關于復雜環(huán)境條件下市政工程頂管施工技術研究

潘錦榮

（上海建工集團股份有限公司 上海 200080）

前言

近些年來，隨著水體污染的日益加劇，水資源短缺問題逐漸成為了限制經(jīng)濟發(fā)展的主要因素。為提高城市經(jīng)濟發(fā)展水平，提高居民的生活質(zhì)量，加強污水處理較為重要。污水主管管網(wǎng)，通常需分布在城市地下的各個區(qū)域。部分管網(wǎng)埋藏的地質(zhì)環(huán)境較為復雜，地下水對管網(wǎng)施工所造成的阻礙較大。可見，為提高施工效率，對復雜環(huán)境條件下工程頂管施工技術的應用方案加以研究較為重要。

1 市政工程常見的復雜環(huán)境

1.1 地質(zhì)條件復雜

施工現(xiàn)場所處區(qū)域地質(zhì)條件復雜，是市政工程中常見的復雜環(huán)境。例如：淤泥粉質(zhì)黏土屬于市政工程施工中的常見土質(zhì)，當淤泥粉質(zhì)黏土厚度為0.5～5.5m時，地基強度一般為70kPa。在中細砂、卵礫石等土質(zhì)類型中，對地基強度的影響最大。可見，該土質(zhì)存在著結構不穩(wěn)定的缺陷，施工難度較大。如未給予處理既展開施工，容易對工程地基的穩(wěn)定性造成影響，導致工程的使用壽命縮短。

1.2 地下水流量大

地下水流量過大，導致頂管位置處于河道內(nèi)，同樣屬于市政工程中常見的復雜環(huán)境。部分施工區(qū)域降水量季節(jié)變化較大，地下水常存儲在中細砂層及卵礫石層的孔隙中。加之地下水與河床水流的影響，工程施工區(qū)域地下水量，會長期保持在較高的水平，進而對工程的施工效率及施工質(zhì)量造成影響。將頂管施工技術應用到工程施工中，可有效解決上述問題。

1.3 地面存在建筑物

市政工程常需穿越整個城市，城市地面建筑物數(shù)量較為龐大，因此施工中，工程地面存在建筑物的問題，同樣較為常見。除此之外，如工程施工區(qū)域內(nèi)的地下，存在燃氣或給排水管道，工程施工同樣會受到一定的阻礙。如施工技術應用不合理，地表沉降的風險，將顯著提升，進而對地面建筑物的穩(wěn)定性造成影響。將頂管施工技術應用到施工過程中，能夠有效解決上述問題。

2 復雜環(huán)境條件下市政工程頂管施工技術及質(zhì)量補救措施

2.1 復雜環(huán)境條件下的市政工程頂管施工技術

泥水法頂管施工，以及手掘式頂管施工，為市政工程頂管施工的兩種常用方法。其中，泥水法頂管施工，適用于大口徑管道的施工，但受卵礫石等地質(zhì)因素的影響，管道堵塞等故障較容易發(fā)生。手掘式頂管施工，適用于復雜環(huán)境條件下的污水處理工程，具有頂進故障率低、堵管風險低的優(yōu)勢[1]。考慮到各項技術的優(yōu)勢與缺陷，本工程決定將各項技術，聯(lián)合應用到施工中，在做好施工準備的基礎上，從出洞、頂進、誤差糾正、測量等多方面入手，全面提高施工質(zhì)量。

2.2 施工質(zhì)量補救措施

2.2.1 套管阻力補救措施

施工區(qū)域內(nèi)的粉質(zhì)液化土，具有摩擦阻力大的特征。頂進時，如土層與管壁接觸，極容易加大阻力[2]。對此，可考慮在計算阻力的基礎上，對頂管的長度進行優(yōu)化控制，以避免機頭抱死的問題發(fā)生。本工程所應用的施工技術如下：為頂進直徑2400mm的鋼筋混凝土套管，可首先頂進150mm。在此基礎上，將直徑為1800mm的套管，置入直徑2400mm的套管中，繼續(xù)頂進。待套管頂進至固定深度時，既可結束施工。

2.2.2 壓密加固補救措施

本工程所采用的出洞技術如下：①準備水泵、起重機、吊具等設備、采用吊具，將管節(jié)堆放至相應區(qū)域，并采用三角木墊將管節(jié)墊穩(wěn)。②檢查管節(jié)質(zhì)量，觀察注漿孔是否存在堵塞現(xiàn)象。如施工材料存在質(zhì)量問題，應立即做好標記，并給予處理。③采用壓密注漿技術，將工作井出洞口壓密加固。當洞口土體縫隙被住滿后，既可結束施工。為提高施工質(zhì)量，用于壓密加固的泥漿，必須具有配合比合理的特點，以免對洞口的穩(wěn)定性造成影響。

2.2.3 進洞漏水補救措施

本工程所采用的進洞技術如下：①在井的附近搭建托架，將止水圈安裝在洞口，以防漏水。②加固洞口地基，將井壁與管節(jié)之間的間隙相互連接，清洗導管，預防導管堵塞[3]。③將接收井托架應用到施工過程中，采用槽鋼，以1.2m的寬度，對洞口進行設置。為避免防水圈漏水，保證其緊密性較為重要。一旦工程出現(xiàn)漏水問題，需立即采取措施補救。待掘進機停止運行后，應立即將掘進機與管道分離，使施工安全性得以提升。

2.2.4 誤差控制措施

靜止狀態(tài)下，土質(zhì)的硬度與誤差正相關。簡言之，隨著土質(zhì)硬度的提升，頂進過程中出現(xiàn)誤差的幾率越高，誤差控制難度同樣越大。為解決上述問題，本工程所應用的誤差控制技術如下：①提高第1節(jié)管節(jié)的強度與穩(wěn)定性，對其進行特殊加工，采用加鋼套環(huán)等方式，將誤差縮小至安全范圍內(nèi)。②將“校正”與“恢復”，共同應用到誤差控制過程中，對誤差進行校正。通常情況下，“校正”與“恢復”兩種狀態(tài)下的頂進誤差糾偏角見表1。

表1 狀態(tài)下的頂進誤差糾偏角“校正”與“恢復”

2.2.5 減摩泥漿質(zhì)量控制措施

外壁打蠟技術、泥漿套技術，均為污水處理工程中常用的阻力控制技術，在降低頂進阻力方面，效果均值得肯定。本工程所應用的阻力控制技術，以泥漿套技術為主。施工過程中，施工人員可采用高壓泵，將減摩泥漿注入到土層之間，以達到減小阻力的目的。減摩泥漿的配比見表2。

表2 減摩泥漿的配比

3 復雜環(huán)境條件下市政工程頂管施工技術的應用案例

3.1 工程概況

本工程為污水處理工程，位于國內(nèi)某市。工程設計污水處理管道，直徑為1800mm，埋深9.0～10.5m，設計施工工藝，以頂管工藝為主。工程勘察發(fā)現(xiàn)，該污水處理工程的施工范圍，環(huán)境條件較為復雜（見圖1），部分區(qū)域地表存在鐵路。進一步勘察發(fā)現(xiàn)，區(qū)域的地質(zhì)環(huán)境同樣具有復雜性強的特點，粉質(zhì)液化土屬于主要土質(zhì)類型。地下水勘察結果提示，本工程施工區(qū)域內(nèi)，地下水豐富。加之施工區(qū)域地下存在燃氣管道，工程的施工難度顯著提升。為提高施工質(zhì)量，本工程考慮將頂管施工技術應用到施工過程中，以克服眾多阻力，確保工程能夠在工期內(nèi)順利完成。

3.2 施工技術應用措施

3.2.1 施工準備

頂管施工前，施工人員需對施工當?shù)氐牡刭|(zhì)條件進行評估。將頂管坑的尺寸、穩(wěn)定性、承載力，作為主要參數(shù)，為工程施工提供參考指標。鑒于本工程施工范圍內(nèi)，部分路段存在鐵路。施工人員應對鐵路的沉降參數(shù)進行估算，并設計監(jiān)控點，以避免鐵路出現(xiàn)沉降病害，減少對其他工程的影響。頂管掘進的技術水平，是決定頂管施工質(zhì)量的主要因素。對此，本工程決定將機械式土壓平衡頂管掘進機，應用到施工中，以提高掘進水平，提高施工質(zhì)量。

圖1 施工區(qū)域的環(huán)境條件

3.2.2 施工計劃

本工程施工范圍內(nèi)的土質(zhì)較差，穩(wěn)定性難以滿足工程標準。因此，工程計劃將鋼筋混凝土，應用到施工中，提高工作井與接收井的穩(wěn)定性。施工人員可將千斤頂，布置在工作井的后方，將管節(jié)置入導軌之上。在此基礎上，采用千斤頂推進導軌，使管節(jié)能夠逐漸被壓入土中。當一根管節(jié)被壓如土中后，施工人員需立即將下一節(jié)管節(jié)吊入至導軌上，并繼續(xù)采用相同方式，將管節(jié)壓入土中，直至管道敷設完成。

3.2.3 導軌安裝

本工程所應用的導軌，以裝配式滾輪支架為主，具體的安裝方法如下：①準備混凝凝土基礎面，將導軌安裝至基礎面上。②復核管道中心的位置，逐漸調(diào)整導軌的位置，確保滾輪與管道接觸區(qū)域的高度等參數(shù)，均能夠滿足設計要求。③導軌的坡度，應與設計軸線相同。④導軌滾輪接觸線，與管節(jié)中心的夾角，應控制在60°左右。⑤確保各項參數(shù)無誤后，既可安裝導軌。確保導軌穩(wěn)定后，方可結束施工。

3.2.4 承壓壁施工

承壓壁多處于工作坑與千斤頂之間，材質(zhì)以鋼結構為主。頂進過程中，承壓壁所需承受的壓力與頂力往往較高，如強度及剛度不達標，施工將難以順利完成。為解決上述問題，本工程決定將承壓壁的承壓能力，設計為6500kN。如需采用工作井作為承壓壁，必須采用磚，將工作井洞口妥善封堵。為保證承壓壁受力均勻，可將C30混凝土，灌注在井壁之間，提高工程施工的穩(wěn)定性及安全性。頂進過程中，施工人員應隨時對承壓壁的質(zhì)量進行檢查。發(fā)現(xiàn)異常，應立即處理，避免對施工質(zhì)量的提高造成阻礙。

3.2.5 主頂施工

工程的主頂設備，需安裝在承壓壁之前。初始頂進時，施工人員可采用4個千斤頂相互組合，使之形成加力組合裝置。啟動千斤頂后，組合裝置既可相互作用，提高頂進效率。需注意的是，為保證頂進的過程得以順利進行，確保千斤頂規(guī)格一致、行程同步較為關鍵。4個千斤頂中，每個千斤頂所承受的實際壓力，均不得高于額定壓力，以免千斤頂在頂進過程中受損，提高頂進的安全性。

4 結論

綜上所述，本工程采用頂管技術施工，取得了良好的效果。施工后，通過對施工質(zhì)量的評估發(fā)現(xiàn)，工程質(zhì)量能夠滿足國家標準。以污水處理工程為代表的各工程，均可視自身的需求，將頂管施工技術，應用到施工過程中。在明確施工當?shù)氐刭|(zhì)特點的基礎上，制定施工方案，提高頂進效率。最終達到提高工程施工質(zhì)量、提高市政居民生活質(zhì)量的目的。

[1]曹江勤.對給排水管道的頂管施工技術探討——以蘇虞張公路為例[J].建材與裝飾，2018（01）：37～38.

[2]康祖瑋，楊偉超，尹榮申，鄧鍔.超大矩形斷面淺覆土盾構頂管施工風險識別及風險評估[J].鐵道科學與工程學報，2017，14（05）：1105～1112.

[3]周向陽，林清輝.淺覆土大斷面頂管施工對運營盾構隧道變形影響及控制措施[J].工程勘察，2016，44（12）：7～12.