市政給排水施工中的非開挖頂管施工技術要點研究

楊宇

（中國市政工程華北設計研究總院有限公司，天津 300381）

1 引言

市政給排水施工中非開挖頂管施工技術的應用，是對傳統市政給排水施工的創新基礎。市政給排水施工作為市政建設的重要組成，它的施工難度比較大，是市政施工研究的焦點。頂管施工技術在實際應用中，具有突出優勢，如降低給排水施工噪聲，減少施工污染，有效提高施工效率，以最小的土層破壞完成給排水施工。不僅如此，頂管施工技術能夠減少部分煩瑣的施工流程，有效簡化施工流程，降低施工成本的同時，將環境保護作用發揮到最大。

2 工程概況

此次研究主要針對呼張客專鐵路沿線安全區水源井封閉置換水源工程。勘察期間地下水靜止水位埋深在5.20～5.50 m（絕對高程1 030.70～1 030.79 m）。抗浮設防水位高程1 032.74 m。本工程基坑開挖深度約為自然地面下2.0 m，基坑開挖深度較淺，基坑開挖時邊坡可采用自然放坡的形式，自然放坡坡度不宜大于1∶0.75。工程內容包含：（1）金河水廠至一級加壓泵站引水管線工程，增設DN700 mm 廠區北側供水管道與一級泵站連通管800 m，采用非開挖頂管施工；（2）大青山輸水管道安全性提高改造工程；（3）第九水廠連通管道工程，增設DN500 mm 的大青山現狀輸水管道與九水廠連通管3 700 m，采用非開發頂管施工；（4）大青山綠化用水工程，修復1#蓄水池并新建送水泵站，供水能力20 000 t/d。圖1 為頂管作業井沉井施工現場，圖2 為第九水廠連通管道工程路由示意圖。結合工程概況，對市政給排水施工中的非開挖頂管施工技術展開研究。

圖1 頂管作業井沉井施工現場

圖2 第九水廠連通管道工程路由示意圖

3 非開挖頂管施工技術要點與應用研究

3.1 頂進管的施工選擇

頂進管直徑要求必須≥500 mm，長度選擇根據施工現場情況，從經濟性、質量與可控等方面出發，盡量做到裝管次數減少，科學規劃長管數量。當然頂管長度與給排水施工設計路線等息息相關，為保證路線不會出現過多偏離，長管比短管更具有應用優勢。頂壓坑建造過程中，其長度與給排水建筑施工地挖坑、回填等操作緊密相連，若長度增加，各方面施工必然會隨之增加。短管在頂進管施工中比較煩瑣，無法達到直線推頂施工操作，并且還會出現周圍土層不斷朝中間擠入的情況，造成給排水管列出現嚴重變形，如此必然會影響到頂管施工的操作性、可控性與質量。基于此，此次施工管徑、管長等均經過嚴格衡量斟酌加以確定[1，2]。

3.2 科學設計施工導向軌跡

非開挖頂管施工技術應用，必須對導向軌跡科學設計，這是頂管施工操作順利完成的基礎。對比傳統施工技術，非開挖頂管施工技術的應用，管線、重力管等要求更高。設計人員提前對給排水導向軌孔等進行梳理，并結合項目實際情況科學設計，期間必須對頂管線路導向軌跡設計可能出現的誤差嚴格控制，有效屏蔽施工中的不利因素，從而降低非開挖頂管施工操作風險。

3.3 非開挖頂管施工準備

施工準備主要包括兩方面：其一是施工現場的平面布置；其二是頂管機的施工處理。施工現場平面布置中，主要設備為起重設備，提前對自動控制室、拌料棚與料具間等進行整理設置，此外還需要對管片堆場進行清理，提前規劃好拌漿材料堆場。施工中會應用到大量水資源，需提前設計注水系統。同時，需設置棄土坑，對主要設備做好安裝檢驗工作。頂管機是頂管施工的主要設備之一，頂管機施工應用，需提前對進出洞展開加固處理，還要注意泥水流失情況，借助止水裝置將頂管施工流程中的泥漿流失控制到最少，為頂管施工操作順利完成提供更多保障。

3.4 嚴格選擇頂管材料

頂管材料的選擇，同樣是非開挖頂管施工的關鍵要點。頂管材料直接決定施工質量，因此，頂管材料選擇必須全方面多角度考慮。首先，是對比施工現場情況，確定管材適當長度與直徑。其次，是綜合考慮管材承受力與厚度，按施工規定要求管材的挑選，必須保證所有參數均滿足施工需要。最后，是做好對比試驗設計，保證頂管材料質量，為頂管施工的質量保證與作用發揮創造有利的條件。

3.5 鋼管制作、焊接、防腐

輸水鋼管外徑D700 mm，管壁厚度12 mm，實際加工長度和噸位視工程實際頂進距離調整。鋼材采用Q345B，初步確定單根短串管長度6.0 m，鋼管在具有資質的加工廠進行加工，加工好的鋼管必須經監理驗收合格后，再進行防腐。鋼管在制作完后必須作防腐處理，為方便焊接，管端留有約100 mm 部位未做防腐，在頂管施工時，每相鄰兩節鋼管完成焊接后，再進行防腐。

3.6 頂管施工具體操作

3.6.1 制作泥漿套

泥漿套的支座，主要選擇觸變泥漿，沿著給排水管道外壁，將減阻泥漿緩慢壓入，這樣給排水管道外圍泥漿會出現變化，按照提前布置好的格局形成泥漿套。泥漿套的主要作用是幫助頂管施工減小或者消除給排水管節外壁、施工現場土層阻力，這樣就可以將頂力適當減小，取得理想的減阻效果。泥漿套還起到施工支撐作用，避免現場出現黏土坍塌，繼而有效遏制地層流失，降低地面沉降風險。對于頂管機來講，壓漿施工期間，必須觀察管道頂進施工情況，盡量做到兩者壓漿同時進行。隨時進行跟蹤補漿，嚴格控制泥漿用量，以理論值為參考，4～5 倍實際用量最佳[3]。

3.6.2 頂進施工操作

頂進施工必須以設計路線為基礎，通過超提刀持續前進，同時還要注意觀察削土刀盤的運轉情況與千斤頂編組，隨時對頂進施工展開糾偏處理。定期測量頂進軸線，保證頂進軸線使用與設計軸線一致。混凝土管節持續頂進過程中，一節一次隨時測量，特別是出洞或者糾偏等，從一節一次增加到一節多次。測量控制點還需要隨時復測，測量精度保證的同時，糾偏及時準確到位，豎向與水平偏差分別控制到+30～-40mm、≤±50mm。

隨著對頂進施工偏差的糾正，管材原位得以恢復。當然，必須注意不能出現校正過猛的情況。若頂管機的機頭與設計軸線出現明顯偏離，則需靈活調整，糾偏千斤頂，間接校正機頭位置，從而將偏差減小，方便管道按照軸線設計路線頂進。施工過程中若遇到方向、高程等同時出現偏差，第一步是糾正方向，第二步是糾正高程。方向的偏差糾正，按照小角度、分等級的方式進行，高程的偏差糾正，則需要依靠壓重塊增加或者旋轉糾正力矩實現。頂進操作對非開挖頂管施工非常重要，頂進施工直接決定后期的施工處理，所有施工步驟嚴格按照施工規范進行。

3.6.3 洞口止水施工處理

洞口止水施工處理環節，主要針對頂進施工中，為了確保工作井內管材可以及時出洞，工作井會根據管材外徑將預留洞口擴大，正常擴大的規格為100 mm，如此一來頂進間隙同樣變大，若不能及時封閉，必然會出現洞口出水現象，影響頂管施工操作。面對這種情況，沉井制作期間，就需兼顧洞口止水處理。提前于洞口位置預留出空間，埋設鋼法蘭，厚度為10 mm，將其牢固地焊接在螺栓上，隨后安裝橡膠法蘭，厚度規格為16 mm，通過鋼壓板將其迅速壓緊，檢查已經施工完成的頂管，在不存在地下水滲漏或者泥沙進入的情況下，拆除橡膠法蘭，并回收壓板，完成洞口止水施工處理[4]。

3.6.4 進出洞施工處理

進出洞的施工處理，同樣是頂管施工關鍵工序之一。頂管施工中受到穿墻操作的影響，掘進機的方向會出現偏離，這種情況下，就需要加大對管道方向的控制力度，并且有效協調頂管施工的井內管節拼裝。進出洞施工穿墻環節極為重要，穿墻期間必須加大對泥水的控制，避免其進出井中，同時還要注意塌方情況，有效遏制流沙。在此基礎上，觀察管道與軸線的一致性，若出現偏離情況，需適當對頂進方向做出調整，始終保持頂進方向與軸線重合。

3.6.5 監測布置與障礙物頂進處理

非開挖頂管施工技術的應用，施工操作難度比較大，加上給排水規劃中，周圍建筑物眾多，覆蓋多條路面，任何環節施工出現問題，都會影響到施工質量，因此，必須對施工操作全程監測。監測布置的設計，主要觀測對象為土體位移、施工進程與地表變形、施工技術應用等，將給排水非開挖頂管施工技術的應用，對房屋建筑結構、路面等沉降影響降到最低。頂進施工操作中，地下結構復雜，障礙物等不可避免。遇到障礙物的情況下，頂進施工操作是頂管施工的最大難點。尤其是遇到埋木或者老河道、石塊等，必須及時解決，否則會影響施工進程。面對深覆土大管徑的施工項目，周圍交通干道多，頂管工藝處理中，可以結合開槽埋管，完成頂管施工，同時還可以將城市管網亂挖的情況有效改善。

4 結語

綜上所述，市政給排水施工關系著國計民生，是生產生活正常運行的支撐基礎。給排水施工中，施工條件復雜，管道規劃以及施工注意事項等比較多，為減少對周圍建筑與環境的破壞，積極利用非開挖頂管施工技術。其在實際應用中具有降低成本造價、協調工程與環境關系、施工質量提高等優勢。通過對非開挖頂管施工技術的研究，積極總結施工要點，并制訂詳細的施工技術方案，從每個施工環節的處理去保證非開挖頂管施工質量，同時提高給排水施工水平，節省施工資源，擴大給排水施工技術創新空間。