市政施工中地下管線(xiàn)長(zhǎng)距離頂管施工技術(shù)研究

翁程亮

（山東省路橋集團(tuán)有限公司，山東青島 260000）

1 引言

市政工程建設(shè)涉及的工程項(xiàng)目較多，施工過(guò)程相對(duì)復(fù)雜，導(dǎo)致對(duì)管道的埋深要求越來(lái)越高，頂管施工的難度也逐步增加。因此，為了保證該技術(shù)能夠滿(mǎn)足高質(zhì)量的施工要求，切實(shí)提高工程建設(shè)質(zhì)量，必須提高設(shè)計(jì)方案的合理性，適當(dāng)調(diào)整技術(shù)流程，改善技術(shù)應(yīng)用中的不足之處。為了確保相關(guān)應(yīng)對(duì)措施更具有針對(duì)性，需要對(duì)長(zhǎng)距離頂管施工技術(shù)的具體內(nèi)容進(jìn)行深入分析。

2 市政施工中地下管線(xiàn)長(zhǎng)距離頂管施工技術(shù)分析

2.1 應(yīng)用特點(diǎn)

頂管施工技術(shù)的優(yōu)勢(shì)包括：（1）不會(huì)破壞施工現(xiàn)場(chǎng)，由于其本身不需要進(jìn)行地面挖掘便可以完成管線(xiàn)的鋪設(shè)，能夠有效解決傳統(tǒng)施工技術(shù)造成的交通堵塞、建筑物破壞等弊端，并且減少了大范圍的開(kāi)鑿動(dòng)土，也能降低施工噪聲，不會(huì)對(duì)周邊人們的生活造成不良影響；（2）施工速度快，頂管施工大部分工作面都在井下區(qū)域，無(wú)須工作人員在路面鋪設(shè)路障圍欄，也無(wú)須進(jìn)行拆遷工作，可以切實(shí)降低工程量，節(jié)約管線(xiàn)鋪設(shè)時(shí)長(zhǎng)，并且當(dāng)前頂管施工所應(yīng)用的機(jī)械設(shè)備性能較高，可以大幅度降低人工費(fèi)用支出，進(jìn)一步提升頂管施工的經(jīng)濟(jì)性，目前工作效率最高的頂管機(jī)如圖1 所示；（3）環(huán)保效果好，頂管施工采用的是點(diǎn)狀形式完成小范圍施工，不會(huì)對(duì)附近的基礎(chǔ)設(shè)施、綠色植被產(chǎn)生破壞，并且在井內(nèi)施工時(shí)，需要不斷灌注黏土漿與清水，可以抑制塵土揚(yáng)到空氣中，以此避免城市空氣污染。

圖1 頂管機(jī)

2.2 技術(shù)類(lèi)型

2.2.1 穿墻技術(shù)

穿墻技術(shù)主要是為了將防水套管與墻體預(yù)埋管進(jìn)行連接，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，要切實(shí)保證構(gòu)成材料具有良好的抗震性與防水性，能夠在高壓環(huán)境下保持良好的應(yīng)用強(qiáng)度與較高的荷載力。同時(shí)，施工人員要確保管道安裝的精確性，全面考慮可能影響施工有序進(jìn)行的外部因素，并制訂有效的解決方案，及時(shí)清理可能會(huì)堵塞管道的污染物，保證管道良好的運(yùn)輸功能。

2.2.2 螺旋鉆井技術(shù)

螺旋鉆井技術(shù)即是利用螺旋鉆機(jī)的推力將鋼管放至指定位置，并通過(guò)采取一系列的管道施工方法，保證周邊的土層能夠維持基本形態(tài)，不會(huì)形成地質(zhì)塌方、地表開(kāi)裂等不良現(xiàn)象，以此避免降雨量較高時(shí)出現(xiàn)水土流失。通常螺旋鉆井法適用于孔徑較小的應(yīng)用管道，在施工過(guò)程中難免會(huì)產(chǎn)生一定的誤差，需要工作人員根據(jù)實(shí)際要求盡快調(diào)整，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的精度控制。

2.2.3 減阻技術(shù)

灌漿減阻的目的在于改善土壤物理性質(zhì)，適當(dāng)減少機(jī)械裝置在進(jìn)管過(guò)程中遇到的阻力，并確保管道放置時(shí)土層能夠保持較高的穩(wěn)定性。通常施工人員會(huì)采用在土層與管道間灌注泥漿的方式，使間隙處形成保護(hù)膜，用以提升土壤的支撐力，并起到防止地面沉降的作用。同時(shí)，工作人員要及時(shí)檢查泥漿量的剩余情況，確保灌注過(guò)程的連續(xù)性。

3 施工流程

3.1 施工準(zhǔn)備

施工準(zhǔn)備工作包括：（1）要制訂完整的設(shè)計(jì)方案，明確各項(xiàng)施工要求，保證水電資源配置合理、科學(xué)，確保工程計(jì)劃符合相關(guān)安全標(biāo)準(zhǔn)。比如，變壓器功率應(yīng)設(shè)置為200 kW；水資源的采集應(yīng)遵循就近原則等。（2）結(jié)合實(shí)際應(yīng)用需求，選擇性能、質(zhì)地優(yōu)良的頂管材料，保證施工過(guò)程有序進(jìn)行，表1 為鋼管材料特點(diǎn)分析。在施工時(shí)，要注意建材在投入使用前要經(jīng)過(guò)精確計(jì)算，減少材料二次加工，使其能夠準(zhǔn)確安裝在所需位置。此外，施工單位要在工程現(xiàn)場(chǎng)布置視頻采集點(diǎn)，完成整個(gè)建設(shè)流程的監(jiān)控與審查，提高市政工程的安全性，排除安全隱患。（3）要購(gòu)入性?xún)r(jià)比高、運(yùn)行狀態(tài)良好的機(jī)械裝置，比如，當(dāng)前應(yīng)用效率最高的XDN500 頂管機(jī)頭，如圖2 所示。

表1 頂管材料特點(diǎn)分析

圖2 頂管機(jī)頭

3.2 井下布置

井下布置主要是將鋼梯、導(dǎo)軌等裝置下放到井內(nèi)，并將Q253B 鋼材作為頂管基座制作原材料，由施工人員完成管線(xiàn)長(zhǎng)度測(cè)量后，再進(jìn)行基座的安裝固定，以此降低誤差值，提升施工的穩(wěn)定性[1]。

3.3 管線(xiàn)運(yùn)輸

管線(xiàn)運(yùn)輸需要優(yōu)先得到相關(guān)部門(mén)的開(kāi)工批準(zhǔn)，之后才可將建筑材料運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場(chǎng)并開(kāi)展組裝、拼接工作，在將成品鋼管投入使用前，還要對(duì)其應(yīng)用質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)，包括頂管耐久性、抗腐蝕性、是否存在結(jié)構(gòu)破損等，避免后續(xù)二次維護(hù)需要重新開(kāi)鑿破土，加大工作量造成不必要的經(jīng)濟(jì)支出[2]。

3.4 注意事項(xiàng)

1）為了保證管道推力大小適中，能夠完全抵御土壤與管道外壁產(chǎn)生的摩擦力，需要合理設(shè)計(jì)管道長(zhǎng)度與徑口大小，同時(shí)，設(shè)計(jì)人員還要充分收集工程現(xiàn)場(chǎng)的勘察數(shù)據(jù)并進(jìn)行相關(guān)閉水實(shí)驗(yàn)，從而將管道壓力控制在安全標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，并將土拱效應(yīng)、管端阻力等影響因素考慮到位，保證計(jì)算結(jié)果的合理性與適用性，其頂力計(jì)算公式為：

式中，F(xiàn) 為總推力；F1為迎面阻力；F2為頂進(jìn)阻力；Pe為土壓力，N；Bc為管外徑，m；L 為頂進(jìn)長(zhǎng)度，m；Pa為土層主動(dòng)壓力，通常為200 kPa；Pw為土層地下水壓力；P 為土倉(cāng)預(yù)加壓力，通常為20 kPa；Fk為管壁與土體的摩阻力，kN/m2。

2）明確管道位移偏差，長(zhǎng)距離的頂管施工不可避免地會(huì)在安裝過(guò)程中出現(xiàn)距離誤差，為了解決此類(lèi)問(wèn)題，施工人員要進(jìn)一步提升自身技術(shù)水平，減少設(shè)備振動(dòng)情況，依照相應(yīng)規(guī)范的要求，使油缸推力處在均衡狀態(tài)，以此降低推力變化，控制管道位移，確保頂管誤差值控制在允許范圍內(nèi)，其具體數(shù)值見(jiàn)表2。

表2 頂管允許偏差

3）開(kāi)展加固措施，工作人員可采用水泥灌注的方式修復(fù)破損區(qū)域，保證路面平整，還要使用高壓注漿的方式完成鋼管頂穿處的封堵，并控制好相應(yīng)凝固時(shí)間，保證加固位置符合安全標(biāo)準(zhǔn)要求的強(qiáng)度[3]。

4 長(zhǎng)距離頂管施工技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中存在的安全隱患與解決措施

4.1 安全隱患

4.1.1 土體形變

由于長(zhǎng)距離頂管施工的工作原理是借助機(jī)械設(shè)備的推力將運(yùn)輸管道移動(dòng)至指定區(qū)域，因此，不可避免地會(huì)對(duì)土體本身造成一定的擠壓效果，若土層質(zhì)地相對(duì)稀疏，便會(huì)使土體受高壓作用影響，難以承受大重量的負(fù)荷而產(chǎn)生土體形變、土地失衡等現(xiàn)象，不僅會(huì)嚴(yán)重阻礙施工建設(shè)的有序開(kāi)展，降低施工效率與施工質(zhì)量，還會(huì)因地勢(shì)結(jié)構(gòu)的改變對(duì)施工人員的生命安全造成威脅。因此，需要相關(guān)人員重視土體變形控制，切實(shí)消除此類(lèi)安全事故產(chǎn)生的可能性。

4.1.2 環(huán)境破壞

長(zhǎng)距離頂管施工造成的環(huán)境破壞體現(xiàn)在以下方面：一方面，因人員操作不規(guī)范或受自然因素影響，使管道安裝出現(xiàn)大范圍的位移偏差，導(dǎo)致頂進(jìn)時(shí)周邊土地在較大推力作用下發(fā)生位置改變，造成坍塌現(xiàn)象的產(chǎn)生；另一方面，污染物對(duì)生態(tài)環(huán)境造成了破壞。雖然頂管施工技術(shù)本身的污染物產(chǎn)量相對(duì)較低，但產(chǎn)生一定的生活污水、光污染等，如果不能及時(shí)開(kāi)展相關(guān)治理工作，會(huì)使有害物污染周邊環(huán)境，影響居民的正常生活。

4.2 控制措施

4.2.1 控制管線(xiàn)與地面形變

首先，技術(shù)人員要對(duì)土體形變的產(chǎn)生原因進(jìn)行全面分析，當(dāng)前，導(dǎo)致土體形變最主要的原因是端頭地層承受的壓力比其他區(qū)域的壓力值大，因此，出現(xiàn)結(jié)構(gòu)損失的可能性也最大，并且管道與土壤間的摩擦效果也是引發(fā)地層變動(dòng)的重要因素；其次，在明確事故形成原因后，需要對(duì)勘測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行二次研究并重新在工程現(xiàn)場(chǎng)完成數(shù)據(jù)測(cè)量，探究土質(zhì)的真實(shí)情況進(jìn)而確定準(zhǔn)確的挖掘深度與管線(xiàn)長(zhǎng)度；最后，施工企業(yè)要在施工過(guò)程中加強(qiáng)坡度的偏差控制，使其維持在平緩狀態(tài)，盡可能減小管道下放時(shí)與土層間產(chǎn)生的摩擦阻力，以此達(dá)到改善地面形變現(xiàn)象的目的。

4.2.2 接收頂管井

一方面，要減小施工建設(shè)對(duì)生態(tài)環(huán)境造成的影響，通過(guò)開(kāi)展砌筑工作與開(kāi)鑿作業(yè)的方式加強(qiáng)井壁的保護(hù)效果，提升周邊土地的穩(wěn)固度，使其能夠承受較高的推力作用，防止地面坍塌現(xiàn)象的產(chǎn)生。另一方面，施工人員需重視污染物的管理與清理，比如，將生活污水進(jìn)行統(tǒng)一收集并進(jìn)行污染檢測(cè)，若污染量超標(biāo)，則需進(jìn)行降解工作，之后將檢測(cè)合格的水資源用以地面沖刷或設(shè)備清洗，以此達(dá)到資源二次利用的目的。對(duì)于金屬材料受陽(yáng)光照射產(chǎn)生的光污染，需在材料存放時(shí)鋪設(shè)遮光板或擋光布，避免反光造成的光污染。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，通過(guò)對(duì)市政施工中地下管線(xiàn)長(zhǎng)距離頂管施工技術(shù)的應(yīng)用特點(diǎn)、技術(shù)類(lèi)型、施工流程進(jìn)行分析討論，闡述其在應(yīng)用過(guò)程中存在的安全隱患，并提出具有針對(duì)性的解決措施，從而確保市政施工效果符合預(yù)期目標(biāo)，幫助建設(shè)單位進(jìn)一步提高施工效率，降低對(duì)生態(tài)環(huán)境的破壞與污染程度，實(shí)現(xiàn)綠色化發(fā)展，推動(dòng)城市經(jīng)濟(jì)化建設(shè)，為相關(guān)施工企業(yè)提供切實(shí)可行的參考。