長距離頂管施工技術(shù)在市政給排水施工中的應(yīng)用

文/肖紹斌 湖南省建筑設(shè)計(jì)院有限公司 湖南長沙 410000

長距離頂管是指先在管道其中一端開挖工作坑，然后在坑中放置頂管設(shè)備在土層中頂進(jìn)管道，在頂進(jìn)的同時進(jìn)行開挖，使管道逐段進(jìn)入土層，直至到達(dá)設(shè)計(jì)長度。頂進(jìn)時，會用到潤滑劑降低阻力，并采用中繼接力等配套技術(shù)。

在科技發(fā)展的推動下，中繼接力與觸變泥漿潤滑等新興技術(shù)的出現(xiàn)和應(yīng)用，使頂管施工得到了顯著的改善。以國外某個長距離頂管施工項(xiàng)目為例，頂進(jìn)施工時采用了以上兩項(xiàng)新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了一次性成功頂進(jìn)1.2km。

1、長距離頂管技術(shù)關(guān)鍵問題

1.1 頂力

隨頂進(jìn)長度不斷增加，頂管頂力持續(xù)增大，而由于會受到管道自身強(qiáng)度影響，所以并不會持續(xù)增加，有一定限度，因此大多采用普通做法僅在管道尾部實(shí)施推進(jìn)。就目前來看，主要采用以下兩種方式：其一，中繼接力；其二，潤滑降阻。這兩項(xiàng)技術(shù)的合理應(yīng)用都能有效控制頂力，使其處在要求的范圍之內(nèi)[1]。

1.2 方向控制

管道能否按照預(yù)期的軸線向前推進(jìn)，直接決定頂管施工成敗，所以頂管方向控制至關(guān)重要。在目前的頂管系統(tǒng)當(dāng)中，主要由雙鉸型工具管實(shí)現(xiàn)對方向的精準(zhǔn)控制。

1.3 避免正面塌方

如果發(fā)生塌方，將對地面建筑物造成嚴(yán)重威脅，導(dǎo)致管道方向失控，使其受力出現(xiàn)變化，施工難以進(jìn)行。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在實(shí)際的頂管施工中，尤其是深層頂管，地下水是造成塌方的主要因素，因此塌方的控制與預(yù)防應(yīng)以治理地下水為主。

2、長距離頂管技術(shù)主要措施

2.1 穿墻

從開啟穿墻管的悶扳開始，到最后的安裝止水，這個過程即為穿墻。它是頂管施工的關(guān)鍵工序之一，穿墻之后工具管具體方向是否準(zhǔn)確將直接影響后續(xù)的拼接施工與方向控制。在進(jìn)行穿墻的過程中需要注意，應(yīng)在管中預(yù)先注入經(jīng)夯實(shí)處理的黃粘土，以此防止土或地下水向工作井內(nèi)涌入，在開啟了悶扳之后，應(yīng)及時頂進(jìn)工具管[2]。

2.2 糾偏和導(dǎo)向

管道頂進(jìn)必須與設(shè)計(jì)軸線重合，在頂進(jìn)時必須嚴(yán)格控制高程與方向，如果產(chǎn)生偏差，要及時采取措施處理。過去的偏差處理主要在管道端部出現(xiàn)偏離后進(jìn)行；然而，此時管道偏差已然存在，所以軸線會出現(xiàn)不同程度的彎曲。管道和軸線之間發(fā)生偏離，頂力不平衡是主要原因之一。若能有效消除或大幅降低不平衡外力，則能起到從本質(zhì)上避免偏位的作用。

2.3 局部氣壓

當(dāng)頂管在呈流塑性或流砂性的土層進(jìn)行時，由于正面擠壓力較小，無法限制塌方，所以有發(fā)生正面塌方的危險，同時出泥量大幅增加，導(dǎo)致地面沉陷、開裂。管道軸線不同程度的彎曲，導(dǎo)致糾偏根本無法進(jìn)行，并且還影響降阻的實(shí)際效果。為了解決這些實(shí)際問題，一般會用到局部氣壓，其大小須充分考慮實(shí)際情況，大多以避免塌方的發(fā)生為基準(zhǔn)。

2.4 觸變泥漿減阻

為了減小頂管時管壁受到的阻力，可在管壁的外側(cè)壓力灌注觸變泥漿，以此形成厚度足夠的“套管”，促使頂管的過程在這一套管中完成，進(jìn)而從根本上減小阻力。

2.5 中繼接力

長距離頂管過程中，如果只采用以上措施進(jìn)行降阻的實(shí)際效果不佳，則須配套使用中繼接力，即在管道中央安裝中繼環(huán)，以分段的形式減小阻力，進(jìn)而使頂力穩(wěn)定，滿足施工要求。

3、頂管設(shè)備及其工作狀況

3.1 工具管

在頂管施工中，工具管是一個重要設(shè)備，在管道前端進(jìn)行安裝，它的外形和管道十分相似，作用在于以下幾點(diǎn)：確定方向、糾正偏差、避免塌方、協(xié)助出泥等[3]。

3.2 頂進(jìn)設(shè)備

頂進(jìn)設(shè)備由以下幾部分組成：后座、油缸、導(dǎo)軌與頂鐵。反力墻與主油缸中間的是后座，所有油缸都配置了后座，作用在于向后墻傳遞集中力。油缸是實(shí)現(xiàn)頂進(jìn)的核心動力，通常以對稱的形式設(shè)置4-6臺，行程與頂力均需根據(jù)實(shí)際情況確定。頂鐵的主要作用是彌補(bǔ)油缸行程，它的厚度不得超過油缸形成。導(dǎo)軌在系統(tǒng)中主要起導(dǎo)向作用，接管過程中還能為焊接提供作業(yè)平臺，并使管道吊放順利完成。頂進(jìn)設(shè)備布置如圖1所示。

圖1 頂進(jìn)設(shè)備布置圖

1.后座；2.調(diào)整墊；3.后座支架；4.油缸支架；5.主油缸；

6.剛性頂鐵；7.U型頂鐵；8.環(huán)形頂鐵；9.導(dǎo)軌；10.預(yù)埋板；

11.管道；12.穿墻止水

3.3 出泥設(shè)備

被高壓水槍沖碎的部分泥漿，從吸泥設(shè)備中排出管道外。水力吸泥機(jī)的構(gòu)造較為簡單，且性能良好，支持連續(xù)運(yùn)輸，有很高的工作效率。為避免發(fā)生以往使用的吸泥機(jī)當(dāng)中，泥水和塊石同時通過管壁，對管道造成磨損，損失大量的能量等問題，目前應(yīng)以高壓水走彎道為主，以此有效提高揚(yáng)程與效率。

3.4 氣壓設(shè)備

水下頂管施工中用到的工具管部分情況下要用局部氣壓進(jìn)行施工，周期相對較長，而且還要進(jìn)行故障排除，也就是氣壓應(yīng)急處理。以上情況對于壓縮空氣有著不同的實(shí)際要求。其中，局部氣壓應(yīng)有足夠的氣量，可以進(jìn)行波動，而且無需凈化。但氣壓應(yīng)急處理主要是指在吸泥機(jī)無法正常運(yùn)作的情況下由人工進(jìn)行作業(yè)，不僅要確保壓縮空氣的氣壓保持穩(wěn)定，還要達(dá)到一定衛(wèi)生條件。

4、中繼接力

頂管時的阻力主要有以下兩部分：其一，在管道正面產(chǎn)生的阻力；其二，管道周圍產(chǎn)生的阻力。以某類工具管為例，其正面產(chǎn)生的阻力在施工時不會產(chǎn)生較大的變化，但頂進(jìn)的實(shí)際長度和周圍阻力成正比關(guān)系。為實(shí)現(xiàn)頂進(jìn)目標(biāo)，建議應(yīng)用中繼接力。

首先將整個管道分成多段，然后在相鄰的管道中間安裝中繼環(huán)，如圖1所示。所有中繼環(huán)都安裝在前后兩個管段的中間部分，其中的油缸按照環(huán)狀進(jìn)行分布。在油缸開始工作以后，其后方管段變?yōu)楹笞胺焦芏蝿t被向前頂進(jìn)。按照一定順序啟動中繼環(huán)，分段開始前進(jìn)，能有效降低阻力，實(shí)現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)[4]。

圖1 中繼環(huán)

1.鋼管；2.內(nèi)套斯瞥；3.鋼管；4.止水膠帶；5.止水膠圈；6.千斤頂

如果整個管段被分為三個分段，則設(shè)置2個中繼環(huán)，則這種情況下的頂進(jìn)原理為：

（1）中繼環(huán)不啟動，所有管段由千斤頂進(jìn)行頂進(jìn)。在這種情況中，管段背部所受頂力必須克服頂進(jìn)阻力；（2）啟動1個中繼環(huán)，通過開啟千斤頂，使兩段同時進(jìn)行頂進(jìn)。在兩個中繼環(huán)不再頂進(jìn)以后，主壓千斤頂對第三段進(jìn)行頂進(jìn)。可見，通過對中繼技術(shù)的合理應(yīng)用，管段實(shí)際頂進(jìn)長度將不受后座影響，只要中繼環(huán)增加，則頂進(jìn)長度必定延長。因此，在長距離頂管施工中，中繼接力是一項(xiàng)重要技術(shù)，應(yīng)對此引起足夠重視。

結(jié)語：

綜上，本文詳細(xì)闡述了市政給排水工程中長距離頂管技術(shù)的應(yīng)用，包括技術(shù)應(yīng)用過程中的關(guān)鍵問題、技術(shù)和設(shè)備，以及中繼接力新興技術(shù)，為保證市政給排水工程長距離頂管施工質(zhì)量提供可靠依據(jù)。