市政給排水工程中長距離頂管施工技術(shù)分析

劉 雄 楊文中 王 艷

（1.武漢市水務(wù)建設(shè)工程有限公司， 湖北 武漢 430015；2.武漢市市政建設(shè)集團(tuán)有限公司，湖北 武漢 430000）

0 引言

市政給排水工程是為城市提供安全、高效的供水和排水系統(tǒng)的重要基礎(chǔ)設(shè)施，包括供水、排水、污水處理和雨水管理等方面，可有效減輕城市排水壓力[1]。在市政給排水工程的支持下，市區(qū)污水可通過管道輸送到污水處理廠處理，去除其中的有害物質(zhì)和污染物，使其達(dá)到環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)后排放；雨水也可以通過排水雨水管道或河道排放到適當(dāng)?shù)乃w中，以避免城市內(nèi)的積水和洪澇。然而，市政給排水工程施工通常需要在地下進(jìn)行大規(guī)模的管道鋪設(shè)，這涉及到克服地質(zhì)條件的變化，如土體類型、地下水位和地下障礙物等；施工人員需要合理選擇適當(dāng)?shù)氖┕し椒ê驮O(shè)備，同時(shí)保證管道的穩(wěn)定性和持久性；城市中已經(jīng)存在大量的地下設(shè)施，如電纜、天然氣管道和其他公用管道等，在市政給排水工程施工過程中，需要避免損壞或干擾這些設(shè)施。因此，市政給排水工程需要開展細(xì)致的勘測和定位，采取相應(yīng)的保護(hù)措施[2]。對(duì)于城市中心或繁忙區(qū)域的市政給排水工程，對(duì)交通和周邊居民會(huì)產(chǎn)生影響，這需要采用有效的施工方式，才能夠保障工程順利進(jìn)行。

中長距離頂管施工技術(shù)是一種通過在地面上設(shè)立準(zhǔn)備井和推進(jìn)井，并利用土體掘進(jìn)機(jī)、推進(jìn)機(jī)和重力等力量推動(dòng)管道的施工方式[3]。該施工方式在準(zhǔn)備井中安裝和調(diào)節(jié)推力設(shè)備，通過推進(jìn)機(jī)將管材推入地下，同時(shí)在推進(jìn)機(jī)后方掘進(jìn)機(jī)不斷掏土，使管道不斷向前推進(jìn)。本文結(jié)合案例工程對(duì)市政給排水工程中長距離頂管施工技術(shù)進(jìn)行分析。

1 工程概況

武漢市污水管網(wǎng)工程，全長4092m，全線共涉及30座沉井，其中分別為15座工作井與15座接收井，沉井均為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。主要管徑為三種，分別為D1000（166m）、D1200（2793m）、D2000（1133m），不同頂進(jìn)區(qū)間的地層結(jié)構(gòu)如表1所示。

表1 市政給排水工程頂進(jìn)區(qū)間地層分析

通過表1的地層分析可知，在該工程施工過程中，存在三個(gè)中長距離頂管的區(qū)域。本文對(duì)中長距離頂管施工技術(shù)在該項(xiàng)目施工中的應(yīng)用進(jìn)行介紹。

2 中長距離頂管施工技術(shù)研究

2.1 中長距離頂管施工控制

在進(jìn)行中長距離頂管施工過程中，需要采用合理的控制手段，對(duì)施工的土壓平衡以及注漿壓力進(jìn)行控制，才能夠有效保障管道頂進(jìn)施工質(zhì)量。

2.1.1 頂管施工土壓平衡控制

在頂管施工中，土壓平衡是指通過控制頂管推進(jìn)速度、摩擦力等參數(shù)，使得推進(jìn)的頂管與周圍土體之間的土壓力保持平衡，以確保施工的安全和順利進(jìn)行[4]。在頂管頂進(jìn)過程中，土壓力初始值為0.1～0.15MPa左右，而初始頂進(jìn)距離為20～30m，為確保工程順利施工，需要在施工開始前計(jì)算頂力，結(jié)合計(jì)算結(jié)果選取合適的頂進(jìn)設(shè)備，才能夠避免頂管頂進(jìn)過程出現(xiàn)大幅度偏差，采用如下公式計(jì)算頂力：

式中：

P——管道的總頂力；

f——管道頂進(jìn)時(shí)其與周圍土體的摩擦系數(shù)；

ω——管道單位長度的自重；

L——管道頂進(jìn)長度；

θ——弧形基礎(chǔ)支角；

PF——在頂進(jìn)過程中，第一節(jié)管道的迎面阻力；

Dav——第一節(jié)管道切土的刃角平均直徑；

R——擠壓阻力；

t——切土?xí)r的刃角厚度；

F——承口鋼管厚度。

在頂管施工過程中，需要實(shí)時(shí)監(jiān)測土壓力的變化，并通過調(diào)整推進(jìn)速度和頂力來保持土壓力的平衡，從而實(shí)現(xiàn)土壓平衡控制。

2.1.2 注漿減摩控制

在頂管施工過程中，注漿減摩控制可以減少頂管與地質(zhì)之間的摩擦力，從而降低推進(jìn)阻力，確保施工的順利進(jìn)行。同時(shí)可以降低頂管受力過大導(dǎo)致破損的風(fēng)險(xiǎn)，保護(hù)頂管的完整性。為此，需要根據(jù)地質(zhì)的摩擦特性和施工需求，合理控制注漿時(shí)間和注漿壓力[5]。具體設(shè)計(jì)注漿減摩控制過程如下：

（1）觸變泥漿施工配合比設(shè)計(jì)：通過合理的泥漿配比，可以保障頂管施工的穩(wěn)定性，為此，設(shè)計(jì)黏性土層泥漿配比為膨潤土∶水=1∶10；粉砂、碎石層配比為膨潤土∶水=1∶8。設(shè)計(jì)觸變泥漿比重為1.05～1.06g∕cm3。

（2）觸變泥漿制作：根據(jù)圖1所示的工藝流程，開展觸變泥漿的制作，保障材料質(zhì)量。

圖1 觸變泥漿制作方式設(shè)計(jì)

（3）注漿時(shí)間、壓力控制：每次注漿需要嚴(yán)格控制在3min以內(nèi)。為保證注漿連續(xù)性，通過三活塞變量注漿泵進(jìn)行注漿工作，從而控制注漿壓力，降低泥漿的滲流作用，確保泥漿連續(xù)供應(yīng)。

2.2 中長距離頂管施工工藝流程設(shè)計(jì)

當(dāng)通過上述內(nèi)容設(shè)計(jì)好施工控制技術(shù)后，即可對(duì)施工工藝步驟進(jìn)行詳細(xì)規(guī)劃，案例工程中長距離頂管施工步驟如圖2所示。

圖2 頂管施工步驟設(shè)計(jì)

按照?qǐng)D2施工步驟，進(jìn)行中長距離頂管施工，并通過如下內(nèi)容，對(duì)每一施工關(guān)鍵環(huán)節(jié)進(jìn)行詳細(xì)介紹。

2.2.1 施工準(zhǔn)備

確保工作井沉到位，并檢驗(yàn)封底混凝土是否達(dá)到目標(biāo)強(qiáng)度，經(jīng)過現(xiàn)場檢驗(yàn)人員檢驗(yàn)合格后，在工作井、接收井周圍設(shè)置防護(hù)圍欄。根據(jù)設(shè)計(jì)要求和施工計(jì)劃，準(zhǔn)備好所需的頂管材料，包括管道、閥門、配件等。同時(shí)，準(zhǔn)備好施工所用的水、電設(shè)施。檢查、維護(hù)并確保所需的施工設(shè)備正常運(yùn)行，并進(jìn)行必要的調(diào)試和試運(yùn)行。

2.2.2 設(shè)備安裝

在施工開始前對(duì)如下設(shè)備進(jìn)行安裝，完善施工所需的相關(guān)設(shè)施（表2）。

表2 設(shè)備安裝準(zhǔn)備

根據(jù)表2內(nèi)容，準(zhǔn)備好施工相關(guān)設(shè)施，保障施工質(zhì)量。

2.2.3 掘進(jìn)機(jī)進(jìn)洞

為確保掘進(jìn)機(jī)安全進(jìn)洞，需在施工之前在土體外側(cè)進(jìn)行加固，使用水泥攪拌樁加固方式，保證出洞口的土體具備止水能力。當(dāng)掘進(jìn)機(jī)準(zhǔn)備進(jìn)洞時(shí)，機(jī)器頭部快速接近挖掘面，并開啟刀盤切削系統(tǒng)開始土體切削作業(yè)，同時(shí)，為避免掘進(jìn)機(jī)頭部發(fā)生磕碰問題，需要將導(dǎo)軌延伸一定長度，并連接掘進(jìn)機(jī)頭部與前3節(jié)管道，從而保證掘進(jìn)機(jī)的穩(wěn)定前進(jìn)。

2.2.4 管道頂進(jìn)施工

（1）管節(jié)拼裝：將需要使用的管節(jié)和連接件準(zhǔn)備好，檢查管道的連接口和密封件是否完好，并檢查每個(gè)管節(jié)的接頭，確保其質(zhì)量符合要求。按照要求將橡膠環(huán)安裝在連接部位，并緊固螺栓。連接完一段管節(jié)后，進(jìn)行校正與固定。使用水平儀或測量工具進(jìn)行管道的校正，以調(diào)整管道的水平或垂直度。然后使用固定架將管道固定在預(yù)定位置上。完成管節(jié)連接后，應(yīng)檢查連接處的密封性能。

（2）管道頂進(jìn)：將頂進(jìn)推進(jìn)機(jī)安裝在管道的末端，并進(jìn)行調(diào)整，使其對(duì)準(zhǔn)管道的軸線。啟動(dòng)推進(jìn)機(jī)，根據(jù)設(shè)計(jì)要求控制推進(jìn)速度和力量。在推進(jìn)過程中，應(yīng)進(jìn)行監(jiān)測和調(diào)整，確保推進(jìn)的穩(wěn)定和準(zhǔn)確，在必要時(shí)進(jìn)行調(diào)整，以保持管道在正確的軌道上推進(jìn)。在頂進(jìn)過程中，當(dāng)遇到隧道積水或泥漿的問題時(shí)，需要進(jìn)行抽水、排泥等工作，保證頂進(jìn)的平穩(wěn)進(jìn)行。當(dāng)管道推進(jìn)到目標(biāo)位置后，停止推進(jìn)機(jī)的工作，進(jìn)行必要的固定和密封處理。

2.2.5 注漿施工

確定注漿孔位置，并使用鉆機(jī)在預(yù)定位置進(jìn)行鉆孔；將注漿管插入鉆孔中，確保管道底部與注漿孔底部接觸，并緊密固定注漿管。根據(jù)設(shè)計(jì)要求和地層條件，將注漿材料按照一定比例配制；啟動(dòng)注漿泵，將注漿材料通過注漿管注入到孔洞中，注漿過程中，應(yīng)確保注漿材料充分填充孔洞，同時(shí)應(yīng)控制注漿泵的注漿壓力和流量，確保注漿材料充分填充地層，使其達(dá)到要求的加固效果。

2.2.6 掘進(jìn)機(jī)出洞

當(dāng)掘進(jìn)機(jī)推進(jìn)到設(shè)計(jì)的終點(diǎn)位置時(shí)，停止掘進(jìn)機(jī)的工作，并進(jìn)行必要的固定和密封處理，確保頂管的穩(wěn)固和安全。

3 結(jié)果與討論

當(dāng)通過上述設(shè)計(jì)的施工技術(shù)完成中長距離頂管施工后，為檢驗(yàn)施工質(zhì)量，利用經(jīng)緯儀測量頂管與軸線高程的誤差情況，通過測量結(jié)果評(píng)估該施工方案的施工效果。

分析在頂管施工過程中，不同里程施工處與設(shè)計(jì)高程基線的誤差情況，以此評(píng)估頂管施工的效果，分析結(jié)果如圖3所示。

圖3 頂管施工平面誤差分析

在不同施工里程下，案例工程頂管施工的結(jié)果與軸線高程的誤差并不高，從圖3可知，該誤差基本保持在-20～20mm的合理范圍內(nèi)，因此，該施工方案具有良好的穩(wěn)定性，可以有效提高市政給排水工程施工質(zhì)量，加快施工效率。

4 結(jié)束語

綜上所述，應(yīng)用中長距離頂管施工技術(shù)可以有效解決市政給排水工程中的一些挑戰(zhàn)性問題。通過該技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)輸水管道的順利鋪設(shè)，減少對(duì)交通和環(huán)境的影響。在實(shí)際施工中，可以根據(jù)具體情況選擇合適的頂管方法和設(shè)備，以確保施工質(zhì)量和安全。相對(duì)于傳統(tǒng)的地面施工方式，中長距離頂管施工技術(shù)能夠提高施工效率，通過掘進(jìn)機(jī)械的使用，可以實(shí)現(xiàn)迅速推進(jìn)和鋪設(shè)管道，減少施工時(shí)間和人力成本。同時(shí)該施工技術(shù)減少了地面開挖和噪音、粉塵的產(chǎn)生，減少了對(duì)地表環(huán)境的破壞和污染，對(duì)城市交通和居民生活的干擾較小。因此，該施工方式可以確保頂管施工的順利完成。