市政排水非開挖頂管施工技術及實施要點之研究

王立峰

摘要：本文將以金海道的排水工程作為對象，嘗試性研究土壓平衡以及長距離頂管作業技術辦法和使用思路，充分驗算深基坑支護穩定性，得出結果非開挖管道這項技術的使用有著合理的經濟條件和可行的技術條件，是市政排水中的有利助手。

Abstract： This article takes the drainage project of Gimhaedo as an object， and tries to study the earth pressure balance and the technical methods and application ideas of long-distance pipe jacking operation. The stability of deep foundation pit support is fully checked and the result is that the use of non-excavation pipe technology has reasonable economic conditions and feasible technical conditions， and is a favorable assistant in municipal drainage.

關鍵詞：市政排水;非開挖頂管;施工技術;施工要點

Key words： municipal drainage;non-excavated pipe jacking;construction technology;construction points

中圖分類號：TU991.05 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1006-4311（2020）06-0171-02

1 ?非開挖頂管技術理論

美國早在1994年就已經將非開挖頂管這種技術作為建筑行業、城市設施規劃的基本技術，為的是增強美國建筑行業市場競爭能力和技術水平。再比如美國的路易斯安娜理工、英國的曼徹斯特工業、德國的波鴻等一大堆知名院校為了發揮該技術價值和優勢，也有相繼開展非開挖相關研究機構和技術課程，為建筑行業、建筑體系輸送和培養著大量精英人才。

這種技術雖然進入我國時間晚，但是因為該技術的優勢十分明顯。比如不需要做地面面層挖掘，就可以直接越過地下管道、地面的構筑物、河道、鐵路和公路直接來到對面[1]。該技術的使用和發展也讓城市的基礎工程，比如通信工程、電力工程、煤氣安裝、排水管道作業獲得了非常好的發展。并不會對周圍造成粉塵污染、噪聲污染、交通限制。該技術在實踐中已經為我國的建筑行業帶來了巨大的社會效益和經濟效益。具體流程為，先做管道一端的工作坑挖掘，在這個工作坑的挖掘作業結束以后，在工作坑道中安裝用于頂進的裝置。隨后把管道放到土層，在頂進中排除周圍的土體，最后讓管道一節一節的進入到土層，直到管道到達了預期設計的位置，長度滿足了工程需求。

2 ?工程實例

2.1 工程概況

本次的工程對象為金海道排水項目。該項目地理位置在海河東路的東面，作業區域的兩側是大量的居民樓、住宅樓。管線和樓的外側只有12米。頂管的總長度為514米。所用的頂管外徑2640毫米，內徑2200毫米，每一段管節有2400毫米，一控189米。施工現場的頂管坡度為0，覆蓋4.3米厚的土體。施工中外徑應用土壓平衡多刀盤頂管機，外徑為2640毫米。施工中的最大頂力是1400噸，這里每噸為10千克。施工現場的周圍不論是地表還是地下都十分的復雜。在襯砌接縫作業中，防水使用的材料是天然橡膠圈，以鍥型形式出現。

2.2 多刀盤土壓平衡頂管機選擇和使用

在作業中工程使用了多刀盤土壓平衡頂管機。這種頂管機的刀盤切面為斷面百分之六十。雖然這種頂管機并沒有大刀盤土壓平衡頂管機所擁有的全斷面切削攪拌能力，不過已經足以應對軟土地層的頂管作業。一般情況下，大刀盤土壓平衡頂管機質量能夠達到施工現場所排出土體的0.6倍質量。而多刀盤土壓平衡頂管機則只有0.4倍[2]。從這個數據對比得出的結果是，本次項目所用頂管機能夠防止機頭過重問題引起的方向失控，規避了走低問題的出現。本次生產中用對稱布置的方式分配四把切削刀盤。因此只需要反方向旋轉左右刀盤就能夠讓刀盤轉矩保持平衡，而不是經常出現偏移，就好像大刀盤頂管機一樣。頂管結構如圖1所示。

在實踐中得到的結果是，這一次項目所用多刀盤土壓平衡頂管機的出土十分方便，維修十分簡便。簡單的結構和低廉的價格，外加較輕的自重成為了本次施工中的重要優勢，很適合在軟黏土中做頂管作業。

2.3 頂進中進出洞施工

出洞頂進在作業中是非常基礎和重要的環節，自從離開工作坑以后，就開始了生產。為了確保頂管機的出洞足夠順利，避免土體的塌落進入到工作井當中。在出動前就需要先打鋼板樁在磚封門前。在鋼板樁到達工作井底板的深度后結束。出洞時需要先拆除磚封門，此時因為有鋼封門所以沒有土體涌入。在頂管機到鋼封門的50至100毫米以后，此時的洞口止水圈開始發揮作用。隨后從其中的一側朝向另外的一側開始去除鋼板樁。為了減少鋼板樁在拔除中帶給頂管機周圍土體的影響，引起建筑間隙出現。在拔出鋼板樁以后需要第一時間頂進，減少停頓。

早期出洞時，因為頂管機的正面土壓比機頭、混凝土管節周圍摩阻力、導軌摩阻力總和大，故有很大概率會出現管節后退問題，此時就會出現頂管機土體坍塌。會導致頂管機再次推進時出現向上爬高，方向失控。對此本次工程選擇了在洞口的周圍安裝手拉葫蘆。施工中主頂油缸回縮前，拉住最后的一節管節，以免管節后退，要減少出洞出現的機頭拋高問題。最后反饋的結果不錯，十分理想。出洞高程偏值只有3.8厘米。

2.4 長距離頂進作業

2.4.1 軸線控制 ?在施工中最關鍵的部分就是控制頂力。考慮到頂管作業中，影響頂力最突出的要素就是糾偏，頂管機頂進作業中很有可能會因為受力不均，出現管道設計軸線偏離的情況。故本次工程作業中選擇在機頭旋轉和前進方向做糾偏，確保機頭能夠按照預期規劃的方向穩定前進。頂進作業中糾偏是必不可少的工序，需要貫徹頂進作業適中。每一次的糾偏都要通過施加力矩的方式讓頂管機能夠改變正在前進的方向。力矩的施加如同在頂管機增加了一種壓力、阻力。在規范中阻力并沒有直接反應但卻是不容忽視的內容。

2.4.2 注漿減阻 ?注漿減阻在長距離頂管作業中是非常重要的技術，其關系到最后能否成功頂管。為了在施工中，減少管道外壁摩阻力就需要使用該技術。要結合圖紙情況合理調整潤滑泥漿配方，要確保泥漿足夠穩定，從而應對各種施工環境。注漿孔一定要合理布置。混凝土的管節雄頭一次按120度分別設置三個孔。管節的斷面右側安裝壓漿總管。本次工程中每隔7.2米設置一個注漿孔和三通閥門連接管柱注漿孔。生產中要用到合適的壓漿手段，要嚴格控制壓漿操作、壓漿流程。確保頂進中的建筑間隙能夠被泥漿填補，構成泥漿套。泵的出口壓力為1至1.25*105Pa。管節雄頭一側近邊設置壓漿孔。完成管節拼接以后，前一節的鋼環就能夠覆蓋注漿孔。漿液壓出以后，會在混凝土管節外壁和鋼套環出形成漿套，最后被擠出。易于形成的泥漿套有著非常明顯的減摩效果。

2.4.3 中繼網 ?本次項目用到了中繼間做頂進輔助。布置中繼間的時候充分考慮了操作和頂力要求，將頂進速度和質量的提高作為出發前提。第一個中繼間放在了靠前位置。由于頂管機在正面土壓頂進時會受到施工情況和土質條件影響出現變化，因此總推力在來到設計推力60%以后設置中繼間。在來到80%時繼續設置中繼間。在到達90%時候重復設置中繼間。本次工程總長189米，一共設置了兩套中繼間。第一個中繼間被布置在了工程104米，因為有著良好的泥漿減阻結果，有效完美的控制了頂進和走線，故實際頂進過程中的阻力臂理論設計、理論計算結果要小非常多，直到最后第二套中繼間都沒有發揮作用。簡化了頂進流程，極大的提高了頂進速度。

2.5 鋼板樁

本次工程的基坑有7.5米。另外施工管線和周圍居民樓相鄰很近，所以工作坑與管道的作業都會對周圍土壤造成影響，很有可能會破壞周圍土體、建筑物穩定性。為了保障施工安全、工期達標，最后選擇使用鋼板樁與深層攪拌裝止水帷幕支護工作坑。

2.5.1 入土深計算 ?使用質恩法做樁最小土深度計算，得出的結果是樁長12米，入土深度4.29米。

2.5.2 穩定性計算 ?穩定性的計算包括管涌計算、隆起計算、滑動計算。管涌計算。本工程深度T4.43米。結合計算結果，并不會有管涌破壞出現。隆起計算。軟土層做深基坑作業，如支護結構土體質量超過地基承載力，那么地基平衡狀態就無法保障，出現坑底隆起、坑頂下陷、坑壁土流動情況。為避免這種現象就需要計算。滑動計算。該項目就是對支點支護結構進行計算，確認支護并不會出現彎曲，引起整體滑動，無法保障穩定性。

2.6 深層攪拌樁

2.6.1 土壓計算 ?要充分考慮粘性土粘聚力、內摩擦帶來的影響。為了完成計算的優化，本次項目對于成層分布土體使用墻底各層土物理力學指標方法，做層厚加權平均。

2.6.2 抗傾覆計算 ?以重力擋墻展開墻體饒前趾A抗傾覆安全系數計算。實踐中以同類型項目工程情況選擇安全系數。最后得出的計算結果是K≥1.0至1.1，從結果看來本次的抗傾覆計算滿足了工程設計要求和規定，安全性得到了保障。

2.6.3 樁厚計算 ?根據支護規程，在設計水泥土厚度的時候，要確保其滿足抗傾覆穩定要求。在水泥土的墻底位于黏土時，得出最后的計算結果是B≥1.5米。

2.6.4 土體變形計算 ?最大土體沉降量計算，在工程重要性系數為K≤1.2情況下，得到的結果是0.03米。地面沉降最遠影響距離的計算最后是11.6米，也就是要距離周圍居民建筑11.6米施工，以免威脅周圍環境。

2.7 工程要點

本次工程使用定向鉆孔，污水管為5米深度。定向鉆穿越的關鍵在于導向孔與擴孔、管道回拖。為保障工程圓滿和順利，要求所有工種與崗位認真負責。首先是放線防線測量要根據施工圖的線路定位樁、穿越控制樁情況，做標高和測量，得出管道中心線的位置。隨后是導向孔施工。使用探頭、導向鉆頭，啟動鉆桿回轉2米左右，做軌跡施工。導向儀是導向孔施工的關鍵點。最后是擴孔與回拖。結束導向孔作業后做多次擴孔，不斷擴大鉆頭。孔中的管子始終懸浮，孔洞和管道四周使用泥漿潤滑，減少回拖的阻力。擴孔中適當增加水流量和泵壓。護管回拖中，管前需要有管帽，時刻觀察現場出土情況，保障拉力正常。

3 ?結語

在長距離頂管這種技術的支持下，頂管作業的成本和難度得到了有效控制，節省了大量經費和工期，經濟效益和社會效益非常突出。實踐中應用注漿減阻，解決了阻力要求，為軸線控制和快速頂進提供了很大的幫助。作業中，如果和周圍建筑物相近，必須使用支護技術，減少對周圍建筑物、地下管線影響。非開挖頂管造價低、無排污、基本沒有噪音和振動，很適合市政項目的排水。

參考文獻：

[1]鐘漢杰.非開挖頂管施工技術在市政管網中的應用[J].工程技術研究，2019，4（21）：89-90.

[2]馮玉權.市政排水非開挖頂管施工技術及實施要點之研究[J].居舍，2019（15）：46，23.

[3]莫世揚，楊曉偉，洪元堂，等.非開挖頂管工藝在公路污水管線下穿工程中應用分析[J].公路工程，2019，44（02）：151-155.