淺談市政大口徑管道工程頂管施工工藝

吳柳林

（昆山市自來水集團(tuán)有限公司，江蘇 昆山 215300 ）

0 前言

隨著近些年來我國經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域的不斷深化發(fā)展，從而有效地推動了我國城市的進(jìn)一步發(fā)展，并且隨著城市人口的不斷增長，城市在建設(shè)的過程中對于空間的利用率也在不斷的提高，尤其是對于地下空間方面的開發(fā)與利用得到了有效地發(fā)展。由于城市施工區(qū)域方面的限制還有對于施工區(qū)域的環(huán)境的相關(guān)要求，所以地下頂管施工成為現(xiàn)階段大口徑管道工程建設(shè)中穿越障礙物的最佳方案。在具體的實(shí)施過程中，對于施工現(xiàn)場周邊的影響相對較小，同時(shí)對于城市交通的影響也較小，能盡可能降低對市民活動的影響。

1 頂管施工原理概述

頂管施工方法屬于當(dāng)前較為常見的一種關(guān)于地下管道方面的施工方法，其主要是利用了主頂油缸還有中繼間的頂進(jìn)力，將頂管掘進(jìn)機(jī)由工作坑內(nèi)穿過土層頂進(jìn)到接收坑內(nèi)吊起，從而把管道在掘進(jìn)機(jī)后展開相應(yīng)的跟進(jìn)埋設(shè)。在具體的施工過程中結(jié)合施工區(qū)域的土層地質(zhì)方面的情況以及管線的實(shí)際長度等方面因素從而科學(xué)合理地確定對工作面的具體開挖方式。管道頂管通常在施工的過程中采用的有兩種工作方法，分別有泥水平衡式還有土壓平衡式。泥水平衡頂管主要是利用的泥水平衡機(jī)展開有效地施工，同時(shí)在施工的過程中借助頂管機(jī)泥水倉中的泥水的壓力進(jìn)行對頂管機(jī)所在的土層內(nèi)的土壓力還有地下水壓力予以有效地平衡，借助所排出的泥水進(jìn)行對棄土運(yùn)輸。泥水平衡式較土壓平衡安全可靠，技術(shù)先進(jìn)，且施工速度快，所需要的設(shè)備成本相對高些，投入的資源也相對大些。

2 頂管施工前的準(zhǔn)備工作

在進(jìn)行頂管工程的具體施工之前，參與施工的相關(guān)工作人員應(yīng)當(dāng)進(jìn)行對設(shè)計(jì)圖紙的全面有效地學(xué)習(xí)，并且需要對頂管施工區(qū)域的土質(zhì)方面還有水文方面的具體情況展開進(jìn)一步的深化了解，從而明確施工區(qū)域的地上還有地下構(gòu)筑物的結(jié)構(gòu)、高度以及其相應(yīng)的物理方面還有化學(xué)方面的性能等因素，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行施工方案的科學(xué)合理的制定。在進(jìn)行施工方案的制定過程中，應(yīng)當(dāng)制定相對科學(xué)合理的具有針對性以及可實(shí)施性相對較強(qiáng)的安全施工措施。除此之外，還應(yīng)當(dāng)制定相對較為完善的安全生產(chǎn)制度體系，并且進(jìn)行安全責(zé)任的有效劃分，從而明確安全責(zé)任，進(jìn)而保障在安全的前提下推動施工相關(guān)工作的有序開展。在具體施工之前還應(yīng)當(dāng)根據(jù)施工過程中所采用的頂管的管徑的大小以及相關(guān)的施工工藝制定科學(xué)合理的機(jī)械設(shè)備計(jì)劃，并且在進(jìn)行計(jì)劃制定的過程中需要采用安全防護(hù)裝置還有制動裝置等方面達(dá)到相關(guān)規(guī)定的具體要求的機(jī)械還有設(shè)備，在準(zhǔn)備采用新的設(shè)備時(shí)，應(yīng)當(dāng)應(yīng)當(dāng)進(jìn)行安全操作規(guī)程的科學(xué)制定，還應(yīng)當(dāng)對其施工用電方案進(jìn)行及時(shí)有效的調(diào)整。在具體施工之前應(yīng)當(dāng)組織所有參與施工的工作人員進(jìn)行一次崗位教育，并且針對特種作業(yè)的相關(guān)人員在上崗之前應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格執(zhí)行持證上崗制度。

3 頂管工作井、接收井位置選擇

根據(jù)施工測繪進(jìn)行管線位置的確定以后，頂管工作坑的具體位置應(yīng)當(dāng)根據(jù)地形、地下管線等障礙物綜合考慮，從而盡可能的降低土方開挖量以及支撐保護(hù)還有排水等方面的工程工作量。根據(jù)所在采用的頂管的具體材質(zhì)、管道吊裝、出土、排水等方面的相關(guān)因素予以有效地考慮，避免出現(xiàn)在施工過程中吊車在高壓線路下或燃?xì)夤艿栏浇┕さ葒?yán)重違反安全規(guī)范的相關(guān)施工行為的出現(xiàn)。通常情況下，工作井和接收井應(yīng)布置在相對空曠的地方，如只有一處空曠位置，則優(yōu)先考慮布置頂管工作井，以保證頂管材料堆放、頂管監(jiān)控室、吊裝硬化場地、泥漿池等工作場所占地空間。一般而言，為保證工程順利實(shí)施，大口徑頂管工程工作井施工區(qū)域占地面積不宜小于900 平方米，接收井施工區(qū)域不宜小于400 平方米。

4 頂管工作井以及接收井施工

頂管工作在進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，通常情況下需要對其結(jié)構(gòu)形式還有外部形狀以及空間尺寸和洞口及刃角斤進(jìn)行綜合全面的考慮。本文主要是結(jié)合某城區(qū)DN2200 大口徑供水管道頂管工程實(shí)際情況，在此次工程施工過程中，主要是采用的泥水平衡式機(jī)械頂管的施工工藝。由于此次工程改造過程中覆土相對較深，因此工作井為直徑12 米內(nèi)徑的鋼筋混凝土沉井，接收井為直徑6 米內(nèi)徑的鋼筋混凝土沉井。在施工過程中其施工工序主要為：開挖基坑—制作模板—進(jìn)行鋼筋的綁扎安裝—澆筑混凝土—養(yǎng)生拆模—下沉—封底—關(guān)于井周的處理，對于大口徑的頂管來講，由于其頂進(jìn)力相對較大，頂管頂進(jìn)都需要傳遞到工作坑后土體，然而在沉井下沉階段難免會出現(xiàn)井外壁還有土體間存在一定程度的空隙的情況出現(xiàn)，若出現(xiàn)的空隙相對較大對于工作井頂井階段的安全性與穩(wěn)定性會產(chǎn)生一定程度的影響，因此沉井施工工作完成以后，在進(jìn)行頂管施工前應(yīng)當(dāng)對工作井井周予以水泥凈漿注漿處理，通過注漿使得井周的土體保持密實(shí)的狀態(tài)，從而不僅能夠使得井體的穩(wěn)定性得到有效的保障，還能夠使其土抗力得到有效地提升。

當(dāng)然，除鋼筋混凝土沉井工藝外，頂管井還常選用SMW 工法井，它具有施工速度快、對周圍影響小、造價(jià)相對低等優(yōu)勢，適用于管道埋深不大的頂管工程，根據(jù)我市頂管工程的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，SMW工法井深度一般不超過13-15米。

5 頂管掘進(jìn)設(shè)備的選擇

通過對施工區(qū)域的地質(zhì)方面的實(shí)際勘察報(bào)告所提供的土質(zhì)方面的分析，本文所結(jié)合的實(shí)際案例中頂管所選擇的是泥水平衡頂管機(jī)頭。此幾種的刀盤能夠結(jié)合前方土壓力的實(shí)際變化進(jìn)行自動化的調(diào)節(jié)，并且刀盤在伸縮的過程中其進(jìn)泥量也會產(chǎn)生一定程度的變化，通過進(jìn)泥量的變化從而能夠令前方平衡土壓力一直保持定值。此類型的機(jī)種屬于現(xiàn)階段平衡土壓力準(zhǔn)確度最高的頂管機(jī)，從而能夠盡可能地控制地面沉降量。此外，泥水平衡頂管機(jī)頭為全封閉裝置，相對人工取土的土頂機(jī)頭而言，安全性得到大力提升，在大口徑頂管工程、長距離頂管工程以及穿越航道河道等頂管中應(yīng)用廣泛。

6 頂管入洞口技術(shù)方案

在完成工具管的安裝以及調(diào)試等方面工作以后，將其推進(jìn)到預(yù)留孔1 米的位置，利用空壓機(jī)進(jìn)行對井洞口的風(fēng)度予以鑿除，并且采取有效措施及時(shí)將其清理完。然后把工具管推入途中，并且保持3 個(gè)小時(shí)到4 個(gè)小時(shí)，從而進(jìn)行對其具體的靜止土壓力予以有效地測量，根據(jù)理論土壓力，從而制定出控制土壓力。

7 頂管外壁注漿

大口徑頂管頂力控制其重要的方面在于最大程度地進(jìn)行頂進(jìn)阻力的有效降低，想要實(shí)現(xiàn)頂進(jìn)阻力的降低其最為有效的方式是注漿。在具體的注漿施工過程中通常情況下能夠?qū)⑵浞譃闄C(jī)頭同步注漿還有管道補(bǔ)漿這兩部分。通過注漿能夠使得管道的周外壁形成泥漿潤滑套，從而實(shí)現(xiàn)頂進(jìn)的摩擦力得到一定程度的降低。在頂進(jìn)作業(yè)階段利用壓降泵進(jìn)行對管材與周邊土體間的空隙中進(jìn)行膨潤土懸浮液的灌注，該部分懸浮液能夠在管外形成凝膠并且較快的形成漿套，懸浮液所形成的漿套能夠有效的防止周圍土體還有地下水進(jìn)入到空隙中間。利用膨潤土懸浮液所形成的漿套能夠令管材與土體之間的摩擦轉(zhuǎn)變成了管材與膨潤土懸浮液之間的液體物質(zhì)的摩擦，從而使得兩種物質(zhì)的摩擦系數(shù)大幅度的降低，以至于其摩擦阻力也實(shí)現(xiàn)了極大程度地降低。在具體的施工過程中應(yīng)當(dāng)在工具管尾部和頂進(jìn)管道的注漿孔進(jìn)行觸變泥漿的注入實(shí)現(xiàn)阻力的降低，注漿的量主要是按照地質(zhì)勘察報(bào)告還有頂進(jìn)的長度進(jìn)行科學(xué)合理的計(jì)算予以有效地確定，通過計(jì)算得出的注漿量需要結(jié)合施工區(qū)域的實(shí)際情況進(jìn)行合理的有效調(diào)整。在進(jìn)行具體的頂進(jìn)作業(yè)時(shí)，需要結(jié)合后座頂力的大小進(jìn)行補(bǔ)漿，通常情況下實(shí)際壓漿量為理論計(jì)算結(jié)果量的150%至200%。

8 頂管進(jìn)洞口施工技術(shù)

在進(jìn)行推進(jìn)的過程中距離接收井沉井井壁外側(cè)30 厘米的位置時(shí)，則需要使得推進(jìn)工作停滯，然后進(jìn)行對沉井預(yù)留洞口的封堵予以有效的鑿除，在完成接收井封堵的鑿除工作以后應(yīng)當(dāng)將掘進(jìn)機(jī)頭迅速與連續(xù)地頂進(jìn)管節(jié)，盡可能的減少出洞的時(shí)間。當(dāng)掘進(jìn)機(jī)的整體均已進(jìn)入洞內(nèi)，便需要及時(shí)地將機(jī)頭與頂進(jìn)管道進(jìn)行分離，針對大口徑頂管機(jī)頭較重的特征，選擇大型吊機(jī)將機(jī)頭及時(shí)吊裝取回，從而盡可能地避免出現(xiàn)水土流失的情況。然后進(jìn)行泥土的清理，相對較快地把預(yù)留孔和管道之間的空隙進(jìn)行有效地的封堵，從而有效的避免出現(xiàn)因?yàn)闈B水造成的泥土流失引發(fā)的土體塔防還有路面沉降。

9 測量與頂進(jìn)方面的控制以及頂管偏差的調(diào)整

想要確保大口徑管道頂進(jìn)軸線保持在設(shè)計(jì)軸線所能夠接受的偏差內(nèi)需要進(jìn)行有效地測量控制，在具體的頂井作業(yè)的實(shí)施階段應(yīng)當(dāng)注重激光點(diǎn)的偏向。將軸線測量方面的控制系統(tǒng)設(shè)置在工作井內(nèi)液壓主頂裝置中間。在具體的施工過程中應(yīng)當(dāng)經(jīng)常性的展開對控制臺的復(fù)測，從而一定程度上確保測量的實(shí)際精準(zhǔn)程度。根據(jù)獨(dú)立坐標(biāo)系展開放樣，完成放樣以后通過測量控制臺將其極為精準(zhǔn)地移動到頂管軸線上，借助其實(shí)現(xiàn)對頂管施工方向的科學(xué)合理地指揮。并且在后頂觀察臺進(jìn)行相應(yīng)的激光經(jīng)緯儀設(shè)備的架設(shè)，利用后實(shí)測機(jī)頭的光靶還有后標(biāo)點(diǎn)的水平角以及樹脂膠分別進(jìn)行測回，同時(shí)進(jìn)行程序的科學(xué)合理的編排進(jìn)行對頂管的首尾的平面還有高度進(jìn)行科學(xué)地計(jì)算。在進(jìn)行對頂管施工第一次放樣還有頂進(jìn)作業(yè)過程中極為重要，并且因?yàn)轫敼芎罂宽斁袝霈F(xiàn)一定程度的變化，后臺的布置需要保持不變形的狀態(tài)，以及保持位置的不產(chǎn)生變化從而保障頂管施工的正確性。在頂進(jìn)過程中對于其速度也應(yīng)當(dāng)進(jìn)行有效地控制，剛開始的頂進(jìn)主要可以合理地劃分為兩個(gè)階段展開有效地控制。一方面是機(jī)頭入洞的時(shí)候，應(yīng)當(dāng)將其速度盡可能控制在每分鐘3毫米到5 毫米之間；另一方面第一節(jié)管在入洞的時(shí)候，機(jī)頭頂進(jìn)的速度應(yīng)當(dāng)盡可能保持在每分鐘10 毫米到20 毫米之間。在初始頂井作業(yè)的過程中其關(guān)鍵人物是進(jìn)行對正管子中心、高程，并且其偏差應(yīng)當(dāng)盡可能保持在上下5 毫米之間，因此頂進(jìn)的速度不需要過快。在具體的頂進(jìn)過程中，機(jī)頭頂進(jìn)速度往往會設(shè)定在每分鐘50 毫米。若是頂進(jìn)速度增加，應(yīng)當(dāng)確保泥水倉泥壓的背景下，應(yīng)當(dāng)適當(dāng)?shù)奶岣吣酀{流量，并且進(jìn)行對頂進(jìn)速度的再次計(jì)算。

10 頂管階段的施工技術(shù)以及應(yīng)急措施

頂進(jìn)施工應(yīng)當(dāng)保持不間斷的施工，通過連續(xù)頂進(jìn)的方式，從而盡可能的減少頂管設(shè)備的轉(zhuǎn)移。在具體的施工階段之前需要對地下施工區(qū)域的管道還有電纜等位置以及走向進(jìn)行詳細(xì)地調(diào)查從而為頂進(jìn)工作做好良好的準(zhǔn)備。在具體的施工過程中往往會遇到一些障礙物，泥水工需要對出泥口是否出現(xiàn)異物進(jìn)行認(rèn)真仔細(xì)的觀察。頂管具體操作人員應(yīng)當(dāng)高度注意刀盤轉(zhuǎn)矩的突然增大，同時(shí)還應(yīng)當(dāng)時(shí)刻注意對機(jī)頭聲響的監(jiān)聽，若出現(xiàn)異常從而使得頂進(jìn)速度降低或使得頂進(jìn)工作停止，應(yīng)當(dāng)及時(shí)進(jìn)行相關(guān)情況的查驗(yàn)，若頂進(jìn)面存在一些剛性障礙物是應(yīng)當(dāng)及時(shí)停機(jī)并刀盤需要處于零位，從而避免機(jī)頭與剛性障礙物發(fā)生碰撞。采取有效措施進(jìn)行障礙物的及時(shí)清理從而及時(shí)恢復(fù)頂進(jìn)工作。

11 結(jié)束語

大口徑頂管在市政工程中的施工，能夠一定程度上推動非開挖方面的施工工藝的發(fā)展，并且也一定程度上推動了諸多類型的地下管線工程項(xiàng)目的有開展。通過該種施工技術(shù)能夠一定程度解決了由于施工對周邊構(gòu)建物以及環(huán)境的破壞還有對市民正常生活的影響等問題。大口徑管道施工技術(shù)對于穩(wěn)定土層以及環(huán)境方面的保護(hù)具有極為重要的影響。