工期間采取相應(yīng)的保護措施。

2.2 頂管技術(shù)施工原理及工藝流程

頂管技術(shù)施工原理為：借助頂進力將工具管從工作土層頂入接收坑內(nèi)，將掘進的管道埋設(shè)于2個工作坑之間。本工程頂管施工技術(shù)工藝流程如圖1所示。

PP管：PP管材具有耐高溫、管道連接方便(熱熔接、電熔接、管件連接)可靠、可回收使用等特點。按照不同的PP聚合工藝條件可將其分為均聚聚丙烯 (PP-H)、嵌段共聚聚丙烯（PP-B）以及無規(guī)共聚聚丙烯(PPR)。PP-H管材因其低溫下的脆性限制了其使用，而PP-B管材和PP-R管材較為常用，尤其是PP-R管的應(yīng)用更為廣泛。PP-R管的生產(chǎn)工藝簡便易控制，管道布設(shè)對地形的適應(yīng)性強。

圖1 頂管技術(shù)施工工藝流程圖

2.3 工程特點分析

本工程頂管技術(shù)施工中頂管需從引水箱涵底穿過，管子距離涵底分別為3.1m、3.3m，對地面隆起、沉降要求較高，并且該工程施工具有頂進距離段、作業(yè)面深等特點，需將地面沉降、隆起受力控制在規(guī)定范圍，確保施工過程中不影響周圍環(huán)境，且能夠提高頂管施工水平。

3 市政給排水工程施工中頂管技術(shù)的具體應(yīng)用

3.1 施工準(zhǔn)備

3.1.1 材料、設(shè)備準(zhǔn)備

本文以某市政排污管道為例，考慮到污水本身具有一定的腐蝕性，所以本工程施工中，根據(jù)管道用途選用管徑8cm，且具有耐腐蝕、高強度的混凝土管，從而避免因管道腐蝕而出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象，確保市政給排水系統(tǒng)穩(wěn)定、安全運行。同時，結(jié)合本工程工程量、施工要求，選用相關(guān)施工機械設(shè)備。由于本工程頂管施工一次頂進的距離較長，為了確保施工安全性，提供施工質(zhì)量，選用日LEMOL型TCZ600頂管掘進機，充分發(fā)揮其破碎功能將礫石破碎，且只需一人通過地面遙控就可以操作完成，并加大機械設(shè)備進場驗收力度，以試運行的方式來檢測其工作狀態(tài)。

3.1.2 地形勘測

管頂施工技術(shù)作為地下施工技術(shù)，在施工前，需先了解本工程土質(zhì)狀況、水文、地下管線埋設(shè)等情況，且做好記錄，一旦發(fā)現(xiàn)不良土體，需進行改良，滿足工程建設(shè)要求。同時，要對施工圖紙進行檢查，開展測量放線工作，以工作井為中心對施工場地進行平整、壓實，鋪設(shè)碎石。

3.2 工作井、后背墻施工

工作坑作為材料、機械設(shè)備集中場所，也是頂管施工所搭建的臨時設(shè)施，由于本工程工作井井底設(shè)計標(biāo)高、頂管內(nèi)底設(shè)計高程落差較大，為了確保頂管施工作業(yè)順利實施，先結(jié)合工作井、接受井設(shè)計圖進行混凝土澆筑，將15×15cm的方木作為軌枕埋設(shè)于混凝土內(nèi)。同時，后背墻起到支撐的作用，本工程施工中，可將后背墻高度、厚度分別控制在2.8m、30cm，使工作井內(nèi)墻得以加寬，同時可在后背墻上鋪上鋼板，確保其受力更加均勻，墻壁面與管道頂進方向要處于垂直狀態(tài)，并要由專業(yè)人員對其檢測，將其垂直度偏差控制在0.1%之內(nèi)。頂管工作坑施工允許偏差，如表1所示。

表1 頂管工作坑施工允許偏差

3.3 導(dǎo)軌設(shè)置、安裝

本工程采取管頂施工技術(shù)，為了確保管道系統(tǒng)正常、安全運行，需合理設(shè)計導(dǎo)向軌跡，按照設(shè)計的導(dǎo)向軌跡，要求頂管水平條件在±12℃之內(nèi)，充分發(fā)揮導(dǎo)軌的引導(dǎo)作業(yè)，確保管節(jié)按照設(shè)計的中心線頂進到位，本工程施工中，使用槽鋼、雙排工字鋼作為導(dǎo)軌材料，以焊接的方式進行組裝，此外，導(dǎo)軌安裝作為頂管施工重要工作內(nèi)容，其安裝是否正確，會直接關(guān)系到頂進質(zhì)量，所以，要求兩導(dǎo)軌與管道設(shè)計高程等高、平行，與管道坡度保持一致，要將軸線位置的偏差控制在3mm之內(nèi)，并對導(dǎo)軌進行加固，從而防止在施工期間發(fā)生位移。

3.4 安裝千斤頂、頂鐵

本工程施工中，選用3臺200t的千斤頂，先將其放置于穩(wěn)固的支架上，與管道中心的垂線保持對稱，并選用型號為ZB50的高壓油泵，各臺千斤頂?shù)倪M油管以并聯(lián)方式進行連接，確保其活塞出力、行程保持一致。同時，在千斤頂與管道端部間設(shè)置頂鐵，旨在均勻地將千斤頂合力分布于管端，便于靈活地對千斤頂與管端間距進行調(diào)節(jié)。在安裝環(huán)節(jié)，要先對導(dǎo)軌接觸面、頂鐵進行清理，待頂鐵安裝后，對其安裝情況進行全面檢測，確保管道中心線與頂鐵軸線保持垂直。

3.5 管道施工

3.5.1 穿墻施工

當(dāng)施工頂鐵、千斤頂?shù)劝惭b完成后，就可以開展機頭穿墻施工，施工時，應(yīng)對穿墻速度進行合理控制，盡量減少土體暴露時間，穿墻前，要將適量的混凝土注入土體內(nèi)，以增強土層穩(wěn)定性，并且為了提高穿墻施工質(zhì)量，可使用工具管進行止水。

3.5.2 頂進施工

本市政給排水工程采取手掘式頂進技術(shù)進行頂進施工。施工前，先調(diào)整地下水位，調(diào)至管道底部0.5m水位，并采取防水處理措施，防止地下水進入頂管內(nèi)影響頂管整體施工質(zhì)量。當(dāng)工具管接觸土層后，以自上到下的順序進行分層開挖，將挖掘的坑道、管前超挖量分別控制在30-50cm、0.15cm內(nèi)[2]。

3.5.3 出洞頂進施工

出洞位置的頂進作業(yè)為整個頂管施工中的核心工序。頂管機出洞前，要預(yù)先在封閉門施工前埋設(shè)一排鋼板樁，將其埋入工作井底部鋼板下方，從而保證頂管機順利進出洞內(nèi)，防止出現(xiàn)土體坍塌問題。頂管設(shè)備出洞時，要先拆除封閉門，當(dāng)其距離封閉門0.5-1cm時，要充分發(fā)揮避水圈的作用，依次進行鋼板樁的拆除，并及時開展頂管作業(yè)，防止鋼板樁拆除作業(yè)破壞土體。此外，頂管機出洞施工初期，其承受的土體壓力較大，容易出現(xiàn)坍塌問題，為了解決這一問題，施工人員需按照正確方向繼續(xù)推動頂管機，或者通過在洞口增設(shè)手拉葫蘆裝置，且加固末端管節(jié)，避免出洞施工過程出現(xiàn)位移現(xiàn)象。

3.5.4 洞口止水

頂板施工中，為了確保管道順利從工作井中出洞，通常會根據(jù)管子外徑擴大預(yù)留洞口，一般會將洞口擴大1cm，而在這種情況下，頂板間隙會增大，會出現(xiàn)漏水現(xiàn)象，將影響頂管施工質(zhì)量。為了解決這一問題，沉井施工時，需對洞口預(yù)留的縫隙進行封堵處理。洞口止水處理包括：工作井設(shè)置時，在預(yù)留洞口位置埋設(shè)厚度為0.1cm的鋼制法蘭，對其螺栓進行焊接，同時安裝厚度為0.16cm的橡膠法蘭，并使用厚度為0.1cm的鋼壓板對法蘭進行穩(wěn)固處理，從而防止泥漿、地下水等進入工作井內(nèi)。

3.6 注漿減阻

注漿施工的目的是消除管線周圍的孔隙，使管線使用壽命延長。注漿施工作為頂管施工中的重要環(huán)節(jié)，其施工質(zhì)量會直接影響整個排水管道施工質(zhì)量，所以，要嚴(yán)格按照設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)來選擇注漿材料，確保泥漿粘性、穩(wěn)定性符合施工要求，本工程施工中選用優(yōu)質(zhì)的膨潤土，根據(jù)膨潤土：水=1:8的比例配制泥漿[3]，并將泥漿攪拌均勻，防止出現(xiàn)離析現(xiàn)象，泥漿壓入前，進行二次攪拌；然后在管節(jié)一端設(shè)置3個注漿孔，且將注漿孔間距控制在7.2m，安裝注漿管后，按照注漿流程進行作業(yè)，對地表、地下水變化情況進行實時觀測，以此為依據(jù)靈活地調(diào)整壓漿量、注漿壓力，當(dāng)頂進曲線段時，可通過增加注漿量的方式，使泥漿套更加完整，并將單向閥設(shè)置于泥漿出口位置，避免出現(xiàn)回漿、注漿壓力減小等問題，同時，要確保土體間隙被完全填充，形成不易變形的泥漿保護套，從而降低管道的摩擦阻力，即減輕頂進施工的阻力。

3.7 設(shè)置中繼間

在頂管施工中，為了減輕沉井受力，防止管道出現(xiàn)漏水問題，需設(shè)置中繼間，以環(huán)狀的形式將中繼油缸均勻分布，完成接力頂管作業(yè)，從而提高頂管施工效率。本工程項目中，由于頂管機頂進期間，土質(zhì)條件會發(fā)生變化，施工環(huán)境處于波動狀態(tài)，因而，需在靠前位置設(shè)置第1個中繼間，當(dāng)頂管機推動力達到預(yù)設(shè)推力的60%時，設(shè)置第1個中繼間，當(dāng)達到預(yù)設(shè)推力80%時[4]，設(shè)置第2個中繼間，實際頂進過程中，應(yīng)結(jié)合頂力情況來使用中繼間。

3.8 管線糾偏

頂管施工中容易出現(xiàn)管道位移問題，即管道實際與規(guī)定位置二者出現(xiàn)偏差，從而降低市政給排水各施工質(zhì)量的情形。因此，在頂管施工中，需對軸線位置、管道內(nèi)徑、管道內(nèi)底高程等參數(shù)進行嚴(yán)格控制。若頂管施工中管位偏差為0.1cm時，可通過管線糾偏手段來確保頂管施工質(zhì)量，具體糾偏為：其一，先借助所設(shè)置的糾偏千斤頂組對機頭端面的方向進行調(diào)整，使其向軸線靠近，縮小管位偏差，確保軸線與機頭端面運行方向重合，達到管道復(fù)位的目的；其二，在頂進中頂管機頭發(fā)生旋轉(zhuǎn)時，可將壓重塊設(shè)置于機頭旋轉(zhuǎn)的反方向，或者通過中繼站中所設(shè)置的旋轉(zhuǎn)糾正力矩來調(diào)節(jié)管道位置，從而使管道逐漸處于正確位置。

表2 頂管施工中軸線、管道內(nèi)徑等參數(shù)的允許偏差

3.9 管道試壓

在市政給排水管道頂進作業(yè)完成后，可采取單向水壓測試的方式來檢測管道綜合水壓，具體測試為：先將管道空氣排出，接著加水、加壓，當(dāng)施加的壓力達到規(guī)定值后停止加壓，從而了解管道是否存在滲漏問題，接著在此基礎(chǔ)上以增壓、減壓的方式來判斷管道安裝是否合理，若管道能夠承受正常工作壓力的1.5倍，則意味著管道滿足給排水系統(tǒng)使用要求。

4 結(jié)束語

綜上所述，頂管技術(shù)作為市政給排水工程施工中常用的施工技術(shù)，無需進行大范圍開挖土方，就可以完成地下管道施工作業(yè)，不僅對周圍建筑物、環(huán)境及居民生活帶來的負面影響小，而且工程量較小，所投入的機械設(shè)備、人力等少，能夠?qū)崿F(xiàn)施工成本的節(jié)約。然而，頂管技術(shù)的施工難度較大，因此，該技術(shù)在市政給排水工程中運用時，需結(jié)合工程土質(zhì)特性、施工要求及地下管線敷設(shè)情況等，制定合理的施工方案，并嚴(yán)格按照頂管施工工藝流程、方法進行操作，對各施工階段技術(shù)要點嚴(yán)格把控，從而提高市政給排水工程整體施工質(zhì)量，凸顯出頂管技術(shù)在市政給排水工程中應(yīng)用的優(yōu)勢。