淺談頂管法在污水廠管網(wǎng)施工中的應(yīng)用

孫斌

中國葛洲壩集團(tuán)國際工程有限公司 北京 100025

前言

頂管施工是一種不進(jìn)行地面開挖的管道鋪設(shè)技術(shù)，它具有使管道連接處不易因高差產(chǎn)生變形，降低工程成本，縮短管線長度，不影響交通和施工噪聲振動小的特點(diǎn)。目前大量研究集中在頂管施工工藝及其引起地面沉降變形、土體移動和對鄰近地下管線響應(yīng)等問題上，對機(jī)械頂管施工實(shí)際過程中設(shè)備材料和技術(shù)論證計(jì)算的研究較少。

1 頂管法原理

就頂管法而言，其應(yīng)用過程中主要是使用主頂油缸產(chǎn)生的推力將掘進(jìn)機(jī)和工具管從工作坑推送到相應(yīng)的接收坑，這一過程中間需要穿過施工土層。同時(shí)，施工時(shí)需要將掘進(jìn)機(jī)與工具管的管道埋置于兩個(gè)坑之間。為了降低頂管施工過程中對于施工現(xiàn)場附近土體的擾動作用，施工時(shí)要采用注漿潤滑的方式進(jìn)行處理。在進(jìn)行施工管節(jié)的吊運(yùn)以及裝車、下管工作時(shí)，施工人員要使用吊車以及吊管機(jī)械進(jìn)行操作。在進(jìn)行管節(jié)的起吊工作時(shí)，要嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行作業(yè)，并且這一過程中要盡量做到輕吊輕放[1]。

2 頂管法在污水廠管網(wǎng)施工中的應(yīng)用

某污水廠配套管網(wǎng)鋪設(shè)總長約4100m，其中需要進(jìn)行頂管施工敷設(shè)的管道長度為3124m，管材選用DN800～DN1200的鋼筋混凝土Ⅲ級管，其中DN800頂管1484m，分14頂段，DN1000頂管1204m，分13頂段，DN1200頂管436m，分4頂段。本項(xiàng)目頂管施工共設(shè)32座頂管井，包括工作井和接收井兩種，且井的座數(shù)相同。工作井由13座內(nèi)徑為7100mm圓形井和3座7000mm×4000mm的矩形井組成，而接收井是內(nèi)徑均為4500mm的圓形井。最長的施工頂段為W1～W16頂段，長度為846m，W1的原地面標(biāo)高為19.205m，管內(nèi)底標(biāo)高為12.705m，W16的原地面標(biāo)高為15.252m，管內(nèi)底標(biāo)高為9.083m。

2.1 頂管設(shè)備安裝

頂管井中的軌道在鋪設(shè)時(shí)需要保證高程和基準(zhǔn)線的精確度，軌道枕木縱向需要與頂管井底板連接，橫向需要將其加長至井壁并固定。選用2根裝配式滾輪支架安裝在混凝土的基礎(chǔ)上作為導(dǎo)軌，兩根導(dǎo)軌要求垂直等高，水平等距，應(yīng)該避免軌道彎道，坡度的大小與管道坡度相同。軌道安裝允許偏差：垂直高程在設(shè)計(jì)值3mm以內(nèi)，水平軌道間距不可偏離設(shè)計(jì)值2mm。

工作井洞口密封必須可靠，否則引起觸變泥漿、地下水和泥沙進(jìn)入工作井，影響泥漿潤滑減阻的效果及工作井的作業(yè)，甚至造成洞口上方地表塌陷。本工程采用雙層簾布橡膠板止水裝置，見圖4。止水裝置鋼圈在澆筑工作井鋼筋混凝土內(nèi)襯墻時(shí)預(yù)埋，并預(yù)埋注漿孔，以便向洞口壓注泥漿。頂進(jìn)前在預(yù)埋鋼圈上安裝橡膠板和折頁翻板，止水裝置須與導(dǎo)軌上的管道保持同心，誤差應(yīng)不大于2cm。

后靠背可以在管道頂進(jìn)時(shí)為千斤頂提供反作用力，達(dá)到提高頂進(jìn)效率的目的，所以必須保證它的最小強(qiáng)度小于頂進(jìn)時(shí)頂力的設(shè)計(jì)值。本工程頂管直角出洞，矩形工作井的井壁不必添加附加層，直接放置后靠背鐵，圓形工作井須先澆筑混凝土附加層，待混凝土強(qiáng)度達(dá)到75%以上后放置后靠背鐵，后靠背鐵與混凝土間可放置10cm厚木板。

2.2 頂管出洞及管道頂進(jìn)

為保證出洞口施工順利進(jìn)行，采用對洞口土體進(jìn)行加固的措施。工作井頂管出洞段和土體用高壓旋噴樁來增加3m厚度使其牢固，洞口四周各3m范圍均要加固。在檢查確認(rèn)洞口外的加固和止水效果后，檢查驗(yàn)收頂管設(shè)備的性能和狀況，保證出洞過程中頂管按照緩慢不間斷的原則頂進(jìn)。為防止頂管機(jī)在工作井中出現(xiàn)倒退的現(xiàn)象，需在工作井井口安裝止退裝置，頂管機(jī)距離洞口長度小于50m時(shí)啟用，止退裝置由預(yù)埋鋼板和夾緊裝置組成。

掌握頂力大小的關(guān)鍵是使頂進(jìn)阻力最大化的降低，注漿是減阻效果最好的方法。管道頂進(jìn)的操作步驟：開啟旁通閥(同時(shí)閉合止水閥)→排泥泵工作→進(jìn)泥泵工作→刀盤運(yùn)轉(zhuǎn)→打開止水閥→關(guān)閉旁通閥→主頂油缸頂進(jìn)。到位后停止頂進(jìn)操作步驟：關(guān)閉主頂油缸→刀盤停轉(zhuǎn)→開啟旁通閥→止水閥閉合→旁路循環(huán)幾分鐘→關(guān)閉進(jìn)泥泵→關(guān)閉排泥泵。

2.3 頂管施工沉降控制

①壓力控制。當(dāng)頂管機(jī)制造的壓力與靜止的土壓力基本相等時(shí)，頂管周圍的土體基本不受擾動，地面形狀就不會產(chǎn)生較大變化。所以頂管作業(yè)階段要進(jìn)行數(shù)據(jù)及時(shí)記錄分析，修正施工參數(shù)。②出泥量控制。合適的挖土量和頂進(jìn)速度可以保證土體不被過量擠壓，頂進(jìn)速度的初值和遇阻時(shí)的值均設(shè)置為10mm/min附近，運(yùn)行穩(wěn)定后，速度值可設(shè)置在20～60mm/min。控制出泥量為理論值的98%，防止超挖及欠挖。③注漿量控制。觸變泥漿套不僅能極大的降低頂進(jìn)阻力，還能最大化的控制地面變形，考慮跑漿和漿料干燥收縮等情況的存在，常按照理論計(jì)算值的3～6倍來進(jìn)行注漿作業(yè)。④頂進(jìn)軸線控制。最大化的使頂進(jìn)軸線按照設(shè)計(jì)軸線施工，糾偏量越小對周圍土體的擾動就越小[2]。

3 結(jié)束語

頂管法在管道工程施工中的優(yōu)勢非常明顯，它可以方便有效的解決因施工引起的城市道路封閉和拆遷成本提高的問題，還能夠在穩(wěn)定土層和環(huán)保施工中發(fā)揮不可替代的價(jià)值。頂管施工是此工程的主體工藝，在頂進(jìn)糾偏、觸變泥漿減阻技術(shù)、中繼間法和地面沉降控制等關(guān)鍵技術(shù)的運(yùn)用時(shí)總結(jié)了許多經(jīng)驗(yàn)。頂管井施工中的沉井法施工是基坑工程中典型的工藝，突出了沉井整體性強(qiáng)、穩(wěn)定性好、承載面積大和對附近建筑物影響小的特點(diǎn)。