試論城市建設(shè)污水管道頂管施工技術(shù)

茍梓杭

身份證號(hào)：513701199306192630

試論城市建設(shè)污水管道頂管施工技術(shù)

茍梓杭

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城市發(fā)展速度的加快使其不斷擴(kuò)大建設(shè)規(guī)模，其中城市污水管道作為城市重要基礎(chǔ)設(shè)施之一，需要隨著城市建設(shè)項(xiàng)目的建設(shè)不斷進(jìn)行擴(kuò)建和維修，以實(shí)現(xiàn)城市污水的有效處理，提升人們的生活質(zhì)量。要實(shí)現(xiàn)城市污水的有效處理首先需要城市污水管網(wǎng)具有較高的穩(wěn)定性，此外由于城市地面建筑和地下管線錯(cuò)綜密集，以往明挖埋管的施工方法具有一定的局限性，采用頂管施工與傳統(tǒng)施工方法相比具有明顯的優(yōu)越性，因此加強(qiáng)對(duì)城市污水管道頂管施工相關(guān)問題的研究具有重要意義。

城市建設(shè)；污水管道；頂管技術(shù)

所謂頂管施工技術(shù)，就是一種非開挖的管道施工技術(shù)，是借助主頂油缸及管道間、中繼間等推力，把工具管或掘進(jìn)機(jī)從工作坑內(nèi)穿過土層一直推到接收坑內(nèi)，將工具管或掘進(jìn)機(jī)吊出井外，并把緊隨工具管或掘進(jìn)機(jī)后的管道埋設(shè)在兩坑之間的施工方法。由于不需要大面積開挖，不會(huì)對(duì)地面造成太大影響，因此在城市管道施工中發(fā)揮了非常積極的作用。污水管道是城市生活污水排放的主要通道，其施工質(zhì)量好壞將直接影響城市污水系統(tǒng)的正常運(yùn)行，為此，必須要加強(qiáng)施工管理，利用頂管技術(shù)等先進(jìn)施工技術(shù)來確保污水管道施工質(zhì)量。大口徑管道在埋深大于3m時(shí)，可采用頂管法埋設(shè)。

1 城市污水管道頂管施工原理

城市污水管道頂管施工又稱為非開挖施工方法，該方法是針對(duì)當(dāng)前城市污水管道施工發(fā)展需要而新興的一種不開挖或者少開挖的施工方法。(見圖1)

它主要是借助于主頂油缸和管道間、中繼間的推力，將掘進(jìn)機(jī)或者工具管從工作井內(nèi)穿出土層并推至接收井內(nèi)并吊出。此外還需要將管道埋設(shè)于接收井和工作井之間，以實(shí)現(xiàn)在非開挖條件下進(jìn)行地下管道的敷設(shè)。

頂管施工主要應(yīng)用于穿越地面建筑、公路、鐵路、河流等不允許或不能開挖條件下各種管道的鋪設(shè)、更換和修復(fù)。由于頂管施工技術(shù)具有綜合成本低、施工周期短、環(huán)境影響小、不影響交通、施工安全性好等優(yōu)點(diǎn)，目前被廣泛應(yīng)用于市政給排水管線、電力電纜、通信電纜、然氣石油管道等各種管道的非開挖敷設(shè)。以下筆者將結(jié)合城市污水管道的實(shí)際施工情況進(jìn)行詳細(xì)介紹城市污水管道頂管施工工藝。

2 頂管施工技術(shù)

某市政工程項(xiàng)目K0+000～K0+110污水管道穿越既有城市主干道，交通流量大，地下管線錯(cuò)綜復(fù)雜，施工場(chǎng)地狹窄，在施工中需要規(guī)避對(duì)交通的影響，減少對(duì)地下管線的擾動(dòng)，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地考察及地質(zhì)資料分析決定采用頂管法施工。頂管施工長(zhǎng)度為110m，設(shè)計(jì)污水管為Ⅲ級(jí)鋼筋混凝土管，管徑為DN800，管道埋深約7～8米，管道穿越地層處于中砂層，含水量處于飽和狀態(tài)。頂管采用擾動(dòng)小的泥水平衡頂管法施工。

2.1 頂管法施工工藝流程(見下頁圖2)

2.2 頂力計(jì)算與設(shè)備選擇

頂管設(shè)備的選擇，首先需要結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行工作坑、接收坑布置及頂力計(jì)算，頂力計(jì)算采用以下公式：

(1)管道允許頂力計(jì)算

式中：Fde—混凝土管道允許頂力(N)；

圖1 頂管施工示意圖

圖2 頂管施工工藝流程圖

fc—混凝土受壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值(pa)，取32.4；

Ap—管道的最小有效傳力面積(mm2)；

γQd—頂力分享系數(shù)，取1.3。

(2)管道頂力計(jì)算

式中：F—總推力(KN)；

F0—初始推力(KN)，F(xiàn)0=πBc×N，N為土層標(biāo)準(zhǔn)貫入度，取N=4；

Bc—外管徑(m)；

q—管周邊均布荷載(Kpa)，管頂上方土方的垂直荷載與地面動(dòng)荷載之和，q=We+p；

W—每米管的重力(KN/m)；

C' —管與土之間的粘著力(Kpa)，C' 取值參照表2.2-1；

L—推進(jìn)長(zhǎng)度(m)；

頂管機(jī)采用NPD泥水平衡頂管機(jī)，通過頂力計(jì)算，主頂站選擇400t的頂力設(shè)備，設(shè)計(jì)總站頂力最高值為650t；糾偏千斤頂設(shè)備選擇每臺(tái)40t的頂力設(shè)備，主要安裝在頂頭后面；液壓裝置選擇合理的液壓總站、控制箱和管路等元件；為減少頂進(jìn)阻力，現(xiàn)場(chǎng)攪拌泥漿，并嚴(yán)格控制泥漿中各成分的配比。(見下頁圖3、圖4、圖5、圖6)

2.3 工作井及接收井布置

表2.2 -1 土質(zhì)條件

圖3 頂管機(jī)機(jī)頭

圖4 頂管機(jī)操作臺(tái)

圖5 千斤頂

圖6 送水、排泥泵

工作井是安放所有頂進(jìn)設(shè)備的場(chǎng)所，也是頂管掘進(jìn)機(jī)或工具管的始發(fā)地，同時(shí)又是承受主頂油缸反作用力的構(gòu)筑物。接收井是接收頂管掘進(jìn)機(jī)或工具管的場(chǎng)所，平面一般呈矩形，沿管道方向較長(zhǎng)，其長(zhǎng)度應(yīng)滿足頂管機(jī)頭可被吊出的條件。

本工程分別布置工作井與接收井1座，工作井與接收井施工場(chǎng)地需長(zhǎng)15～20米、寬10米，工作井尺寸10.1×7.1m，接收井尺寸6.7×6.7m，采用雙排水泥攪拌樁止水圍幕然后逆作法施工。

工作井和接收井施工采取分層下挖，每層深度1米，開挖以后，將水泥攪拌樁體作為井壁外模，綁扎鋼筋，內(nèi)模采用弧型鋼模板拼裝。內(nèi)模作好支撐加固后，即澆筑井壁砼。

井內(nèi)挖土采用挖掘取土，人工修整。現(xiàn)場(chǎng)土方應(yīng)及時(shí)清運(yùn)。砼可人工鏟送至溜槽或泵送入模，入模振搗采用插入式振動(dòng)棒振搗。

第二層以下井壁澆筑時(shí)，與上層井壁的鋼筋采取綁扎，接縫處的模板采用牛腿形式以便砼入模。(見下頁圖7、圖8)

2.4 管道頂進(jìn)和接口

設(shè)備調(diào)試完成后，方可進(jìn)行后續(xù)的管道頂進(jìn)作業(yè)，借助專門的機(jī)械設(shè)備將管道放在軌道上，將管道頂進(jìn)土體中，將管道內(nèi)的土體作為土塞。土體在進(jìn)入管道內(nèi)形成一定長(zhǎng)度后，停止管道頂進(jìn)作業(yè)，然后采用人工挖土的方式將管道中的土壤取出，清除干凈后，方可繼續(xù)后續(xù)管道頂進(jìn)作業(yè)。根據(jù)以往積累的大量施工經(jīng)驗(yàn)，管道在頂入工作坑內(nèi)達(dá)到設(shè)計(jì)孔深后，才可以開展下一節(jié)管道的頂進(jìn)作業(yè)，循環(huán)管道頂進(jìn)。管道頂進(jìn)之間，需要保持“T”形狀的接口，采用“T”形鋼套環(huán)連接兩個(gè)相鄰的管節(jié)，這種接口形狀在實(shí)際應(yīng)用中能夠有效提升管道整體穩(wěn)定性，大大降低管道內(nèi)接口出錯(cuò)現(xiàn)象。(見下頁圖9)

2.5 管道頂進(jìn)技術(shù)

管道頂進(jìn)技術(shù)是頂管施工中最重要的部分。在開始施工之前，要對(duì)所有設(shè)備進(jìn)行檢查并進(jìn)行試運(yùn)轉(zhuǎn)，以減少設(shè)備在施工中出現(xiàn)問題的可能性。前七個(gè)管節(jié)需要用拉桿進(jìn)行連接，防止施工過程中管節(jié)發(fā)生漂移。要將工具管調(diào)節(jié)成一條直線，這時(shí)儀表的反映角度為零。當(dāng)工具管出洞之后，由于其支撐面很小，很容易出現(xiàn)下跌現(xiàn)象，為了避免下跌現(xiàn)象的發(fā)生，可以在工具管下的井壁上加一個(gè)支撐裝置，同時(shí)將工具管與第一節(jié)管連接起來，使整體性更高。頂進(jìn)時(shí)要注意及時(shí)進(jìn)行測(cè)量和糾偏。頂進(jìn)5～10m時(shí)，如果偏差過大，要立即進(jìn)行糾正。頂管工作完成后，要對(duì)管節(jié)接口的內(nèi)側(cè)間隙做符合設(shè)計(jì)要求的相關(guān)處理。

2.6 管道的軸線、高程誤差的校正

在施工過程中如果管道產(chǎn)生誤差，采用導(dǎo)向油缸、糾偏油缸進(jìn)行管道糾偏操作。因?yàn)檫M(jìn)行頂進(jìn)操作時(shí)部分管子之間存在連接，誤差的產(chǎn)生時(shí)逐漸積累形成的，實(shí)現(xiàn)誤差的校正也需要逐步進(jìn)行。糾偏時(shí)一般使用趨勢(shì)圖進(jìn)行輔助判斷偏差的變化趨勢(shì)。由上述可知在頂進(jìn)過程中每隔500mm，進(jìn)行一次測(cè)量工作，根據(jù)測(cè)量的數(shù)據(jù)進(jìn)行繪制趨勢(shì)圖。根據(jù)曲線的斜率進(jìn)行分析機(jī)頭偏差發(fā)展趨勢(shì)以實(shí)現(xiàn)管道的糾偏，首先要根據(jù)偏差的實(shí)際情況調(diào)整糾偏角度，如果曲線達(dá)到峰值開始向回走則表明最前部的機(jī)頭開始向中心靠攏，即應(yīng)逐步減小糾偏角度，前后沒有角度差時(shí)把機(jī)頭擺正，如果機(jī)頭往回趨勢(shì)就要進(jìn)行反向糾偏，直至管道高程在正常范圍內(nèi)，此時(shí)糾偏角度應(yīng)該逐漸趨向于0。糾偏動(dòng)作必須在頂進(jìn)過程中進(jìn)行，盡量減小糾偏過程中產(chǎn)生的折角，否則將會(huì)產(chǎn)生連接的誤差應(yīng)力。

圖7 工作井

圖8 接收井

圖9 管道“T”接示意圖

3 頂管施工注意事項(xiàng)

在進(jìn)行管材的安裝之前，要對(duì)管材進(jìn)行全面的檢查，如果管材的質(zhì)量出現(xiàn)問題，一律禁止出現(xiàn)在施工現(xiàn)場(chǎng)，并禁止投入到管道的施工中，膠止水圈一定要在管道吊之前上好。將管材吊放在管道的軌道上，然后進(jìn)行的環(huán)節(jié)是環(huán)形頂鐵的安放，慢慢的將管材連接到一起，并安排好管材口的拼接處理。如果在施工過程中，管材遭到破壞、管材出現(xiàn)翻轉(zhuǎn)和出槽問題，就必須要重新更換管材、將橡膠圈調(diào)節(jié)好，然后在進(jìn)行管材的安裝對(duì)接工作。

頂管注意事項(xiàng)注意防止地面的沉降或隆起。在頂管施工沿線按一定間距布設(shè)沉降觀測(cè)點(diǎn)，監(jiān)測(cè)頂管頂進(jìn)施工期間的地面沉降量。開挖端面的取土過多或過少，會(huì)造成地面的沉降或隆起。為避免這種不良影響，可采取以下措施：在壓漿時(shí)要控制好壓力，恰好能平衡“泥漿套”以上土體的壓力。嚴(yán)格控制管道接口的密封質(zhì)量，防止?jié)B漏。在某些管節(jié)埋藏較淺，離地面不足1.5m的位置，可采用沿管線局部壓鋼板，上堆砂包加載的形式，防止管節(jié)頂進(jìn)時(shí)觸變泥漿上浮使得泥漿套失效。

在城市建設(shè)污水管道頂管施工中，由于工程特性很容易受到客觀因素影響，出現(xiàn)一系列施工問題，所以應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況，嚴(yán)格遵循施工流程和標(biāo)準(zhǔn)開展作業(yè)活動(dòng)，控制好管道的頂進(jìn)角度，靈活多變?cè)O(shè)置污水管道鋪設(shè)，充分發(fā)揮頂管施工低成本、高收益的優(yōu)勢(shì)，提高污水管道施工效率和施工質(zhì)量。

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