市政給排水管網超大直徑鋼頂管施工技術

摘要：傳統的市政給排水管網施工方法，會使管道彎曲程度變大，變得不穩定。為減少這類現象的發生，提出了市政給排水管網超大直徑鋼頂管施工方法，將超大直徑鋼頂管施工技術應用于市政給排水管網工程項目中。選擇市政給排水管網超大直徑鋼頂管設備，安裝頂管導軌及千斤頂，在安裝過程中對鋼頂管坡口進行焊接，并對鋼頂管注漿，從而實現市政給排水管網超大直徑鋼頂管施工。根據工程概況和實驗準備工作進行實驗測試，結果證明，超大直徑鋼頂管施工方法在彎曲程度方面表現更為平穩，能確保管道的整體質量和穩定性。該技術將為城市的給排水系統建設帶來更多的便利和效益。

關鍵詞：給排水管網；超大直徑；鋼頂管施工；坡口焊接；施工技術

中圖分類號：TU745"" 文獻標識碼：A"" 文章編號：2096-2118（2024）06-0106-05

Construction Technology of Super-Large Diameter Steel Pipe Jacking

of Municipal Water Supply and Drainage Pipe Network

CAO Bei，GUAN Xiao

（China Design Group，Nanjing Jiangsu 210001，China）

Abstract：The traditional construction method of municipal water supply and drainage pipe network will make the bending degree of the pipe larger and become unstable.In order to reduce the occurrence of this phenomenon，the construction method of super large diameter steel pipe jacking of municipal water supply and drainage pipe network is put forward，and the construction technology of ultra-large diameter steel pipe jacking is applied to municipal water supply and drainage pipe network project.Select the large-diameter steel pipe jacking equipment of the municipal water supply and drainage network，install the pipe jacking guide rail and jack，weld the steel pipe jacking groove during the installation process，and grouting the steel pipe jacking，so as to realize the large-diameter steel pipe jacking construction of the municipal water supply and drainage network.Carry out the experimental test according to the engineering overview and the experimental preparation work，the results prove that the construction method of super-large diameter steel pipe jacking is more stable in the bending degree，which can ensure the overall quality and stability of the pipe.This technology will bring more convenience and benefits to the construction of urban water supply and drainage system.

Keywords：water supply and drainage network；large diameter；steel pipe jacking construction；groove welding；construction technique

0 引言

市政給排水管網是城市基礎設施中不可或缺的一部分，它負責處理城市污水和雨水的排放，確保城市環境良好和穩定。然而，隨著城市人口的不斷增長和城市化進程的加快，傳統的管道施工方法已經無法滿足超大規模管道的需求。市政給排水管網超大直徑鋼頂管施工技術因其出色的特性而備受青睞。超大直徑鋼頂管施工技術的主要特點在于其能夠承受高壓和大流量的要求，同時擁有優良的耐腐蝕性和耐久性。這種管道由高強度鋼制成，具有較大的內徑，使得水流暢通無阻，減少流量損失和堵塞的風險。此外，鋼材的抗腐蝕性能夠延長管道的使用壽命，減少維修和更換的頻率，為城市的可持續發展提供了支持。然而，市政給排水管網超大直徑鋼頂管施工技術也面臨著一些挑戰。首先，施工規模龐大，需要充分準備和組織，包括地質勘測、設計和施工計劃的制定。其次，施工過程需要借助大型機械設備和復雜的操作技術，要求施工人員具備豐富的經驗和專業知識。此外，施工過程還需要合理的施工方法和嚴謹的質量控制措施，以確保管道的安全和可靠性[1]。

綜上所述，市政給排水管網超大直徑鋼頂管施工技術作為一項創新的技術手段，為城市給排水系統的建設帶來了新的發展機遇。通過其高壓承載能力、優異的耐腐蝕性和耐久性，為城市提供了可靠和高效的水資源管理和環境保護。然而，其施工過程需要嚴格組織和管理，以確保施工質量和安全。隨著技術的不斷進步和經驗的積累，市政給排水管網超大直徑鋼頂管施工技術將為城市的可持續發展做出更大的貢獻[2]。

1 市政給排水管網超大直徑鋼頂管施工設計

1.1 市政給排水管網超大直徑鋼頂管設備的選擇

鋼頂管施工是一種常見的地下工程方法，最顯著的特征是頂管施工與跨層地層的適應性問題。為適應不同土質、不同施工條件、不同需求的工程，應選擇適合地層的頂管施工設備。該項目中頂管主要通過推動管道在粉質黏土中前進，形成所需的管道通道。這種土質具有流塑性，高壓縮性，高靈敏度等特點，給施工過程帶來了一定的困難。此外，頂管過程中需穿越給排水管網，對排水控制要求極其嚴格。因此，在進行市政給排水管道的長距離頂管施工前，需要進行頂力計算，根據計算結果選用適當的頂進設備[3]，從而有效地提高施工效率和質量，確保管道的安全性和可靠性。總頂力計算公式如下：

P=fwL+PF（1）

式（1）中：P為計算的總頂力，kN；f為頂進時管道表面與周圍土層之間的摩擦系數，kN/m2（對于采取觸變泥漿減阻技術的按規范要求取值為 11 kN/m2～16 kN/m2，本工程選取16 kN/m2）；w為管道的外徑，m，取2.2 m；L為管道的計算頂進長度，m，取46 m；PF為頂進時首節管道的迎面阻力[4]，kN/m2；其計算公式如下：

P=πDtR（2）

式（2）中：θ為弧形基礎支座角度，（°），通常為135°～180°；D為第一節管截土刀足平均直徑，m，取2.2 m；t為切削土壤用的刀腿厚度，m，取0.15 m；R為擠壓阻力，kN/m2，一般取300 kN/m2～500 kN/m2。根據上述公式得出，設備頂進力為5 567.06 kN，采用2臺300 t的液壓頂管機即可滿足頂力要求。為導軌及千斤頂安裝做準備。

1.2 頂管導軌及千斤頂安裝

1） 頂管導軌安裝的準備工作。準備好頂管導軌和連接件、鉛筆和紅線。確定安裝位置：使用量角器和鉛筆測量頂管導軌的安裝位置，并確定導軌的水平垂直位置。然后使用紅線將導軌的中心線標記在墻上，以保證安裝位置的準確性。固定導軌：使用打孔機在安裝位置打孔，并將螺絲安裝在墻上以固定頂管導軌。然后將頂管連接件安裝在導軌上，并使用螺絲刀將其擰緊[5]。

上導管導引器是用型鋼制作的，它將底板上的預埋件和鋼筋混凝土的底板焊接在一起。另外，在井壁上設置預埋件，待導引設備安裝好后，利用型鋼將其橫向支撐到井壁上。頂管施工時，要確保頂管施工順利進行，施工過程中要確保施工質量。

2） 頂管千斤頂安裝，將主千斤頂固定于頂管機上，其合力工作線與管道斷面中心線重合。油泵車及千斤頂應保證油路筆直，轉角及連接處應盡量減少，接口無漏水現象，安裝后應進行檢測。在頂進施工過程中，要經常維護、修理，并及時排除故障。后座主千斤頂裝置與鋼管之間設置頂鐵，頂鐵采用高強度鋼材焊接而成，具有足夠的強度和剛度，相鄰頂鐵應順直，頂鐵安裝完成后其軸線應與管道設計軸線重合，如圖1所示[6]。

綜上所述，完成頂管導軌及千斤頂安裝，為鋼頂管坡口的焊接奠定基礎。

1.3 鋼頂管坡口的焊接

根據頂管導軌及千斤頂安裝結果，管道的坡口形狀為“V”型，一側40°，上部為“V”型外部開口，下部為“V”型內部開口，末端為陶瓷密封圈。坡口形式如圖2所示。

采用CO2氣體保護焊，單面焊接雙面成型。焊絲采用KFX-710C，CO2氣體純度≥99.5%。焊前將焊接接頭表面的油、銹等雜質清除干凈，清除范圍以坡口邊緣計算應gt;20 mm；焊接材料和工藝與焊縫相同。為保證焊接過程中無開裂現象，對焊的焊縫長度為50 mm～100 mm，間隔為300 mm～350 mm。引弧和熄弧必須在坡口內部和焊縫上完成，不能用明火點燃，否則會引起電弧刮傷。焊接時必須嚴格按規范進行，不得擅自進行任意改變。在焊接過程中，應注意起弧和收弧質量，分層焊時應盡量將各層之間的搭接位置錯開。每一道焊縫都需一次焊完，如因某種原因中斷，應先檢查焊料層，然后再焊，確認無裂紋，方可按原工藝要求焊接。管道焊接時，管內應防止貫穿風，以免影響焊接質量。對焊縫進行檢驗，發現不符合要求的需進行修補，同一部分最多修復兩次，并應有返修措施。鋼管焊接區域如圖3所示[7]。

綜上所述，完成鋼頂管坡口的焊接。

1.4 針對鋼頂管注漿

在注漿過程中，采用環形壓漿管向節外側壁注入一定數量的減摩泥漿，利用多點對稱壓注，使泥漿在管節外壁和周圍土的空隙中均勻填充，降低接頭與土壤的摩阻，從而實現減阻。根據上述內容，注漿量的計算公式如下：

V=KπH（3）

式（3）中：V為注漿量，L；K為管節外壁和周圍土體間的空隙常數；D-D1為每個注漿孔的距離cm；H為注漿高度，cm。

鋼頂管坡口焊接之后，鋼管外壁與地層之間具有較大的摩擦力，在鋼頂管施工中，用觸變液在鋼管表面涂覆一層漿液以降低內外壁間的摩擦。為了確保注漿的效果，采用水泥凈漿作為漿體材料。在施工中采用水灰比為0.8的水泥凈漿，這種水泥凈漿具有較好的流動性和穩定性，可以在頂管施工過程中有效地滲透到土壤中，起到加固和穩定的作用。此外，采用水泥凈漿可以提高頂管施工的效率和安全性，減少對周圍環境和地下水的影響[8]。因此，最終選擇了這種適合的漿體材料，為頂管施工提供了有力的保障。注漿管路布置如圖4所示。

注漿孔的布置也是非常重要的一環。注漿斷面設6個孔，沿環向60°角布設，未打孔；在每個中繼間布置孔，以保證注漿的均勻性和穩定性[9]。注漿孔與鋼管呈90°夾角，外覆梯形套，以保護注漿孔不受外界環境的影響，同時方便施工人員進行操作[10]。

綜上所述，完成鋼頂管注漿，進而實現市政給排水管網超大直徑鋼頂管施工設計。

2 實例分析

2.1 工程概況

本項目位于南京市中心區域，因此被高度重視。該位置的特殊性質使得此次施工對于提升城市的排水能力和水資源管理具有極為重要的意義。由于中心區域是城市的主要排水區域，原有的排水管網可能存在老化、堵塞等問題，無法滿足現代城市的排水需求。因此，新建一條主干管道勢在必行。該主干管道的直徑達2 m，將新建的管道連接到現有的市政給排水管網中，使城市的水資源得到更加高效的管理和利用。在雨季時，該主干管道可以有效地將雨水引入河流，減輕城市排水系統的負擔；在旱季時，該管道可以保證城市居民的用水需求。此次施工不僅有利于提升城市的排水能力和水資源管理，同時也有利于環境保護。通過新建主干管道，可以減少原有排水系統的壓力，從而減少污水泄漏和污染的發生。此外，該主干管道可以提高城市的整體形象，為市民提供更加舒適、安全的生活環境。根據地質報告，工程地質參數見表1。

在施工過程中，需要面對許多挑戰，包括復雜的地下環境、交通流量大的道路和居民區的干擾等。為了確保施工質量和安全，采用了先進的頂管技術和設備，并進行了精心的施工組織和管理。該項目的建設將為城市帶來多方面的益處。首先，它能夠提高城市的排水能力，減少雨季城市內澇和水資源污染等問題。其次，它能夠實現更高效的水資源管理，通過優化供水和排水的分布，減少浪費和污染。最后，它將有助于改善城市的環境質量，通過減少水資源的污染和浪費，并提高城市居民的生活質量。

2.2 實例分析準備

為了驗證市政給排水管網超大直徑鋼頂管施工方法穩定性的優勢，進行了一項實驗，以驗證所提出的施工方法在實際應用中的結果。在實驗中，沿頂管截取了寬度為1 m的管片試件，試件采用了市政給排水管網超大直徑鋼頂管施工方法進行實驗。為了確保實驗的準確性和可比性，實驗環境和參數都是固定的。采用對稱荷載的加載方式，即使用兩個同一油路的千斤頂在試件上施加等值荷載。這種加載方式可以模擬實際施工中的荷載情況，從而更準確地評估不同施工方法的穩定性。

2.3 實例結果分析

與此同時，記錄市政給排水管網超大直徑鋼頂管施工方法在試件上形成的彎曲程度（見圖5）。

從圖5中的曲線可以看出，超大直徑鋼頂管施工方法在彎曲程度方面表現更為平穩，未隨著壓力的增加而產生明顯變化。這一結果進一步證明了本文提出方法的優越性和適應性，保證了管道的整體質量和穩定性。因此，本文提出的施工方法在工程實踐中具有明顯的優勢。該方法隨著壓力的增加，彎曲程度的增加趨勢變化較小，可以保證管道的穩定性，減少了施工的復雜程度和風險。所以，超大直徑鋼頂管施工方法通過合理的設計和施工操作，實現了更加平穩的彎曲情況，保證了管道的穩定性。

綜上所述，本文提出的市政給排水管網超大直徑鋼頂管施工方法具有穩定性，提高了整個管網的穩定性和可靠性。未來，隨著該方法在市政工程中的推廣應用，將為城市的給排水系統建設帶來更多的便利和效益。

3 結語

市政給排水管網是城市基礎設施中至關重要的一部分，負責排水、供水和污水處理等關鍵任務。隨著城市規模的不斷擴大和發展，對于管網的需求也越來越大。超大直徑鋼頂管施工技術作為一種先進、高效的施工方法，在市政給排水管網建設中發揮著重要的作用。該技術具有多項優勢，首先是施工效率高。相比于傳統的開挖施工方式，鋼頂管可以在不開挖地面的情況下進行施工，顯著節省了時間和人力資源。其次，鋼頂管具備較高的強度和耐用性，可以應對復雜地質條件和高水位等挑戰。鋼頂管的連接方式多樣，可以適應各種形狀和尺寸的管道布局，提高了整個管網的穩定性和可靠性。此外，該技術可以減少對周圍環境的破壞，降低對附近建筑物和地下設施的影響。

總之，超大直徑鋼頂管施工技術為市政給排水管網建設帶來了創新和突破。通過提高施工效率、增強管網的穩定性和可靠性，該技術在城市基礎設施建設中具有重要的應用價值。然而，在施工過程中仍需加強質量控制和安全管理，充分考慮環境和社會影響，以確保市政給排水管網的可持續發展。

參 考 文 獻

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編輯：楊 洋