非開挖技術(shù)在市政給排水工程中的應(yīng)用

邱海宇

山東陽谷恒泰實(shí)業(yè)有限公司，山東 聊城 252323

作為一種市政給排水工程中的新鋪設(shè)施工技術(shù)，需要借助各類型的巖土鉆探設(shè)備和施工技術(shù)手段，對地面小部分結(jié)構(gòu)區(qū)域進(jìn)行開挖施工，實(shí)現(xiàn)路面地下管線的及時(shí)更換及維修，以提高市政給排水工程的施工效率。文章重點(diǎn)論述了常用的非開挖頂管施工技術(shù)，重點(diǎn)選取敞開式擠壓掘進(jìn)頂管施工方法，針對具體工程施工案例，對頂管施工方法、頂力計(jì)算與后背的設(shè)計(jì)、頂管施工工藝等內(nèi)容進(jìn)行闡述，以供參考。

1 非開挖頂管施工技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀

在非開挖施工中，頂管技術(shù)至為關(guān)鍵，其是鋼管和套管安裝過程中的常用施工方法，盡管頂管方法可適應(yīng)于較長管道的安裝施工，但是直徑一般不小于30m，直徑大于1500mm最為常見。此安裝方法主要適用于鐵路沿線道路地面下的管道、套管安裝施工，在施工的過程中，非開挖施工可能會導(dǎo)致地面出現(xiàn)不均勻沉降的現(xiàn)象。頂管鋪設(shè)施工技術(shù)可廣泛應(yīng)用于高速公路、市政道路、河流和湖泊等工程的管道施工，并且可應(yīng)用于市政管線的安裝，如電力、污水、燃?xì)狻⑻烊粴獾裙芫€。非開挖施工技術(shù)具有創(chuàng)新性，但是從實(shí)際的技術(shù)應(yīng)用原理和應(yīng)用現(xiàn)狀來看，其施工原理并不復(fù)雜。近幾年，非開挖施工技術(shù)在市政管線安裝施工中的應(yīng)用越來越廣泛，隨著市政道路的改擴(kuò)建、地下管線的更新?lián)Q代、管道設(shè)施的擴(kuò)建等，非開挖施工技術(shù)在相關(guān)類似工程中的應(yīng)用越來越被認(rèn)可。

非開挖施工技術(shù)應(yīng)用優(yōu)勢較多，由于其在管道施工的過程中，表面不會受到頂管施工作業(yè)的影響，在施工現(xiàn)場只需少量工作井即可，不會對地面結(jié)構(gòu)造成較大的干擾，這就使得非開挖施工技術(shù)對于市政道路周邊的自然地貌、自然環(huán)境等影響較小，對地面交通的干擾較弱，同時(shí)也幾乎沒有灰塵，施工過程中產(chǎn)生的噪聲相對較少，對于地下古建筑的影響也較小等。

2 工程概述

選取某地排水工程，設(shè)計(jì)范圍為該道路工程范圍內(nèi)的排水系統(tǒng)，包括路東段、路西段，排水工程按照區(qū)域排水設(shè)計(jì)。該排水工程經(jīng)設(shè)計(jì)變更后，共設(shè)排水出口1處，采用頂管施工，其余路段采用開挖溝槽施工，主要工程量如表1所示。

3 非開挖頂管施工技術(shù)在市政給排水工程中的應(yīng)用

3.1 施工方法簡介

在該工程中，非開挖施工技術(shù)選取的是敞開式擠壓掘進(jìn)頂管法。

（1）首先借助人工和機(jī)械結(jié)合的方法，在管端部位置挖掘土體，選取頂進(jìn)機(jī)械設(shè)備，按照施工圖中的設(shè)計(jì)中線、高程等參數(shù)進(jìn)行頂進(jìn)施工，并及時(shí)將土體集中運(yùn)出。此施工方法應(yīng)用便捷、施工進(jìn)度相對較快、施工流程標(biāo)準(zhǔn)化。

（2）施工技術(shù)人員要注意有毒氣體的存在，避免在施工的過程中發(fā)生中毒安全風(fēng)險(xiǎn)事件，在施工井內(nèi)必須配備鼓風(fēng)機(jī)，便于稀疏井內(nèi)空氣，達(dá)到換氣的目的。

（3）注意防止出現(xiàn)涌水的現(xiàn)象，由于施工過程中滲水現(xiàn)象較為嚴(yán)重，如果存在過量的涌水則會增加施工風(fēng)險(xiǎn)，因此掘進(jìn)施工中頂管應(yīng)選取Ⅲ級鋼筋混凝土鋼承口管。

3.2 頂管頂力計(jì)算與后背設(shè)計(jì)

（1）頂管頂力計(jì)算。人工頂管頂力的計(jì)算中，結(jié)合該工程，以最大直徑為Φ1800mm、長度為55m的管為例進(jìn)行計(jì)算，經(jīng)驗(yàn)公式如下：

式中：P為總頂力，t；n為土質(zhì)系數(shù)；P0為所頂進(jìn)管體結(jié)構(gòu)的自重，t。

在頂進(jìn)施工的過程中，每節(jié)管體結(jié)構(gòu)的自重可達(dá)7t，每節(jié)管長2.5m，按照設(shè)計(jì)的要求，需要頂進(jìn)管體的節(jié)段為22節(jié)，總自重為7×22=154t；頂進(jìn)中最短為7節(jié)管道，總自重為P0=7×7=49t。結(jié)合以上計(jì)算結(jié)果，得出頂力P最長=2×154=308t，頂力 P最短=2×49=98t。

結(jié)合地下結(jié)構(gòu)土質(zhì)的復(fù)雜性，頂管設(shè)備取1.3倍左右的儲能水平，設(shè)備頂進(jìn)過程中的最長段頂力為1.3×308=400.4t，最短頂力為1.3×98=127.4t，取總頂力F最大=400.2t，頂進(jìn)動(dòng)力設(shè)備使用1臺規(guī)格為500t的千斤頂，其中千斤頂?shù)目傢斄Υ笥?00.2t。

（2）后背設(shè)計(jì)。后背是千斤頂施工中的主要支撐結(jié)構(gòu)體系，要維持穩(wěn)定的強(qiáng)度，保證結(jié)構(gòu)主體壓縮變形及其受力的穩(wěn)定性。例如，在強(qiáng)度和穩(wěn)定性的計(jì)算過程中，可選取現(xiàn)澆的整體式后座墻組合鋼板結(jié)構(gòu)體系，此結(jié)構(gòu)體系安裝便利，安裝過程中，千斤頂結(jié)構(gòu)的有效著力點(diǎn)位置應(yīng)位于后背高度1/3以下的位置。頂管施工作業(yè)的過程中，為保證各個(gè)油缸推力的反力都能夠均勻作用于工作坑體內(nèi)的土體結(jié)構(gòu)內(nèi)，需澆筑90cm厚的C30鋼筋混凝土后座墻，并在后座墻體結(jié)構(gòu)與主頂油缸尾部結(jié)構(gòu)中選取墊上一塊鋼制的后靠背結(jié)構(gòu)，且后背結(jié)構(gòu)不許出現(xiàn)不均勻性的壓縮現(xiàn)象，嚴(yán)禁出現(xiàn)頂進(jìn)性偏差，為實(shí)現(xiàn)頂進(jìn)施工質(zhì)量，應(yīng)針對具體工程開展后背強(qiáng)度和穩(wěn)定性計(jì)算。

3.3 施工工藝

非開挖施工技術(shù)在市政道路工程中的應(yīng)用，主要包含道路鋪設(shè)、更換和管道的修復(fù)施工等。現(xiàn)重點(diǎn)對非開挖施工技術(shù)在市政道路管道的鋪設(shè)和修復(fù)工程中的應(yīng)用進(jìn)行論述。

（1）頂管施工法。頂管施工法重點(diǎn)運(yùn)用激光從發(fā)射軸朝向目標(biāo)或者接收軸方向這一原理進(jìn)行隧道開挖。其中在使用泥漿灌頂結(jié)構(gòu)的過程中，激光束從發(fā)射軸出發(fā)進(jìn)行對準(zhǔn)，此發(fā)射軸體結(jié)構(gòu)主要沿著市政道路方向?qū)崿F(xiàn)機(jī)器的引導(dǎo)。激光是一種基本的施工控制裝置，其與傾斜儀、陀螺儀等共同使用，其中激光束可被引導(dǎo)至機(jī)器切割裝置，并在對應(yīng)位置由地面上的導(dǎo)航處理系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。

（2）水平螺旋鉆進(jìn)施工法。其施工優(yōu)勢是由連續(xù)油管通過安裝在噴油器上的汽提器進(jìn)入孔中，噴油器主要起到提供對應(yīng)液壓密封結(jié)構(gòu)的作用，能夠提供良好的鉆桿控制能力。該方法并不是借助旋轉(zhuǎn)平臺或者頂部的驅(qū)動(dòng)器實(shí)現(xiàn)鉆頭的旋轉(zhuǎn)，而是由地面結(jié)構(gòu)借助泵送施工法來驅(qū)動(dòng)井下馬達(dá)系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)。一般情況下，泥漿馬達(dá)是連接油管井底結(jié)構(gòu)的重要組成部分，此方法表面干擾性小，對于地下土壤結(jié)構(gòu)的擾動(dòng)性也較小。

4 結(jié)束語

綜上所述，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代給排水系統(tǒng)的給排水設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)理念取得了長足的進(jìn)步，為現(xiàn)代城市給排水工程的建設(shè)創(chuàng)造了有利條件。其中，非開挖施工技術(shù)在市政道路工程中的應(yīng)用對于提高工程施工質(zhì)量、優(yōu)化施工流程等具有積極作用，可顯著提高市政給排水工程的整體施工效率。