市政排水管道頂管工藝的設計和應用

【摘要】在市政排水設計工作中，由于城市交通量較大，且地下管線錯綜復雜，若進行大范圍破土開挖將對交通出行及其他地下管線造成破壞，而且施工難度也相對較大。針對這種實際情況，可運用頂管工藝，該工藝方法主要有兩方面特征，其一為無需進行破土開挖，其二為支持大管徑工程設計，具有工期短、環境影響小、經濟合理、施工便利等特點，在當前市政排水設計中得到了廣泛的應用，現圍繞實際工程，對頂管工藝設計及應用進行分析。

【關鍵詞】市政排水管道；頂管工藝；設計與應用

為了盡量減少排水管道頂管施工對城市道路交通以及鋪設排水管道造成的影響，應選擇適宜的施工方法。目前的排水管道頂管施工中，存在一些施工工藝和施工技術方面的問題，影響施工的順利進行，因此應采取合理有效的措施，掌握施工中需要注意的問題，并在施工中不斷總結經驗，積極開展技術創新。

工程案例

福州市洋里污水處理廠廠區及廠外管網三期工程-外管二干管，頂進總長度為3500米，管徑為2400mm，III級鋼筋混凝土管F型接口，管道覆土為4.0-6.0米，沿線有DN600給水管、16孔電力管、16孔通訊管、雨水管道、污水管道等，最長頂距長度為1008米，穿過多個路口。

1、市政排水管道頂管工藝的設計

1.1 頂管間距與覆土設計

針對頂管設計而言，正確設定頂管的間距與覆土至關重要。①應著重分析頂進過程中防止管道之間相互作用的水平和垂直凈距與降低地面實際沉降的覆土厚度。保持平行關系的排水管道凈距需依據土層的基本性質、管體直徑以及埋深等情況綜合確定，通常不能超過管體外徑的1倍；而呈空間交叉形式的管道間距，對于常用的鋼混管，其間距不能低于管體外徑的1倍。如果管頂的覆土較不穩定，則其厚度不能小于管體外徑1.5倍，并在1.5m以上。②應對當前道路中其他市政管線造成的實際影響。通過對道路周邊的考察得知，道路上埋有給水管、通信電纜、電力電纜、中水管、污水管以及雨水管等。大部分管線的實際埋深都在1.5m以上，污水管埋深相對最大，為3.5m，設計施工中必須予以足夠重視。以免造成不必要的影響。

1.2 管材與接口選擇

頂管的設計管徑為2400mm，材質為鋼筋混凝土，外壓荷載為Ⅲ級，運用強度等級為C50的混凝土，兼顧密實性與防水性，設計抗滲等級可以達到P8。管材質量需切實滿足現行規范的要求，如《混凝土和鋼筋混凝土排水管》（GB/T11836-2009）。而管道接口可運用F型鋼套環接口。

2、市政排水管道頂管施工技術要點

2.1 非開挖頂管施工技術的應用

對非開挖頂管施工技術進行研究時，應該明確非開挖頂管施工技術是一種地表施工方式，在施工過程中需要進行工作溝的開挖，并不是不挖溝或者不需要開挖。隨著時代的快速發展，非開挖頂管施工技術當前已經超越了原有的地質工程技術手段，如果利用原有地質工程技術手段限制非開挖技術的應用，工程建設過程中將會出現明顯偏差，進而對施工建設的順利進行造成影響，同時非開挖施工技術創新也會受到不利影響。這種情況下，必須將非開挖頂管施工技術合理的應用于現代工程施工建設中，這樣才能將其作用充分發揮出來。與此同時，施工建設人員還要加深對非開挖頂管施工技術的認識，對其進行合理的應用，只有這樣才能促進工程建設的快速發展，更好的為市政給排水施工建設服務。非開挖頂管施工技術在應用過程中會涉及到管道設計，有助于管線敷設質量的提升，可以充分保證問題出現時及時進行更換，長距離頂管施工技術在市政給排水施工中的應用可以對這些問題進行很好的解決。

2.2 頂管施工頂力設計的計算方法

雖然，我國的長距離頂管技術在施工應用中快速發展，但是對頂力的計算還存有一些制約因素和差異，頂力的計算對確定頂力以及工作坑后的設計、中間的設置和設計及管體強度的要求造成直接影響。

（1）管線偏差影響。在頂進過程中，管道會不斷出現偏差，校正過多。通常情況下，在進出洞口處，因為阻力增加，管線會出現較大偏差，糾偏次數也會增加，會增加很大的頂力。

（2）管徑影響。將不同管徑的頂力在相同條件下進行比較，根據對頂力變化情況的實測，頂力與管徑的關系呈線性上升，即管徑越大，頂力越大。要對頂管的頂力進行計算，要考慮管道的摩阻力和工具管的迎面阻力，收集觸變泥漿、土質性質、土壤與管道接觸的緊密度等信息，計算管道的摩阻力。

2.2 工作坑的施工

工作井與接收井合稱為工作坑，工作坑通常采用鋼筋混凝土結構。工作坑的施工主要有裝配式和現澆式兩種類型。裝配式施工工藝是指在工廠中澆筑預應力混凝土板，并在施工現場進行組裝；現澆式施工工藝是指在現場直接進行澆筑。我國市政給排水工程頂進法施工時，工作坑主要采用現場澆筑的方式。

工作井對于頂管施工的施工質量有重大影響，工作井應該足夠牢固，可以在工作井外壁設置水泥攪拌樁或者支撐物體，以增強工作井抵抗千斤頂后推力的能力。同時，工作井內應有足夠的空間，以方便工作坑內排水、運輸和出土等。

2.3 注漿系統

注漿系統也是頂管施工中的重要系統，由拌漿、注漿和管道組成。將注漿材料兌水，然后再進行攪拌即所謂的拌漿。注漿時需要嚴格控制注漿量和注漿的壓力，而這一功能由注漿泵來實現。管道分為兩種，即支管和總管，漿液的傳遞方向，是由總管到支管，進而到每個注漿孔，總管位于管道內的一側。土體的移動會受到注漿壓力的穩定性和大小的影響。注漿壓力過小，管道和周圍土體的間隙不能順利地被填補好，注漿效果不理想，不能形成泥漿套。注漿壓力過大，會導致地面隆起或者土體側向位移，對管道周圍土體造成擠壓。

如果注漿壓力的穩定性不好，就會擾動土體，使土體結構遭到破壞，甚至會導致沉降的發生，特別是施工后期的固結沉降。因此應控制好注漿的壓力，在不對地層造成嚴重擾動的前提下，使漿液能夠順利注入管段外壁。

頂管施工技術具有不妨礙交通、占地面積少、大大降低沿線拆遷的工作量、施工的過程控制相對嚴格以及經濟性較高等優點。相對于開槽埋管從社會效益與經濟效益上來講更具有優越性，另外一方面從切實做到保護環境考慮，頂管施工技術應該得到大力推廣。

參考文獻：

[1] 梁紹容.市政排水管道頂管工藝的設計和應用[J].科技風，2011，27（1）：31-33.

[2] 肖鵬.頂管施工技術在市政工程中的應用[J].中國城市經濟，2011，31（8）：57-58.