城市污水管道設計與非開挖施工技術分析

徐國煥

（中鐵十九局集團第五工程有限公司，遼寧 遼陽 111000）

近年來隨著城市經濟的飛速發展，城市規模的不斷擴大，同時由于地下管線越來越多、城市的交通日益繁忙，對城市市政配套管道設施建設中技術性、環保性、經濟性的要求越來越高。利用優化設計理念進行設計，適應可持續反戰要求。在施工過程中，非開挖鋪設管道技術以其不需開挖路面，交通不斷行，對周圍環境影響能減少到最小，管道埋深的范圍較大等獨特優點，將會在繁華的大都市政建設中越來越廣泛的應用。

1 優化設計

1.1 基本思想

依據現行的《城市排水設計規范》和城市污水排放工程建設操作的基本要求，在污水管道的管徑施工中，要充分考慮到精確性，準確確定管徑的應用要求和基本設計規范。通常我們可以采用常用的均勻流公式來計算。同時，在施工中，還應充分考慮到管道之間的連接，管徑的長度和寬度等。同時還要增加了一個管徑設計的約束條件。污水管道管徑的優化設計方法的基本思想是指在滿足給排水工程約束條件和城市污水工程管道設計的應用要求的前提下，首先確定排水體制及管網定線，然后以管道管徑的充滿度和流速為主要變量，最大限度的降低工程造價的前提下，來使用均勻流公式進行管徑、坡度等一系列基本數據的計算。在依次對上游下游各設計管段的計算后，完成一條管道以及整個管網的計算。

1.2 管徑設計的優化

一般而言，最優化方案的確定要考慮到諸多因素都可能對管道管徑的設計方案產生影響。因此，以加強設計人員對管網計算的宏觀控制與局部干預，在優化城市污水管道管段設計的計算方案中，既要盡量減少每一設計管段管徑的工程造價，更要有全局觀，通過最優解來降低工程設計成本以減少整個管網的工程造價為總目標。然而由于管道管徑的可選擇尺寸在實際施工中可能變化，因此在此基礎上，通過最優化計算得出最優解往往不能與實際施工情況相符，這樣就造成了施工的困難，不能任意的選擇管徑，對最大充滿度的限制一般又與管徑大小有關。直接優化法與后者相比，有著不同的特點。通過直接優化法對各種方案或可調參數的選擇、計算和比較，來得到最優解或滿意解。為此，在對各管段的設計參數進行優化選擇的同時，它是根據管道管徑性能的指標的變化，確定目標函數，這個目標函數可以用來為各方案提供一個統一的可操作的標準，為了全局的利益，增加人機對話功能，使各管段設計參數優化選擇服從盡可能降低整個管網工程總造價這個全局目標。

1.3 管段設計方案的擬定

由于污水管道的埋深對工程造價具有最重要的影響，因此管道鋪設深度和管徑尺寸的選擇十分重要，是鋪設管道的確定坡度，這一參量的確定對管道埋深有重要的影響。而關于設計城市污水管道的流速，約束條件也很多，只有在滿足所有設計流速的約束條件的前提下，通過科學計算選擇一個盡可能最小的設計流速，才能對各項參數，作出正確的優化選擇，這在優化施工程序的設計方案中也很容易實現。另一方面，在前面的約束條件中除了對最小管徑的管底坡度規定以外，尚沒有對管底坡度大小做出任何的具體規定，因而無法以管底坡度作為優化方案選擇的主要變量。如果在已知設計流量并初步確定了流速的情況下，選擇一個盡可能接近最大設計充滿度的管徑，則該管徑就是該條件下可以選擇的最小管徑。但是，在具體的約束條件下，除了最小管徑外，并沒有對管徑大小的具體要求，而對設計充滿度卻有嚴格的規定，因而無法直接選取一個最優管徑來滿足有關約束條件。

2 施工技術控制

2.1 頂管施工的原理

頂管施工就是借助主頂油缸及管道間的中間推力，把工具管或掘進機從工作坑內穿過土層一直推到接收坑內。為了降低頂管對周圍土體的擾動，在頂管過程中必須進行注漿潤滑，這就需要帶注漿孔的管節。帶注漿孔管預制與件通管節預制基本相同，主要的不同點為它在普通管的前后兩端加設了注漿孔預埋件，以便注漿使用。與此同時，也就是把緊隨工具管或掘進機后的管道埋在兩坑之間。帶拉桿的管節預制方法與普通管基本相同，其不同點主要為在管節前后兩段加設預埋拉桿。管節的吊運、裝車、下管均采用特制的吊車及專用吊管頂進行。管節起吊嚴格遵守規范,輕吊輕放。

2.2 管道頂進技術

全部設備經過檢查并經過試運轉，前七節管用拉桿連接,以防止管節漂移。防止工具管出洞后下跌，工具管出洞后，由于支撐面較小，工具管容易出現下跌，為此需在工具管下的井壁上加設支撐，同時工具管與第一節管之間連接，加強整體性。在頂進時，封門拆除后將工具管立即切入土層。工具管要嚴格調零，將工具管調整成一條直線，此時儀表所反映的角度應為零，調零后將糾偏油缸鎖住。注意測量和糾偏。開始頂進5M～10M范圍內，施工偏差超過允許偏差時，應采取措施立即糾正。工具管進入土層后的管端處理還應在進入接收井的工具管和管端應設枕墊，管道兩端露在工作井中的長度不得小于0.5M。頂管結束后，管節接口的內側間隙將按設計要求處理。

2.3 注漿工藝技術

頂管施工采用優質的觸變泥漿材料觸變泥漿的配合比將根據現場實際地層、土質及觸變泥漿的技術指標確定。頂管結束后，需立即用水泥漿置換觸變泥漿，并密封注漿孔。壓漿方法要以同步注漿為主，補漿為輔。在管子預埋注漿孔，每隔3節管在一個斷面設置注漿孔4個，并具備排氣功能。漿體的配制、攪拌、膨脹時間，都必須按設計及規范要求進行。在頂進過程中，要經常檢查各推進段的注漿減阻效果，從而及時加以改進施工工藝。注漿設備和管路要可靠。具有足夠的耐壓和良好的密封性能。注漿孔統一編號并注明施工順序。當有土粒進入管內時，立即沖洗干凈。注漿過程中發現壓力突然下降，流量突然增大時，應立即停止，檢查是否冒漿、跑漿。注漿施工按分序加密的原則。注漿孔的布置為兩邊各一排，注漿應管道兩側同時進行，兩側的注漿順序呈三角形分布，同一次序的孔可以同時施工，不同次序的孔，按規定次序進行。注漿前應做好孔口的注漿工作。當發生以上情況時，應立即采取措施處理閥內管的側孔被打開，密封換向短節連接在沖砂管下部，液流通過換向閥內管進入油管內部，進行正沖砂。

結論

隨著工程技術的發展，將會出現更為先進的優化設計方法和頂管施工工藝及施工機械。頂管施工工藝也會進一步地廣泛應用于我國基礎設施建設的各個領域。在采用頂管施工技術后，減少了大量的土方開挖量，減小了對周圍建筑物和周邊居民的影響，取得了良好的經濟效益和社會效益。

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