市政道路排水工程污水管頂管施工技術的應用

文／李曉娟 長春城投城鎮(zhèn)化建設投資有限公司 吉林長春 130000

引言：

市政道路污水管道設置是為了保護路面結構，實現(xiàn)雨污分流，保證道路周邊水系暢通。由于市政道路排水工程的污水管道需要深入地下，施工環(huán)境復雜，管道密集，結構復雜，因此施工難度極大。近年來，我國市政工程建設逐步完善，施工工藝得到了極大的優(yōu)化和改善，新型技術和材料得到廣泛應用，通過頂管技術的實踐，有效提高了排水工程的施工水平以及工程質(zhì)量。

1.市政排水污水管頂管施工技術概述

1.1 技術原理

頂管技術是一種小部分開挖或者不開挖的管道施工技術，一般多見于市政道路的排水施工中。該技術存在較多突出優(yōu)勢，其施工工期比較短，施工階段對周邊環(huán)境干擾較小，管壁光滑且密封性很好。但是相比于其他管道施工技術，該技術應用的成本更高。多年來，隨著市政道路排水施工水平的提升，其污水管施工作業(yè)所用技術工藝也在不斷革新，頂管施工技術在業(yè)內(nèi)廣泛應用。該技術是以傳統(tǒng)地下管道施工工藝作為技術基礎而優(yōu)化延伸出的新型管道施工技術，與傳統(tǒng)排水工程污水管施工技術相比，不需要進行大范圍的開挖作業(yè)，只需進行小面積工作井的開挖作業(yè)，然后組織頂管作業(yè)，將管材頂進到目標位置。施工期間，管道之間的各中繼站以及主頂油缸裝置等發(fā)揮關鍵作用，為各頂進設備提供聯(lián)合推力，將其推動到指定地質(zhì)層完成施工。污水管的頂管施工作業(yè)中，工具管的選擇是關鍵，一方面要注重工具管的材質(zhì)質(zhì)量控制，同時還要結合工程施工需求保證工具管的匹配度。市政道路排水污水管施工中通常會選擇鋼筋砼管，此種工具管承壓性能優(yōu)越，可荷載各方面壓力，安全性強且使用年限長。頂管施工作業(yè)屬于持續(xù)性作業(yè)，具備不可逆轉(zhuǎn)性，施工一旦開始，則不能隨意中斷，如果施工期間中途存在長時間停工情況，將對頂進施工效果造成影響[1]。

1.2 技術類型

市政道路排水工程的污水管施工中，所用頂管施工作業(yè)類型主要分成開放性和密封型兩種，其中后者在現(xiàn)階段工程作業(yè)中更為常見，具體來說，其所包含的工藝技法主要有以下幾種類型。

1.2.1 泥水式推進法頂管施工

此種施工技法實際操作過程中需使用刀盤掘進機設備，合理控制頂進速度，令掘進機的正面推土壓力處于平衡的狀態(tài)。與此同時，合理調(diào)節(jié)循環(huán)水的壓力，維持地下水壓的平衡。此種技法可實現(xiàn)連續(xù)式施工作業(yè)，且全過程可保持較快的推進速度，施工期間不會造成明顯的地表沉降，因此施工前不需要實施地基改良處理，也無需采取降水措施。

1.2.2 土壓式推進法

土壓式推進法是在操作間內(nèi)的切削倉中，注入混合材料，直到泥倉被混合料注滿為止，以使得地下水壓力以及正面推土壓力處于平衡狀態(tài)。實際操作期間，對于混合材料的輸送無需使用專用的泥漿泵等設備，一般來說使用價格相對低廉的推進機則可開展施工。施工期間所用泥漿材料無需進行處理，應用成本不高。施工中通常使用單刀盤或者多刀盤類型的土壓平衡推進機設備，施工中還要注意管徑的控制，一般應在1000-3000mm 范圍內(nèi)[2]。

1.2.3 泥濃式推進法

這類方法主要采取二次注漿的方式進行處理，降低地層之間存在的摩擦力，并且順利排出頂管中的礫石等廢棄物，保證后續(xù)的頂管作業(yè)順利實施。一般來說，此種技法更適合應用在長距離的污水管頂管施工作業(yè)當中。實際操作過程中，應用此種作業(yè)方式，可有效分離地下土和礫石，將礫石雜物等輸送道地表外部，然后集中運輸處理。此種推進方式適用性廣泛，在絕大多數(shù)土質(zhì)環(huán)境中都可使用，施工期間所選頂進管的直徑需嚴格控制，一般在700-2200mm 之間為最佳。施工期間，先要進行工作坑的掘進開挖，隨后制作混凝土頂管并安裝，使用油泵設備實施頂管施工，出泥后貫通管道，完成操作之后拆卸工具管，組織工作井檢查，最后進行回填作業(yè)。

2.市政道路污水管頂管施工常見問題

2.1 管道偏移及積水

產(chǎn)生管道偏移和積水問題主要是由于測量不準、施工人為失誤、意外避讓構筑物等因素導致的，使管道的位置偏移，從而出現(xiàn)立面積水、倒坡等現(xiàn)象。因此在施工時需要嚴格按照規(guī)范進行測量，完成交接樁復測，同時還要根據(jù)樣樁施工，重視軸線、縱坡的測量與驗收。當面對構筑物需要避讓時，應在合理的位置設置連接井，轉(zhuǎn)角至少為135°[3]。

2.2 閉水試驗不合格

這主要是由于基礎不均、施工質(zhì)量不佳、端頭封堵不嚴等因素導致的，因此施工時必須要全面檢查是否存在滲漏，并對滲漏處做好記號，排空管內(nèi)水分后再進行處理。對于細小的縫隙、滲漏，可以通過水泥漿、防水涂料涂刷，對于嚴重的應采用返工處理的方式。

2.3 回填土沉陷

這主要是由于壓實機具選擇不當、填料質(zhì)量不佳、含水量控制不當?shù)纫蛩貙е碌摹Ｒ虼耸┕r對于其他構筑物基礎脫空破壞的情況，應采用注漿填充的方式，而結構破壞的則應當挖出質(zhì)量不佳的填料，用穩(wěn)定性能較強的材料代替。

3.市政道路排水工程污水管頂管施工技術的實際應用

3.1 工程概況

本工程為城市市政基礎建設工程，其中包括市政道路，綜合管廊等系列基礎配套設施建設，其中綜合管廊長度約為7.9km，在管廊工程中污水管設施建設是重點內(nèi)容，綜合考量后工程選用適用性較強的頂管施工技術。

3.2 施工流程

在頂管施工時，應依照常規(guī)作業(yè)流程展開施工作業(yè)，首先進行施工前的相關準備工作，完成測放作業(yè)，隨后進行井位制作，然后準備與之匹配的頂管設備，設備準備就緒后實施導向鉆孔，隨后進行拉管施工，進行各管節(jié)的頂管作業(yè)，完成后拆除頂管設備，修筑檢查井，測量糾偏。

3.3 技術應用要點

3.3.1 前期準備

正式頂管施工前，要先完成以下準備工作。施工人員需明確圖紙中內(nèi)容，掌握頂管施工位置，準確了解現(xiàn)場周邊交通情況，隨后科學選址，進行相關臨時性施工設施的提前搭建，根據(jù)工程設計中的頂管長度來合理設置管道埋深。與此同時，要調(diào)查分析施工區(qū)域及周邊水文地址條件。頂管施工中應用的必要機械和材料等進場環(huán)節(jié)是控制關鍵點，設備的運行調(diào)試和建材質(zhì)量抽檢都不可忽略。設備檢查入場之后要遵從管理秩序擺放儲存，不得亂停亂放。施工現(xiàn)場衛(wèi)生環(huán)境要符合標準，垃圾雜物等不得存在。此外，頂管作業(yè)正式開展前相關測放工作需完成，在這一過程中偏差值的控制較為關鍵。在本工程中，若是管徑的尺寸在1500mm 之內(nèi)，則軸線部位測放數(shù)值的偏差不應超出100mm[4]，管內(nèi)底高程參數(shù)測放數(shù)值的偏差應控制在30-40mm 的范圍內(nèi)。若是偏差超出既定標準，現(xiàn)場需及時糾偏，修正測放數(shù)據(jù)。測放結束后，對于現(xiàn)場施工區(qū)域進行找平處理，令其區(qū)域平整。施工現(xiàn)場要入場吊車等設備，為此在場地規(guī)劃階段就要提前預留出吊車設備的行車空間。如果施工區(qū)域面積相對較小，要提前做好特殊規(guī)劃預案，如果場地面積充足就無需進行特殊規(guī)劃。

3.3.2 井位制作

進行工作井制作的時候，通常有兩種制作形式可供選擇，一種是坑式設備工作井的制作，一種是裝管井的制作，制作時需立足于項目的實際需求，本工程綜合實際情況選擇應用第二種井位制作方式，在原井中安設500mm 長的管節(jié)用于后續(xù)頂管作業(yè)。

3.3.3 導向鉆孔設計

設置導向鉆孔時，先要選擇合適的定位輪裝置，便于有效控制管道流水標高。在工作井中復核檢查標高后，判斷其數(shù)值與工程設計參數(shù)之間存在的誤差并修正，確保數(shù)據(jù)標準后再進行下一井位的參數(shù)復核。導線鉆孔的布設點位應該盡量要與地下已有管線保持安全距離，最大程度遠離施工區(qū)域中布設的電力管線，光纜線路等等。工程設計人員需對導向鉆孔曲線實施深度的優(yōu)化，盡量簡化其曲線設置的復雜程度，適當增大其曲線弧形部分的曲率。入土點部位的鉆孔設置以及出土點部位的鉆孔設置都要遠離水體，間隔距離至少應在5-6m 之間，以免布設距離過近導致施工中泥漿噴涌。

3.3.4 回擴掘進頂拉及復測

頂拉施工中本工程使用了聚乙烯，該材料不適合進行大噸位頂進作業(yè)，如果遭受較強的頂進作用力很容易造成材料損壞。施工中在土體和管道之間注入泥漿，起到減少摩擦的效果。結合工程現(xiàn)場的實際施工條件，環(huán)空需至少為40mm。本工程將環(huán)空設置為40mm，在此條件下，設備機頭頂進效果良好，頂進過程中產(chǎn)生的泥漿有效改善了施工作業(yè)條件。

施工時導向桿標高參數(shù)的復測非常關鍵，施工人員要結合施工具體深度，來計算分析施工范圍內(nèi)土層荷載情況，判斷是否需要進行預擴孔處理，如果必要還需配置相匹配的止泥環(huán)。技術人員需結合現(xiàn)場土層屬性來選擇合適的機頭。若存在流沙流塑性土層，則要選擇專用壓力倉機頭裝置，此種類型的機頭可以實現(xiàn)自動泄壓和自動閉合，具備良好的使用性能。實際操作時，第一節(jié)是工具管，每頂進50cm，就要進行測量，在必要情況下，還需靈活調(diào)整測量的間隔距離，增加測量的頻率。測量后要根據(jù)結果的精準程度采取相應的控制措施，確保管道可以依照設計要求精準的進入土中。管道頂進到既定土層中，技術人員可適當將測量頻率降低，但是測量間距要控制在100cm 以內(nèi)，期間頂管偏差要嚴格的控制[5]。施工期間技術人員應使用激光導向經(jīng)緯儀裝置進行測量。操作過程中需經(jīng)緯儀設備的姿態(tài)實施糾正調(diào)整，令其瞄準工作井內(nèi)的激光發(fā)射裝置，然后調(diào)整激光發(fā)射器令其發(fā)射點位處于軸線上。進行高程參數(shù)測量的時候借助水準儀裝置，通過對頭一節(jié)管道前端，以及其后端部分管內(nèi)底高程參數(shù)的準確測量，可準確判斷出頭一節(jié)管道的具體走向，隨之制定相應控制策略。技術人員應將激光經(jīng)緯儀裝置安裝在工作井當中并調(diào)整矯正其位置。管內(nèi)還要安裝相關標識，將其用作輔助裝置，管道頂進到既定點位之后，如果設備激光射在標識牌的中心點位，則表示管道的頂進位置較為準確，沒有出現(xiàn)偏差，反之則需及時進行修正調(diào)整。頂進操作完成之后，對于各個管節(jié)接口的核心部位，以及其各自高程參數(shù)都要復測，以根據(jù)復測結果判斷各管節(jié)連接狀態(tài)，如果測量期間發(fā)現(xiàn)各管節(jié)之間存在錯口，要對其之間的高差進行測量，然后調(diào)整為標準狀態(tài)。

3.3.5 鉆導向孔及回擴

該階段技術人員需根據(jù)工程既定的鉆進設計曲線進行鉆孔，施工期間現(xiàn)場要安排工作人員負責控制監(jiān)管掌控鉆孔鉆進方向、鉆進深度以及鉆頭板的實際狀態(tài)，檢查人員和司鉆手之間要及時進行技術交流和溝通，防止出現(xiàn)操作失誤等問題。實施鉆進操作及回拖處理時，要注意鉆桿運行狀態(tài)的控制，避免操作時鉆桿出現(xiàn)逆時針轉(zhuǎn)動的情況。鉆孔全過程為保質(zhì)量需要進行站旁監(jiān)督，并且嚴格的落實簽證制度以用于約束現(xiàn)場作業(yè)，保證鉆孔軌跡正確。鉆進到出口部位工作坑之后，則停止操作。此時鉆孔直徑尺寸尚未達到設計標準的，還不能進行后續(xù)的鋪設施工，對此，本工程選取的多此擴充直徑的方式進行處理，先使用直徑為159mm 的鉆頭裝置進行鉆孔回擴，處理完畢后再使用直徑為273mm 的鉆頭裝置進行鉆孔直徑回擴，一直到鉆孔直徑能夠符合既定設計標準位置。隨后技術人員將鉆孔中殘留泥漿等使用清空器處理干凈即可。

具體操作過程中，施工人員要注意以下控制要點。第一，回擴孔徑時，要先將鉆頭裝置卸下后更換規(guī)格159mm 的回擴頭裝置，將其與鉆桿尾端連接，然后啟動鉆機設備開始進行孔徑的回擴。會拉處理的時候，要依照施工進度調(diào)整鉆桿的長度，適當進行加接處理，操作全程鉆桿裝置都不應進入空洞。第二，擴頭回拉一直到達駁坑之后，施工人員要拆卸回擴頭裝置，然后更換個規(guī)格273mm 的回擴頭裝置進行安裝，隨后旋轉(zhuǎn)回拉擴孔，依照之前的操作方式完成回擴處理。第三，拉管操作時，各節(jié)PE 管都要處于既定位置，拉管完成之后，對于所用設備用具裝置等要及時清理干凈，并且將其分類保管[6]。

3.3.6 泥漿的制備與施工

本工程頂管施工現(xiàn)場局部地區(qū)存在復雜的地質(zhì)條件，因此對于所用泥漿材料制備有較高的標準。泥漿制備期間要保證材料性能質(zhì)量達標，需科學配置用料，合理選用制備方法。實際操作期間要注意如下幾個制備要點。第一，使用水泵裝置將原材料輸送到鉛淀池中，進過沉淀反應和過濾反應之后，再進行正式配漿。第二，選擇大一級膨潤土材料進行配置，在其中加入適量的專用添加劑之后充分攪拌。一般來說，泥漿專用添加劑有較多種類，應用頻率較高的有防塌潤滑添加劑，以及降失水添加劑等等，具體選用時候要根據(jù)泥漿制備的要求合理配置。第三，配置過程中應借助快速水化裝置來實現(xiàn)膨潤土材料的有效水化處理，與此同時，現(xiàn)場還要增設泥漿罐，本工程泥漿制備現(xiàn)場配置了4 個泥漿攪拌罐，以及1 個泥漿配漿罐。第四，對于施工期間產(chǎn)生的回流泥漿要進行妥善處理。對此施工人員應在鉆機施工現(xiàn)場以及頂管作業(yè)現(xiàn)場修筑專門的回流泥漿收集池，用于其泥漿的收集處理。擴孔施工期間產(chǎn)生的泥漿將匯集到回流泥漿收集池當中進行沉淀，隨后光纜套管裝置將其輸送轉(zhuǎn)移到鉆機施工現(xiàn)場的泥漿池當中進行沉淀回收，然后啟動泥漿回收系統(tǒng)對泥漿進行回用處理。

3.3.7 施工安全防護

市政工程涉及面廣，關系著人民群眾日常生活以及現(xiàn)場作業(yè)人員的人身安全，施工期間必須加大施工期間的安全防護。例如，施工人員佩戴安全帽等相關防護用具，提高主動防護水平；在施工場地周邊設置擋板；加強安全監(jiān)管，及時發(fā)現(xiàn)問題并正確處理；部分區(qū)域不具備安裝防護欄的條件，此時宜在周邊裝設防護網(wǎng)，以防人員跌落；加強對施工設備的性能檢查以及材料的質(zhì)量檢查。通過落實具體的安全防護措施，提高現(xiàn)場安全防護水平，最大限度的降低安全事故的發(fā)生。

3.3.8 測量及糾偏

對于頂管測量，可通過激光線測量的方法完成。將激光經(jīng)緯儀安裝設置在工作井中，以管線為基礎進行調(diào)節(jié)，同時必須妥善安裝標示牌，頂進管道與設計方位合一時，激光點可以精準地射到標識牌的正中方位。全段頂管結束后，有必要在每個管節(jié)的接口處測量位置與高程，如果出現(xiàn)了錯口的情況，需要詳細測量錯口高差。此外，為了使管道的光滑度達到最佳，有必要用砂漿抹平錯口。另一方面，對糾偏校正而言，重點在于預防，要最大限度地避免由于超差而引起的再度校正的情況。頂進時，最大誤差為10mm[7]，對于誤差，要進行及時的糾正，而且糾正必須從小角度出發(fā)，緩慢行進，不能過快。對于糾偏方法，可以利用挖土校正法，也可以利用強制校正法。

3.3.9 管道接口及管道裂縫的處理方法

混凝土管是施工中常用的管材，這類管材接頭要保證完全固定管道導向環(huán)。一般來說，接頭的主要處理途徑包含：如果頂管管材利用的是平型接口，后續(xù)不同管之間出現(xiàn)縫隙時，應利用環(huán)氧水泥砂漿進行填抹；如果管頂頂進結束后，壓力試驗造成了管道破損的情況，需要在管道內(nèi)部設置密封環(huán)，還要做好接口防水測試。在頂進過程中，由于管道有時會受到不均衡的壓力，從而造成裂縫的進一步擴張，所以，必須及時處理裂縫。如果是比較細微的裂縫，可以用環(huán)氧砂漿進行填充；如果是比較明顯的裂縫，可以用鋁粉砂漿進行處理。

結語：

綜上所述，在市政排水污水管施工中，頂管施工技術可充分發(fā)揮其應用優(yōu)勢，實際使施工中無需開挖就可開展施工，在保證市政管廊施工質(zhì)量的基礎上，還能最大程度保障道路路面的完整程度，防止損壞或擾動周邊建筑物。施工期間，要掌握各技術要點，確保污水管施工質(zhì)量符合預期。