市政泵站工程中頂管施工技術(shù)分析

廊坊市市政設(shè)施管理中心，河北 廊坊 065000

泵站施工應(yīng)用頂管技術(shù)時(shí)無(wú)須大開(kāi)挖，可減少泵站建設(shè)對(duì)城市交通系統(tǒng)的影響，且采用頂管技術(shù)精度控制高、施工效率高，大量管徑管材都可滿(mǎn)足施工要求，管道埋深最高達(dá)20m，不會(huì)對(duì)上層道路造成干擾。文章以具體的工程案例分析頂管施工技術(shù)的應(yīng)用，可為類(lèi)似市政泵站工程施工提供參考。

1 工程概述

某市區(qū)金水路3#市政雨水泵站位于新華路東10m位置，北側(cè)有河道，南側(cè)為堤壩。建設(shè)的3#泵站占地140m2，規(guī)模為3m3/s，主要用于收集雨水，雨水收集之后排放到旁邊小河中。頂管接入管材質(zhì)為DN1500，采用鋼筋混凝土。參考工程施工要求，應(yīng)確保新華路不受施工損害，而傳統(tǒng)地表開(kāi)挖方式無(wú)法滿(mǎn)足要求，故采取頂管法對(duì)泵站入水口進(jìn)行施工。

2 施工參數(shù)設(shè)計(jì)

2.1 施工前期參數(shù)設(shè)計(jì)

該工程頂管設(shè)計(jì)為兩段，采用正常頂管施工，工作井支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)從外到內(nèi)為φ800mm旋噴樁，長(zhǎng)度為16.18m；φ800mm灌注樁，長(zhǎng)度為23.2m。設(shè)計(jì)井壁厚0.3m，底板厚0.4m，結(jié)構(gòu)為S6C35現(xiàn)澆混凝土，以千斤頂反力均勻作用井壁。

進(jìn)水留有供φ1500mm頂管使用的鋼筋混凝土管，工作井到檢查井的鋼管埋深在10～12m，為φ1500mm鋼管，工作側(cè)井及泵房進(jìn)水井與檢查井的高差分別為0.28m、1.49m，設(shè)計(jì)縱坡坡度分別為1.5%、5.8%。

兩段頂管，第一段頂管為單管，長(zhǎng)18.8m，為D1500頂管專(zhuān)用鋼筋混凝土管，頂管設(shè)1個(gè)工作井和1個(gè)接收井。頂管以工作井頂管端中心標(biāo)高1.76m，頂進(jìn)3#泵房，進(jìn)水預(yù)留中心標(biāo)高1.74m，埋深12m，管內(nèi)由操作人員清理干凈。第二段頂管也為單管，長(zhǎng)25.7m，為DN1500鋼管，頂管設(shè)1個(gè)工作井和1個(gè)接收井，由工作井頂管中心標(biāo)高1.76m，頂進(jìn)至井底標(biāo)高2.47m，頂管埋深10m，由操作人員清土。

2.2 頂力參數(shù)設(shè)計(jì)

工程設(shè)兩段頂管，第一段為D1500頂管專(zhuān)用鋼筋混凝土管，長(zhǎng)18.8m，第二段為DN1500鋼管，長(zhǎng)25.7m。頂力F的計(jì)算公式如下：

式中：f為經(jīng)驗(yàn)?zāi)Σ磷枇Γ琸N/m2；D為工具管外徑，m；L為管道長(zhǎng)度，m；F1為正面阻力，kN。

正面阻力F1的計(jì)算公式如下：

式中：Pt為機(jī)頭底部1/3D的被動(dòng)土壓力，kN/m2。

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，可判斷F1為100t，D1500頂管專(zhuān)用鋼筋混凝土管，DN1500鋼管分別長(zhǎng)18.84m、25.7m，其頂力估算為FD1500=18.84×1.92+100=136.17kN，F(xiàn)DN1500=25.7×1.92+100=149.34kN。

該工程工作井的頂力設(shè)計(jì)為3000kN，選用的千斤頂為400t，工作管以人工挖土，頂管施工示意圖見(jiàn)圖1。

圖1 頂管施工示意圖

3 施工流程

施工流程如下：整地→測(cè)量放線→開(kāi)挖工作坑→安裝支座→安裝管道軌道→吊入首節(jié)管道→安裝千斤頂→挖土→頂進(jìn)→出土→吊入管道進(jìn)行拼裝、管道貫通→撤出設(shè)備→工程驗(yàn)收。

4 頂管施工技術(shù)具體流程

4.1 測(cè)量放線

通過(guò)測(cè)量放線可保障頂管軸線方向穩(wěn)定。若放線準(zhǔn)確，可保障頂管機(jī)按設(shè)計(jì)要求規(guī)范進(jìn)洞，保障施工整體穩(wěn)定，使工作井出洞口、接收井進(jìn)洞點(diǎn)按規(guī)范進(jìn)入工作井，確保頂管頂進(jìn)滿(mǎn)足設(shè)計(jì)距離、方向要求。沉井下沉避免不了會(huì)產(chǎn)生誤差，可能導(dǎo)致沉井不滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。此時(shí)就需要頂管管線放線結(jié)合接收井、工作井位置，以測(cè)量現(xiàn)實(shí)情況放出管線位置。

4.2 通風(fēng)設(shè)備選擇

以軸流鼓風(fēng)機(jī)實(shí)現(xiàn)地下通風(fēng)，風(fēng)量計(jì)算公式如下：

式中：Q為風(fēng)量，m3/min；k為風(fēng)量備用常用系數(shù)，取值1.1～1.2；m為地下同時(shí)工作人數(shù)限制；q為洞內(nèi)每人每分鐘的空氣需求量，取3m3/min。地下施工多由兩人配合，負(fù)責(zé)開(kāi)挖、運(yùn)土，故k取1.1，m取2，計(jì)算得到的風(fēng)量Q為6.6m3/min。

4.3 減阻

長(zhǎng)距離頂管施工需要減少頂進(jìn)阻力，實(shí)現(xiàn)對(duì)頂力的有效控制。可在鋼管外層涂上潤(rùn)滑材料，如4#石油瀝青、石墨、汽油（配比為1∶2∶4）配合，減少頂進(jìn)中的阻力。

4.4 觸變泥漿減阻

傳統(tǒng)工藝采用涂抹潤(rùn)滑材料，但是此方式潤(rùn)滑效果不理想，可以采取觸變泥漿減阻方式施工，施工過(guò)程中應(yīng)檢測(cè)膨潤(rùn)土的動(dòng)塑比、造漿率、失水量等。管道需要進(jìn)行壓漿孔預(yù)埋，從而保障漿套形成。應(yīng)用膨潤(rùn)土需要考慮膨潤(rùn)土的配置、膨脹、貯藏等處理步驟，按照設(shè)計(jì)規(guī)范，使用之前先進(jìn)行使用試驗(yàn)，試驗(yàn)無(wú)誤后才能投入使用。先配置膨潤(rùn)土，搭配適量水、堿，可加入適量石灰膏，這樣可以使施工完成后的觸變泥漿迅速凝結(jié)，以此保證工程質(zhì)量。觸變泥漿的配置為0.3∶0.2∶0.01∶1（膨潤(rùn)土∶純堿∶CMC∶水），配比完成后靜置24h，之后可直接使用。

在泥漿的置換工藝方面，置換時(shí)需在地面攪拌的總管閥門(mén)打開(kāi)后，再打開(kāi)管節(jié)閥門(mén)，啟動(dòng)壓漿機(jī)和壓漿泵，之后送漿，開(kāi)始頂進(jìn)。將管節(jié)閥門(mén)關(guān)閉后，頂進(jìn)停止，然后關(guān)閉總管閥門(mén)，在井內(nèi)將接口快速拆開(kāi)，再接6.67cm的總管，循環(huán)此步驟，完成整個(gè)施工。需要注意的是，在壓漿過(guò)程中，采用地面壓漿泵將儲(chǔ)漿池內(nèi)的觸變泥漿以管路方式傳遞至總管，再連接到各個(gè)軟管中，之后綜合利用壓漿孔球閥對(duì)壓漿施工進(jìn)行有效控制。

4.5 管節(jié)頂進(jìn)

先將工作坑各項(xiàng)設(shè)備安裝到位，確保各個(gè)位置的設(shè)備都可以正常工作，完成開(kāi)挖及頂進(jìn)操作，然后進(jìn)行管前挖土，檢查地下結(jié)構(gòu)是否穩(wěn)定，保障最終頂進(jìn)的綜合質(zhì)量。挖土的形狀、方向也會(huì)影響頂進(jìn)管位的精確性。因此，管前周?chē)某谛枰Y(jié)合實(shí)際要求，控制具體開(kāi)挖工作細(xì)節(jié)。若為實(shí)密土質(zhì)，應(yīng)在管道前方預(yù)留寬約1.5cm的空隙，科學(xué)控制頂進(jìn)阻力。管端下部135°范圍內(nèi)嚴(yán)禁超挖，確保土壁和管壁彼此互相平衡，預(yù)留厚約1cm的土層。在管前挖土，要控制好深度，一般深度和千斤頂初鎬的長(zhǎng)度相同，若周?chē)临|(zhì)理想化，則可以適當(dāng)超前0.5m，否則應(yīng)按照正常施工規(guī)范完成開(kāi)挖，避免出現(xiàn)土壁開(kāi)挖難度增加，或管位置偏差、坍塌等問(wèn)題。

該案例工程緊緊挨著一條小河，故地下土層含水豐富，土方坍塌的風(fēng)險(xiǎn)較大。相關(guān)工作人員在挖土?xí)r，在頂管的機(jī)頭應(yīng)設(shè)置一個(gè)隔離艙，以便人工挖土出現(xiàn)涌水或者坍塌現(xiàn)象時(shí)可以及時(shí)關(guān)閉艙門(mén)，撤出工作人員。同時(shí)，以人工方式進(jìn)行掘進(jìn)，嚴(yán)禁帶水作業(yè)，要提前降水，在降水滿(mǎn)足設(shè)計(jì)安全要求之后才能繼續(xù)以人工方式掘進(jìn)，進(jìn)行作業(yè)施工。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，市政泵站工程是我國(guó)城市化大發(fā)展背景下的一項(xiàng)必要的建設(shè)工程，而在市政泵站工程中，合理的頂管設(shè)計(jì)顯得至關(guān)重要。尤其是在一些大管徑、深覆土的工程施工中，采取頂管設(shè)計(jì)方式施工可以提高施工的安全性，同時(shí)減少施工對(duì)路面造成的破壞。在實(shí)際施工過(guò)程中，要盡量降低主頂?shù)耐七M(jìn)效率，同時(shí)要優(yōu)化油缸的編組，針對(duì)機(jī)頭展開(kāi)糾正工作。施工中砂層會(huì)受到頂管機(jī)震動(dòng)的影響，砂土可能出現(xiàn)液化現(xiàn)象，導(dǎo)致其自身承載力下降，故應(yīng)拉回處理，再次頂進(jìn)，并掌握好時(shí)間，避免頂進(jìn)干擾到正常位置的土體。頂管施工中，若頂推力較大，需要選擇中繼間接力頂進(jìn)，且分段施工。對(duì)于頂進(jìn)中潛在的管身受損、軸線偏移等問(wèn)題，應(yīng)采取具有針對(duì)性的措施處理。隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)及社會(huì)的不斷發(fā)展，城市化進(jìn)程也在進(jìn)一步推進(jìn)，相應(yīng)的頂管設(shè)計(jì)將不斷完善，在城市各個(gè)區(qū)域有更廣泛的應(yīng)用，促進(jìn)我國(guó)市政工程的不斷發(fā)展，提高市政工程建設(shè)的質(zhì)量及效率。