關(guān)于復(fù)雜環(huán)境條件下市政工程頂管施工技術(shù)研究

潘錦榮

（上海建工集團(tuán)股份有限公司 上海 200080）

前言

近些年來，隨著水體污染的日益加劇，水資源短缺問題逐漸成為了限制經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要因素。為提高城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平，提高居民的生活質(zhì)量，加強(qiáng)污水處理較為重要。污水主管管網(wǎng)，通常需分布在城市地下的各個(gè)區(qū)域。部分管網(wǎng)埋藏的地質(zhì)環(huán)境較為復(fù)雜，地下水對(duì)管網(wǎng)施工所造成的阻礙較大。可見，為提高施工效率，對(duì)復(fù)雜環(huán)境條件下工程頂管施工技術(shù)的應(yīng)用方案加以研究較為重要。

1 市政工程常見的復(fù)雜環(huán)境

1.1 地質(zhì)條件復(fù)雜

施工現(xiàn)場所處區(qū)域地質(zhì)條件復(fù)雜，是市政工程中常見的復(fù)雜環(huán)境。例如：淤泥粉質(zhì)黏土屬于市政工程施工中的常見土質(zhì)，當(dāng)淤泥粉質(zhì)黏土厚度為0.5～5.5m時(shí)，地基強(qiáng)度一般為70kPa。在中細(xì)砂、卵礫石等土質(zhì)類型中，對(duì)地基強(qiáng)度的影響最大。可見，該土質(zhì)存在著結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定的缺陷，施工難度較大。如未給予處理既展開施工，容易對(duì)工程地基的穩(wěn)定性造成影響，導(dǎo)致工程的使用壽命縮短。

1.2 地下水流量大

地下水流量過大，導(dǎo)致頂管位置處于河道內(nèi)，同樣屬于市政工程中常見的復(fù)雜環(huán)境。部分施工區(qū)域降水量季節(jié)變化較大，地下水常存儲(chǔ)在中細(xì)砂層及卵礫石層的孔隙中。加之地下水與河床水流的影響，工程施工區(qū)域地下水量，會(huì)長期保持在較高的水平，進(jìn)而對(duì)工程的施工效率及施工質(zhì)量造成影響。將頂管施工技術(shù)應(yīng)用到工程施工中，可有效解決上述問題。

1.3 地面存在建筑物

市政工程常需穿越整個(gè)城市，城市地面建筑物數(shù)量較為龐大，因此施工中，工程地面存在建筑物的問題，同樣較為常見。除此之外，如工程施工區(qū)域內(nèi)的地下，存在燃?xì)饣蚪o排水管道，工程施工同樣會(huì)受到一定的阻礙。如施工技術(shù)應(yīng)用不合理，地表沉降的風(fēng)險(xiǎn)，將顯著提升，進(jìn)而對(duì)地面建筑物的穩(wěn)定性造成影響。將頂管施工技術(shù)應(yīng)用到施工過程中，能夠有效解決上述問題。

2 復(fù)雜環(huán)境條件下市政工程頂管施工技術(shù)及質(zhì)量補(bǔ)救措施

2.1 復(fù)雜環(huán)境條件下的市政工程頂管施工技術(shù)

泥水法頂管施工，以及手掘式頂管施工，為市政工程頂管施工的兩種常用方法。其中，泥水法頂管施工，適用于大口徑管道的施工，但受卵礫石等地質(zhì)因素的影響，管道堵塞等故障較容易發(fā)生。手掘式頂管施工，適用于復(fù)雜環(huán)境條件下的污水處理工程，具有頂進(jìn)故障率低、堵管風(fēng)險(xiǎn)低的優(yōu)勢(shì)[1]。考慮到各項(xiàng)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)與缺陷，本工程決定將各項(xiàng)技術(shù)，聯(lián)合應(yīng)用到施工中，在做好施工準(zhǔn)備的基礎(chǔ)上，從出洞、頂進(jìn)、誤差糾正、測(cè)量等多方面入手，全面提高施工質(zhì)量。

2.2 施工質(zhì)量補(bǔ)救措施

2.2.1 套管阻力補(bǔ)救措施

施工區(qū)域內(nèi)的粉質(zhì)液化土，具有摩擦阻力大的特征。頂進(jìn)時(shí)，如土層與管壁接觸，極容易加大阻力[2]。對(duì)此，可考慮在計(jì)算阻力的基礎(chǔ)上，對(duì)頂管的長度進(jìn)行優(yōu)化控制，以避免機(jī)頭抱死的問題發(fā)生。本工程所應(yīng)用的施工技術(shù)如下：為頂進(jìn)直徑2400mm的鋼筋混凝土套管，可首先頂進(jìn)150mm。在此基礎(chǔ)上，將直徑為1800mm的套管，置入直徑2400mm的套管中，繼續(xù)頂進(jìn)。待套管頂進(jìn)至固定深度時(shí)，既可結(jié)束施工。

2.2.2 壓密加固補(bǔ)救措施

本工程所采用的出洞技術(shù)如下：①準(zhǔn)備水泵、起重機(jī)、吊具等設(shè)備、采用吊具，將管節(jié)堆放至相應(yīng)區(qū)域，并采用三角木墊將管節(jié)墊穩(wěn)。②檢查管節(jié)質(zhì)量，觀察注漿孔是否存在堵塞現(xiàn)象。如施工材料存在質(zhì)量問題，應(yīng)立即做好標(biāo)記，并給予處理。③采用壓密注漿技術(shù)，將工作井出洞口壓密加固。當(dāng)洞口土體縫隙被住滿后，既可結(jié)束施工。為提高施工質(zhì)量，用于壓密加固的泥漿，必須具有配合比合理的特點(diǎn)，以免對(duì)洞口的穩(wěn)定性造成影響。

2.2.3 進(jìn)洞漏水補(bǔ)救措施

本工程所采用的進(jìn)洞技術(shù)如下：①在井的附近搭建托架，將止水圈安裝在洞口，以防漏水。②加固洞口地基，將井壁與管節(jié)之間的間隙相互連接，清洗導(dǎo)管，預(yù)防導(dǎo)管堵塞[3]。③將接收井托架應(yīng)用到施工過程中，采用槽鋼，以1.2m的寬度，對(duì)洞口進(jìn)行設(shè)置。為避免防水圈漏水，保證其緊密性較為重要。一旦工程出現(xiàn)漏水問題，需立即采取措施補(bǔ)救。待掘進(jìn)機(jī)停止運(yùn)行后，應(yīng)立即將掘進(jìn)機(jī)與管道分離，使施工安全性得以提升。

2.2.4 誤差控制措施

靜止?fàn)顟B(tài)下，土質(zhì)的硬度與誤差正相關(guān)。簡言之，隨著土質(zhì)硬度的提升，頂進(jìn)過程中出現(xiàn)誤差的幾率越高，誤差控制難度同樣越大。為解決上述問題，本工程所應(yīng)用的誤差控制技術(shù)如下：①提高第1節(jié)管節(jié)的強(qiáng)度與穩(wěn)定性，對(duì)其進(jìn)行特殊加工，采用加鋼套環(huán)等方式，將誤差縮小至安全范圍內(nèi)。②將“校正”與“恢復(fù)”，共同應(yīng)用到誤差控制過程中，對(duì)誤差進(jìn)行校正。通常情況下，“校正”與“恢復(fù)”兩種狀態(tài)下的頂進(jìn)誤差糾偏角見表1。

表1 狀態(tài)下的頂進(jìn)誤差糾偏角“校正”與“恢復(fù)”

2.2.5 減摩泥漿質(zhì)量控制措施

外壁打蠟技術(shù)、泥漿套技術(shù)，均為污水處理工程中常用的阻力控制技術(shù)，在降低頂進(jìn)阻力方面，效果均值得肯定。本工程所應(yīng)用的阻力控制技術(shù)，以泥漿套技術(shù)為主。施工過程中，施工人員可采用高壓泵，將減摩泥漿注入到土層之間，以達(dá)到減小阻力的目的。減摩泥漿的配比見表2。

表2 減摩泥漿的配比

3 復(fù)雜環(huán)境條件下市政工程頂管施工技術(shù)的應(yīng)用案例

3.1 工程概況

本工程為污水處理工程，位于國內(nèi)某市。工程設(shè)計(jì)污水處理管道，直徑為1800mm，埋深9.0～10.5m，設(shè)計(jì)施工工藝，以頂管工藝為主。工程勘察發(fā)現(xiàn)，該污水處理工程的施工范圍，環(huán)境條件較為復(fù)雜（見圖1），部分區(qū)域地表存在鐵路。進(jìn)一步勘察發(fā)現(xiàn)，區(qū)域的地質(zhì)環(huán)境同樣具有復(fù)雜性強(qiáng)的特點(diǎn)，粉質(zhì)液化土屬于主要土質(zhì)類型。地下水勘察結(jié)果提示，本工程施工區(qū)域內(nèi)，地下水豐富。加之施工區(qū)域地下存在燃?xì)夤艿溃こ痰氖┕るy度顯著提升。為提高施工質(zhì)量，本工程考慮將頂管施工技術(shù)應(yīng)用到施工過程中，以克服眾多阻力，確保工程能夠在工期內(nèi)順利完成。

3.2 施工技術(shù)應(yīng)用措施

3.2.1 施工準(zhǔn)備

頂管施工前，施工人員需對(duì)施工當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)條件進(jìn)行評(píng)估。將頂管坑的尺寸、穩(wěn)定性、承載力，作為主要參數(shù)，為工程施工提供參考指標(biāo)。鑒于本工程施工范圍內(nèi)，部分路段存在鐵路。施工人員應(yīng)對(duì)鐵路的沉降參數(shù)進(jìn)行估算，并設(shè)計(jì)監(jiān)控點(diǎn)，以避免鐵路出現(xiàn)沉降病害，減少對(duì)其他工程的影響。頂管掘進(jìn)的技術(shù)水平，是決定頂管施工質(zhì)量的主要因素。對(duì)此，本工程決定將機(jī)械式土壓平衡頂管掘進(jìn)機(jī)，應(yīng)用到施工中，以提高掘進(jìn)水平，提高施工質(zhì)量。

圖1 施工區(qū)域的環(huán)境條件

3.2.2 施工計(jì)劃

本工程施工范圍內(nèi)的土質(zhì)較差，穩(wěn)定性難以滿足工程標(biāo)準(zhǔn)。因此，工程計(jì)劃將鋼筋混凝土，應(yīng)用到施工中，提高工作井與接收井的穩(wěn)定性。施工人員可將千斤頂，布置在工作井的后方，將管節(jié)置入導(dǎo)軌之上。在此基礎(chǔ)上，采用千斤頂推進(jìn)導(dǎo)軌，使管節(jié)能夠逐漸被壓入土中。當(dāng)一根管節(jié)被壓如土中后，施工人員需立即將下一節(jié)管節(jié)吊入至導(dǎo)軌上，并繼續(xù)采用相同方式，將管節(jié)壓入土中，直至管道敷設(shè)完成。

3.2.3 導(dǎo)軌安裝

本工程所應(yīng)用的導(dǎo)軌，以裝配式滾輪支架為主，具體的安裝方法如下：①準(zhǔn)備混凝凝土基礎(chǔ)面，將導(dǎo)軌安裝至基礎(chǔ)面上。②復(fù)核管道中心的位置，逐漸調(diào)整導(dǎo)軌的位置，確保滾輪與管道接觸區(qū)域的高度等參數(shù)，均能夠滿足設(shè)計(jì)要求。③導(dǎo)軌的坡度，應(yīng)與設(shè)計(jì)軸線相同。④導(dǎo)軌滾輪接觸線，與管節(jié)中心的夾角，應(yīng)控制在60°左右。⑤確保各項(xiàng)參數(shù)無誤后，既可安裝導(dǎo)軌。確保導(dǎo)軌穩(wěn)定后，方可結(jié)束施工。

3.2.4 承壓壁施工

承壓壁多處于工作坑與千斤頂之間，材質(zhì)以鋼結(jié)構(gòu)為主。頂進(jìn)過程中，承壓壁所需承受的壓力與頂力往往較高，如強(qiáng)度及剛度不達(dá)標(biāo)，施工將難以順利完成。為解決上述問題，本工程決定將承壓壁的承壓能力，設(shè)計(jì)為6500kN。如需采用工作井作為承壓壁，必須采用磚，將工作井洞口妥善封堵。為保證承壓壁受力均勻，可將C30混凝土，灌注在井壁之間，提高工程施工的穩(wěn)定性及安全性。頂進(jìn)過程中，施工人員應(yīng)隨時(shí)對(duì)承壓壁的質(zhì)量進(jìn)行檢查。發(fā)現(xiàn)異常，應(yīng)立即處理，避免對(duì)施工質(zhì)量的提高造成阻礙。

3.2.5 主頂施工

工程的主頂設(shè)備，需安裝在承壓壁之前。初始頂進(jìn)時(shí)，施工人員可采用4個(gè)千斤頂相互組合，使之形成加力組合裝置。啟動(dòng)千斤頂后，組合裝置既可相互作用，提高頂進(jìn)效率。需注意的是，為保證頂進(jìn)的過程得以順利進(jìn)行，確保千斤頂規(guī)格一致、行程同步較為關(guān)鍵。4個(gè)千斤頂中，每個(gè)千斤頂所承受的實(shí)際壓力，均不得高于額定壓力，以免千斤頂在頂進(jìn)過程中受損，提高頂進(jìn)的安全性。

4 結(jié)論

綜上所述，本工程采用頂管技術(shù)施工，取得了良好的效果。施工后，通過對(duì)施工質(zhì)量的評(píng)估發(fā)現(xiàn)，工程質(zhì)量能夠滿足國家標(biāo)準(zhǔn)。以污水處理工程為代表的各工程，均可視自身的需求，將頂管施工技術(shù)，應(yīng)用到施工過程中。在明確施工當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，制定施工方案，提高頂進(jìn)效率。最終達(dá)到提高工程施工質(zhì)量、提高市政居民生活質(zhì)量的目的。

[1]曹江勤.對(duì)給排水管道的頂管施工技術(shù)探討——以蘇虞張公路為例[J].建材與裝飾，2018（01）：37～38.

[2]康祖瑋，楊偉超，尹榮申，鄧鍔.超大矩形斷面淺覆土盾構(gòu)頂管施工風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估[J].鐵道科學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2017，14（05）：1105～1112.

[3]周向陽，林清輝.淺覆土大斷面頂管施工對(duì)運(yùn)營盾構(gòu)隧道變形影響及控制措施[J].工程勘察，2016，44（12）：7～12.