城區(qū)管系工程中的人工掘進(jìn)頂管施工技術(shù)

（中鐵十六局集團(tuán)路橋工程有限公司，北京 101500）

1 工程概況

南大干線（東新高速至番禺大道）-東新高速至G105國(guó)道-K2+960～K4+869（1.1 標(biāo)）位于番禺區(qū)大石街，該段總長(zhǎng)度1.909km。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘察資料得知，WN8→WS9段頂管施工需穿越220kV電纜下方區(qū)域，該處電纜與地面凈空17m，為滿足現(xiàn)場(chǎng)施工要求，頂管機(jī)械的轉(zhuǎn)運(yùn)需得到大型吊車的支持，但吊裝作業(yè)具有特殊性，無(wú)法滿足6m凈空要求，考慮到安全施工的目標(biāo)，最終采取人工頂管作業(yè)的方式。

2 人工掘進(jìn)頂管技術(shù)優(yōu)點(diǎn)

頂管施工是整個(gè)城市管網(wǎng)中尤為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，其中人工掘進(jìn)頂管法得到廣泛應(yīng)用，基于人工作業(yè)的方式更具靈活性，可有效糾正偏差，無(wú)需投入大量工程設(shè)備，因此成本也得到了有效的控制，是當(dāng)前城區(qū)管系工程中極為重要的技術(shù)形式。

2.1 施工成本低

節(jié)省大量工程設(shè)備，在少量施工人員的支持下便可完成頂管作業(yè)，節(jié)省了大量的設(shè)備成本。

2.2 占用場(chǎng)地小

若采取機(jī)械頂管的方式，需得到大量配套設(shè)備的支持，在城市區(qū)域內(nèi)要達(dá)到這一目標(biāo)難度相對(duì)較大，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)l(fā)交通癱瘓現(xiàn)象。基于人工頂管的方式，可有效避免“拉鏈路”，確保施工路面上方車輛的正常通行。

2.3 施工簡(jiǎn)單且高效

機(jī)械頂管必須得到充足的成本支持，部分項(xiàng)目的經(jīng)費(fèi)有限，因此不具備引進(jìn)多臺(tái)機(jī)械頂管機(jī)的條件。基于人工頂管的方式正好解決了這一局限，可在各個(gè)區(qū)域展開頂進(jìn)作業(yè)。實(shí)際工程案例表明，此方法的頂進(jìn)效率甚至超過機(jī)械頂管方式，更具可行性。

3 人工掘進(jìn)頂管施工方法

3.1 頂管施工流程

準(zhǔn)備工作→設(shè)置工作井→測(cè)量放線→適配施工設(shè)備→人工掘進(jìn)→鋼管頂進(jìn)→施工質(zhì)量監(jiān)測(cè)→管道貫通→針對(duì)管線輔以固定措施→水壓試驗(yàn)→灌漿施工→設(shè)置檢查井。

3.2 工作井開挖

前期準(zhǔn)備工作是確保工作井開挖質(zhì)量的關(guān)鍵，確定開挖范圍，明確該處是否存在地下設(shè)施，若現(xiàn)場(chǎng)施工環(huán)境復(fù)雜，需調(diào)整工作井的位置。施工中液壓頂進(jìn)設(shè)備尤為關(guān)鍵，因此需確定合適的工作井范圍。關(guān)于實(shí)際開挖深度的控制，需略大于污水管道埋深，且要滿足液壓設(shè)備的下放要求，結(jié)束開挖作業(yè)后處理基底，針對(duì)該處采取整平措施，經(jīng)澆筑施工后形成墊層，在其上方鋪設(shè)軌道[1]。在上述基礎(chǔ)上，即可施作后背墻，主要作用在于為液壓頂進(jìn)設(shè)備提供支撐，該結(jié)構(gòu)在強(qiáng)度、剛度等指標(biāo)上都要足夠良好，在管頂進(jìn)作業(yè)時(shí)可以有效承受水平頂力。

3.3 頂管工作井內(nèi)設(shè)備安裝

3.3.1 導(dǎo)軌安裝

要求導(dǎo)軌達(dá)到平行、順直的狀態(tài)，施工中需控制枕鐵高程。導(dǎo)軌安裝前的檢查工作必不可少，相關(guān)人員需要復(fù)核管道中心，在無(wú)誤后方可正式鋪設(shè)導(dǎo)軌。

3.3.2 后背墻的安裝

此環(huán)節(jié)采取方木與20a型鋼相結(jié)合的方式，形成的結(jié)構(gòu)總厚度50cm，將該結(jié)構(gòu)均勻分布在井壁上，同時(shí)后背墻尺寸尤為關(guān)鍵，以3m×2m為宜。

3.3.3 下管頂進(jìn)、出土

基于吊車順利下管，根據(jù)施工要求選擇合適的頂進(jìn)設(shè)備，較為可行的有千斤頂，在卷?yè)P(yáng)機(jī)的輔助下將開挖后的土體轉(zhuǎn)移到指定堆放場(chǎng)所，將軸流鼓風(fēng)機(jī)連接至通風(fēng)管，向施工現(xiàn)場(chǎng)持續(xù)性送風(fēng)。

3.3.4 千斤頂和頂鐵的安裝

掘進(jìn)頂管作業(yè)必須使用千斤頂，該裝置在工作坑內(nèi)采取對(duì)稱布置的方式，調(diào)節(jié)頂力合力作用點(diǎn)，分析與管壁反作用力作用點(diǎn)的關(guān)系，二者應(yīng)達(dá)到同軸線狀態(tài)，在此基礎(chǔ)上可有效控制頂進(jìn)偏差。基于人工作業(yè)的方式挖運(yùn)土方，檢查管上部管壁與土壁的連接關(guān)系，若二者之間存在間隙，需合理調(diào)節(jié)千斤頂著力點(diǎn)，將其設(shè)置在管子垂直直徑的1/3處。

3.4 頂進(jìn)施工

將施工所需的設(shè)備有序置于工作坑的指定位置，對(duì)其展開全面檢查，確認(rèn)無(wú)誤后方可試頂。實(shí)際施工中，需要檢驗(yàn)設(shè)備的水平與垂直標(biāo)高情況，在符合設(shè)計(jì)要求后方可頂進(jìn)工具管，隨后依次下放混凝土管節(jié)，結(jié)束此項(xiàng)作業(yè)后必須再次檢測(cè)標(biāo)高，滿足設(shè)計(jì)要求后試頂，將各項(xiàng)參數(shù)調(diào)整至合理狀態(tài)后，便可進(jìn)入正式頂進(jìn)施工作業(yè)。

關(guān)于管內(nèi)土體的開挖作業(yè)，本工程中采取人工開挖的方式，利用自制小車將開挖后所得的土體轉(zhuǎn)移到井坑處，并通過吊機(jī)將其置于坑外。

結(jié)束頂管施工后，需對(duì)各管采取加固措施，經(jīng)壓漿處理后可提升管道周邊密實(shí)性，確保施工區(qū)域上方地面的穩(wěn)定性，避免沉降等工程事故。

4 頂進(jìn)控制措施

4.1 測(cè)量控制措施

關(guān)于測(cè)量，具體有以下幾點(diǎn)內(nèi)容：

1）測(cè)量頻率：在展開首節(jié)管的頂進(jìn)施工作業(yè)時(shí)，每完成20～30cm要安排專員檢測(cè)中心與高程情況；在后續(xù)頂進(jìn)作業(yè)時(shí)，每完成50～100cm要測(cè)量一次。

2）中心測(cè)量：重點(diǎn)做好頭一節(jié)管前端的檢測(cè)工作。

3）高程測(cè)量：此環(huán)節(jié)使用到水準(zhǔn)儀與高程尺，必須精確測(cè)量首節(jié)管前端內(nèi)底高程，在此基礎(chǔ)上以合理的方式控制頂進(jìn)高程。

4）為滿足檢測(cè)要求，有必要設(shè)置兩個(gè)水準(zhǔn)點(diǎn)，將其置于工作井內(nèi)，后續(xù)施工中定期校核水準(zhǔn)點(diǎn)，以便提升監(jiān)測(cè)結(jié)果的精確性。

5）每完成一個(gè)管的頂進(jìn)作業(yè)，都要精確測(cè)量中心與高程。

6）糾偏。經(jīng)上述測(cè)量后分析頂進(jìn)效果，若偏差達(dá)到10～20mm，較為可行的是超挖糾偏法[2]，具體方式為：處理偏向的反側(cè)，允許在該處適當(dāng)超挖，在此過程中偏向側(cè)不展開任何超挖操作，部分情況下還需要留坎，在其作用下形成阻力，通過適當(dāng)施加頂力的方式，便可達(dá)到調(diào)節(jié)偏差的效果。若偏差超過20mm，較為可行的是千斤頂糾偏法。此外，還要輔助使用超挖糾偏法，在其支持下達(dá)到邊頂邊支的效果，最終有效調(diào)整偏差。

4.2 管前挖土要求

管周不可出現(xiàn)超挖現(xiàn)象，并做到隨挖隨頂。若開挖現(xiàn)場(chǎng)土質(zhì)良好，允許適當(dāng)超挖，即管周上方超挖量可達(dá)到15mm。做好接口處理工作，本工程中所用的管材采取F型接口形式，因此在完成頂管作業(yè)后，各管之間通常會(huì)存在縫隙，此時(shí)需以膨脹水泥砂漿為原材料，通過壓實(shí)填抹的方式處理。材料配制時(shí)，以硅酸鹽膨脹水泥為宜，經(jīng)試驗(yàn)后確定合適配比，具體為膨脹水泥∶砂∶水=1:1:0.3，經(jīng)拌制后得到的材料必須在0.5h內(nèi)使用完畢[3]。要做好填抹前的準(zhǔn)備工作，安排專員對(duì)接口處理，使其處于濕潤(rùn)狀態(tài)，在此基礎(chǔ)上分層填入。

4.3 污水管線安裝支護(hù)

經(jīng)上述施工后設(shè)置污水管線，在此之前需要做好工具管的檢測(cè)工作，以3m為間隔分別得到高程值，分析所得結(jié)果與設(shè)計(jì)高程的誤差，在此基礎(chǔ)上合理加工污水管支架，以便給污水管線安裝提供優(yōu)良條件，使其具有足夠的穩(wěn)定性。此外，污水管上方需要使用頂桿與支架，兩結(jié)構(gòu)有效對(duì)頂。

4.4 閉水試驗(yàn)

此項(xiàng)工作需覆蓋至污水管以及各類支管，具體流程如下：

1）紅磚封兩端頭子，砂漿抹面；

2）抽水并將其灌入井內(nèi)，經(jīng)此操作后使水體高度超過頂管2m處；

3）做好停水處的標(biāo)記工作；

4）將觀測(cè)信息記錄完整；

5）經(jīng)0.5h后再次檢測(cè)，明確落水高度；

6）經(jīng)計(jì)算后確定實(shí)際滲水量，綜合考慮設(shè)計(jì)要求，針對(duì)施工效果做出合理判斷。

4.5 混凝土灌漿

完成水壓試驗(yàn)且結(jié)果符合設(shè)計(jì)要求后，便可進(jìn)入到灌漿施工環(huán)節(jié)，此時(shí)以素混凝土為宜，完成材料的拌制作業(yè)后，在灌漿機(jī)的輔助下將其轉(zhuǎn)移到工具管與污水管之間，在此過程中需遵循慢速灌漿的原則，且要控制單次灌入量，以免出現(xiàn)污水管擠壓變形現(xiàn)象。檢測(cè)灌入混凝土的深度情況，靈活調(diào)節(jié)灌漿速度，若該值達(dá)到污水管管徑的2/3，允許適當(dāng)加快灌漿速度。結(jié)束之后，在兩側(cè)設(shè)置豎井管并回填作業(yè)，通過分層碾壓的方式提升其穩(wěn)定性，最終結(jié)束整個(gè)頂管施工作業(yè)。

5 結(jié)語(yǔ)

人工挖掘是市政管網(wǎng)中應(yīng)用較廣泛的形式，在市政管網(wǎng)建設(shè)規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大之下，人工掘進(jìn)頂管技術(shù)的優(yōu)勢(shì)逐步彰顯，但在實(shí)際施工中依然要注重各項(xiàng)工藝的合理應(yīng)用，為施工質(zhì)量提供保障。