頂管施工技術在城市給排水工程中的應用

聞 衍

(紹興柯橋排水有限公司，浙江 紹興 312000)

隨著城市化建設進程的不斷深化，我國城市基礎工程體系建設不斷完備。其中，市政管網是城市基礎工程體系中的重要組成部分，實際建設過程中涉及層面也較為廣泛，對工程施工技術提出更高的要求。考慮到給排水工程施工過程中不可避免地阻礙周邊交通順暢度，要求技術領域結合工程實踐以及相關理論提出頂管施工技術，其實際應用中可以有效降低工程開挖量，還可以大幅降低施工用地，避免對周邊環境造成較大影響，兼顧提升施工效率與質量的雙重要求。

1 頂管施工技術概述

從技術層面分析，頂管施工技術在實際應用過程中主要是利用專業化頂管機械，依照坡道要求對施工管道進行相應處理，并推動其進入地下，使管道在地下形成交叉性管網體系。該技術也被稱之為非開挖管道敷設技術，其實際應用過程中體現出如下優點：其一，管道工程施工過程中無需開挖作業環節，極大地降低施工人員工作量，同時也可以避免破壞周邊植被與土地資源；其二，該技術可以有效應用在需貫穿地面建筑或管道工程的鋪設、維修施工之中；其三，相較于傳統開挖敷設施工，頂管施工技術在實際應用中所需時間更短、工程成本更低；其四，頂管施工技術在實際應用過程中可以有效達成降低污染、保護環境目標[1]。

2 給排水工程中頂管技術應用特點

2.1 對周邊環境影響較小

頂管施工技術在實際應用過程中無需對施工區域的原有土層結構進行改變，也不需要進行開挖溝槽施工，在作業施工中所產生灰塵與噪聲量相對較少，也不會對周邊建筑以及地下管線的正常使用造成影響[2-3]。

2.2 施工過程無需開挖地面

頂管技術也被稱之為溝槽非開挖技術，其實際作業過程中需要溝槽開挖流程，既能節約施工時間，也還能提升施工效率。該技術在實際應用中不會影響施工區域交通通行，也無需對地面建筑進行拆遷處理，可以直接穿越土層進行施工，有效降低了施工成本。

2.3 施工面點型分布特色

相較于頂管施工技術，傳統挖槽埋管施工技術為線性施工，其所需施工面積較大，作業過程對周邊環境影響較大，社會效益不理想。頂管施工技術施工面由線型轉為點型，有效彌補了傳統埋管施工技術的缺陷，降低了工程占地面積，在緩解我國土地資源緊張局面方面具有重要作用[4]。

3 施工材料

技術人員在實際選擇頂管施工技術所需漿材過程中，應依照國家現行標準對膨潤土、粉煤灰、純堿等進行檢驗。頂管施工作業所需的鋼管厚度、接頭等按實際需要的承載力進行設計，鋼筋混凝土管材必須滿足下列技術規范：1)在堿環境下使用非活性骨料，其最大堿量應符合CECS 53—93混凝土堿含量限值標準。2)摻入混凝土添加劑時，必須滿足GB 50119—2013混凝土外加劑應用技術規范中的有關要求。3)鋼筋的選擇：HPB235,HRB335,HRB400，優先選擇變形鋼筋。4)混凝土和鋼筋力學性能指標，按照GB 50010—2010混凝土結構設計規范(2010)中有關規定進行。5)根據施工情況及吊裝能力，確定鋼筋混凝土頂管接頭的長度。

4 頂管施工工藝流程及操作要點

施工中應準確掌握各個工序要點，在進行頂管施工之前，必須結合工程的具體條件及周邊的條件，制訂科學的頂進施工方法，比如測量、鋪設導軌等，在隨后的工程中對頂管頂入的強度和剛性進行合理的計算，以確保工程的正常進行[5]。注漿環節是頂管施工中要注意的關鍵環節，它是頂管中長距離頂進的必要條件，注漿材料性能直接對中長距頂進施工質量造成影響。注漿過程中必須依據前期的觀測資料，合理地調節頂管機的土壓、減阻泥漿注漿量、推進率等施工參數，確保注漿過程能有效地控制地表變形。機械頂管施工是一種綜合性很高的機械化施工技術，必須保證施工工藝，最大限度地保障施工安全，具體工藝流程如圖1所示。

5 施工操作要點

5.1 頂管施工技術實際操作要點

1)工作井施工環節。此環節作業中應采用兩次澆筑成型技術，其中上部混凝土井壁澆筑作業應在刃腳混凝土強度達到預訂標準的70%后進行，實際澆筑施工過程中應連續進行，避免井壁中出現施工縫。下沉作業過程中應確保沉井始終保持垂直狀態，施工單位應注意依據地質情況選擇滿足實際施工需求以及質量需求的施工技術。取土下沉作業過程中，施工技術人員應對整個施工流程進行嚴密觀測，在出現下沉困難情況下及時采取相應處置手段，確保沉井作業有序開展[6]。

2)后靠墻施工環節。施工單位在實際作業過程中應注意，采用強度為C30的混凝土材料，當混凝土強度達到預計標注的75%后方可進行后續頂進施工。

3)頂管設備選擇及安裝環節。施工單位在實際開展頂管施工技術過程中，應充分認識到頂管機頭選型、設備規格、型號以及數量對整個工程質量的影響，技術人員工作中應依據工程實際要求開展設備選型設計工作。工作井井內設置主要涵蓋后靠背、導軌、主頂油缸等，同時還包括連至井外的循環系統以及泥漿排除管道，技術人員在境內設備布局設計過程中應避免其影響混凝土管吊裝作業。

4)機頭穿墻出洞作業。此環節作業重點主要涵蓋以下幾方面：其一，洞門止水裝置安裝環節。施工單位應在頂進施工設定方向前坑內澆筑混凝土配比合理的前止水墻，隨后在墻上預留孔洞位置安裝橡膠材質的止水圈。其具體構造如圖2所示。除此以外，在作業中還應該對此環節施工的封門拔除作業進行重點關注，確保頂管高效有序出洞，避免因土體流塑性產生塌方事故。

5)預制管進場及吊裝作業環節。頂管施工作業所需管道均為工廠預制產品，施工單位在接收管道后應確保其堆放的穩定性，應該與工作井保持安全距離，避免對其他作業環節造成阻礙。

6)頂進作業環節。該環節需注意的關鍵點主要涵蓋頂進方法選擇以及頂管段單元長度測算、中繼段劃分以及減阻手段、頂進方向控制方案等[7]。

5.2 正常頂進作業主流程

其一，施工準備階段中，應開展測量放樣工作；其二，頂進設備安裝作業階段中，應開展的工作主要包括現場平面布置、起重設備及注漿設備安裝、注漿材料配置等；其三，掘進機就位階段，應首先對設備性能進行調試，隨后將其安置于工作井中；其四，掘進機進洞階段，應及時開展破洞口磚封門、主頂油缸推進、拔除井門鋼封口以及出泥準備作業；其五，管道頂進作業階段，應及時開展頂進糾偏、觸變泥漿壓柱、頂進操作控制以及頂級出泥作業；其六，鋼管焊接階段，應對焊縫接口部分進行檢驗。在中繼站設計工作中，中繼站的設定取決于總的頂力，中繼環設計應滿足下列任一條件：1)當總的頂力比主頂液壓機構大時；2)當軸向壓力總管道所容許時；3)當總的支承力比和最大的承載力和最大的承載力時。

在實際工程中，管節外壁及周邊土的摩擦力應該由頂板施工所得資料來計算，合理調整轉接間隔，盡量降低轉接間隔，確保頂進過程的順利進行。在減阻措施設計方面，刀具管的阻力主要有刀具管的正壓力、管壁摩擦、刀具管的氣、水壓力，應通過采用注漿技術，在巖體與巖體之間形成一層泥漿護層以減少巖層的摩擦力，從而減少巖層的巖層[8]。

在方向控制方案設計中，施工單位應確保方案滿足如下要求：其一，在頂板施工中，為了確保整個頂進軸線的一致性，應采用連接三角法進行周期性的復測；其二，為更好的解決測量用的時間問題，應盡量減少測量站的數量。在鉆進結束后，如果遇到流沙、砂石等或沖頂發生超掘情況時，則替換采用注漿技術，對不良巖層進行置換注漿。

6 頂管施工質量控制措施

6.1 頂管施工風險后果

頂管施工技術實際操作過程中涉及的要點主要涵蓋以下幾方面：

1)在實際頂管工程中，質量控制風險引發的后果會對長距離頂管的施工工期造成直接影響，若因質量問題導致工期延長，將造成工期延誤和額外成本投入。2)如遇突發狀況，或受其他原因影響，必須進行應急挖掘，則會造成相應的應急挖掘成本。3)在頂管工程中，設備損壞是項目的首要危險結果，它的危害主要表現在設備的維修、更換等需要耗費額外成本，同時性能受損設備也無法達成預期施工效果。4)在人為因素影響下，由于工程建設中的施工人員和技術工人失誤而導致管線軸線或高程發生較大的偏離，造成了工程風險的后果，進而產生了一大批消極的后果。

6.2 頂管施工質量控制標準

從技術角度分析，頂管施工技術作為一種非開挖技術，在實際應用中具有施工效率高、對周邊環境破壞小、社會效益及經濟效益顯著等方面的優勢，這就使得該技術受到施工領域內的廣泛認可與應用，同時施工領域內也針對頂管施工質量控制要點進行深入研究，具體內容涵蓋以下幾方面：第一，相關標準規范方面。現階段頂管施工技術應用主要依托于如下規章標準：GB 50010—2010混凝土結構設計規范、GB/T 50107—2010混凝土強度檢驗評定標準、GB 50268—2008給排水管道工程施工及驗收規范等。第二，施工領域內對頂管作業允許偏差進行科學設定，具體如表1所示。

表1 土壓平衡頂管允許偏差

6.3 質量控制手段

6.3.1 頂進壓力控制

在頂板作業中，應注意實時測量并及時糾偏。針對不同的地質情況應選用適當的鉆井液，以達到“同量、及時、足量”的目的。在施工前期，要對有關工程設備進行全面的檢測，確保設備在施工過程中正常運行。在頂進施工中，如果出現頂力過大應立即停止作業，查找出問題并改進措施。

6.3.2 頂管機的轉動

控制頂管機轉動的最佳方式是在機頭放置廢鋼等配重，并使其與頂管轉動方向相反；另一種方式是將頂管頭的刀片轉動方向與機身的轉動方向相反[9]。

6.3.3 崩鐵問題控制

在頂入時，應密切關注壓力計指示器的變化，特別是在頂入后期，要認真地檢查頂鐵的安裝狀況，觀察其表面有無剝落，垂直頂鐵有無外拱，如發現上述兩種情形，應立即停止頂入作業。采用相應的工藝措施，以減小頂鐵的縱向長度，防止塌陷事故的發生。

6.3.4 背板斷裂的控制

背板施工中應按照要求進行反方向的固定，并在完成后檢查其垂直。頂入過程中，如果出現頂板轉速急劇增加時，必須立即停止施工，查明原因并對其進行相應處置。

6.3.5 防治地表塌陷

1)充填的砂土。利用回填方法快速填滿土壤中的空隙，填補因土壤流失而產生的裂縫，并在回填時加入適量水分，以加速黃沙的擴散。

2)灌漿補強。對于較大的沉陷區，采用局部注漿加固，在頂管上方3 cm處進行加固。注漿物料選用水泥-水玻璃漿料，灌漿時的注漿壓力為0.25 MPa～0.6 MPa，注漿速度為30 L/min，灌漿工序從深淺到不間斷，每次均為0.3 m。注漿作業要按照規定的深度進行鉆孔，隨即注入密封的泥漿，再將塑料單向閥管插入到設計深度；當封口泥漿固化后，將雙向密封的芯管插入塑料閥門內，然后進行灌漿。注漿前應對相關材料、設備和輔助設備進行檢查，確保水電的正常運行，注漿后不能隨意中斷。

7 結語

頂管施工技術在道路給排水工程施工過程中得到廣泛認可與應用，其實際應用過程中可以顯著提升施工效率并取得較好的社會、經濟效益。本文針對頂管施工技術在道路給排水工程中的應用要點進行了研究，對其質量策略進行了闡述，為提升城市道路的給排水工程質量提供有力保障。