市政給排水施工中長距離頂管施工技術的研究與應用

梁薇

（亳州市公用事業管理服務中心,安徽 亳州 236800）

現代化城市在發展、建設與規劃中不斷完善,與此同時,居住在城市中的社會群體的生活質量也在這一過程中呈現了顯著提升趨勢[1]。尤其是市政工程中的給排水建設,更是對城市整體經濟的發展起到了推動作用。在新時期背景下,我國開始執行并逐步落實市政給排水工程可持續發展建設工作,但在逐步實施中發現,市政單位在開展此類工程項目的施工時,明顯還存在一些不足,為了解決此種問題,提高給排水工程的綜合效率[2],本文將引進頂管施工技術,對中長距離的給排水工程施工方法展開設計研究。

1 長距離頂管施工技術應用優勢

綜合城市發展現狀與市政工程實施現狀而言,在城市地面上進行直接開挖施工是不現實的,按照傳統的施工方法進行地上施工,不僅會對城市道路交通造成擁堵問題,還會影響城市的形象[3]。而現有的給排水施工技術大多都無法滿足地下施工作業要求,在此種情況下,市政工作人員需要加大對新技術的引進。基于此,施工方提出了針對市政工程項目的頂管施工技術,此項技術的應用,不僅為給排水工程的順利實施帶來了希望,也指示了相關工程的優化發展方向。

在施工過程中,長距離頂管施工技術的一項重要優勢是滿足施工的非開挖作業需求。相比傳統的開挖施工技術,此項技術在經濟層面、安全性層面、適用性層面,都存在顯著的優勢[4]。而在此過程中提出的非開挖施工,便是指在工程施工作業時,地下管線埋設、地下電纜更換、檢修等工作內容,在不開挖或微開挖的條件下完成施工。

總之,此項技術是一項操作十分便捷的施工技術,甚至在施工中可以對障礙物進行主動躲避,以此種方式可以避免施工行為對工程所在區域的交通造成影響。

2 市政給排水施工中長距離頂管施工技術

2.1 市政給排水施工中長距離頂管施工工藝流程

針對市政給排水施工項目,在引入長距離頂管施工技術后,首先確定其具體的工藝流程。基于以往頂管施工的實踐經驗,針對長距離頂管工藝進行精細梳理和優化,并形成更加科學、合理的施工工藝流程[5]。在確定工藝流程時,將各個工藝內容的緊湊性提升、頂管質量控制以及頂進過程糾正強化作為目標。在具體開展施工前,需要明確不同工藝流程,并采用科學選擇施工設備,同時為了確保整體施工的順利進行,還需要綜合考慮施工區域內地理環境的基礎上,對上述工藝流程進行適當調整,并同步完成測量、導軌鋪設等輔助工作。除此之外,提高對注漿環節的重視程度,在確保注漿材料選擇合理的前提條件下,開展注漿作業,并根據前期監測得到的相關數據,對施工中土壓力、泥漿注漿量等參數進行調整。

2.2 頂管施工工程注漿減摩與注漿控制

在確定施工工藝的具體流程后,為了確保市政給排水施工質量的進一步提升,還需要實現對頂管施工工程注漿減摩和注漿控制。在注漿前完成泥漿正循環清孔處理,圖1 為正循環二次清孔原理示意圖。

圖1 正循環二次清孔原理示意圖

在開展注漿工作時,在具體施工中只需要一臺設備,但需要嚴格按照施工設計方案給出的注漿材料混合比例完成對泥漿的制備[6]。同時,完成制備后的泥漿也需要再進行試驗,且保證試驗合格后,才能夠實際應用到頂管施工當中。通常情況下,注漿時泥漿的配比應為膨潤土：水=1:10,若注漿是在礫石層上進行,則其混合比應為膨潤土：水=1:8,觸變泥漿的比重應當控制在1.04g/cm3～1.06g/cm3范圍內。在對泥漿制備時,為了降低注漿摩擦,對泥漿制造的工藝進行優化。

首先,選擇用于泥漿制備的攪拌缸,向攪拌缸當中添加所需物料,若鈉基膨潤土的質量為Akg,則水的質量應為10·Akg。

其次,對攪拌缸當中的物料進行攪拌,攪拌時間需要控制在5min 以上[7]。

再次,針對混合后的物質濃度進行測定,在確保其濃度在1.04g/cm3～1.06g/cm3范圍內后,認為完成對泥漿材料的制備。

最后,在泥漿使用前,還需要再次進行攪拌,再將其應用到長距離頂管施工當中,完成注漿施工。圖2 為長距離頂管施工工程注漿孔布設示意圖。

圖2 長距離頂管施工工程注漿孔布設示意圖

在注漿施工過程中,注漿體系包含灌漿設備、管道、閥門等,為了確保其相互之間的配合并順利完成注漿任務,需要對其進行合理控制。

首先,針對注漿管的安裝位置以及間距等參數進行控制。在每個施工段設置三個灌漿孔,每個角度各設置500 個[8]。將兩個斷面之間的間隔設定為7.0m。

其次,對注漿的時間和壓力控制。在實際施工中,需要確保每個注漿孔的灌漿時間不超過3min,并且確保泥漿的連續性和灌漿的壓力。為了減少注漿時的脈沖,可選擇用三活塞式變量灌漿泵替代以往長距離頂管施工中使用的雙活塞定量泥漿泵,以此確保泥漿的連續供應。

2.3 施工中的土壓平衡控制

在進行長距離頂管施工過程中,結合施工現場的實際地層特點以及以往頂管施工經驗,對土壓平衡進行控制,并對施工中的關鍵參數進行細化。在實際施工中,需要結合土的性質,在必要情況下需要對土壓力進行實時監測,若土壓力超出規定的標準范圍,則需要采取合理的措施對其進行調整。

具體而言,在實現對土壓力平衡控制時,只需要考慮到頂管機施加的壓力,明確土壓的控制與頂進速度之間的關系。若在施工中輸送機排出去的土壤量為恒定不變,則此時說明頂進的速度與土壓力成正比例關系,為了確保對輸送機的土壓力控制具有持續性,需要將頂進速度控制在合理范圍內。若是概念股中推進的速度保持不變,則此時土壓力與輸送機排除的土量將成反比例關系,并且控制的特征變化相對平緩。在初始頂進的過程中,還需要對其進行重復測試。正常情況下,能夠達到土壤質量的85%～100%時,則會被認為是正常現象。為了在施工過程中進一步測定土壤的排放量是否達到標準,還可以結合地面沉降確定是否有必要增加或減少土壤排放量。圖3 為長距離頂管施工中土體沉降橫斷面方向分布示意圖。

圖3 長距離頂管施工中土體沉降橫斷面方向分布示意圖

根據市政給排水施工的設計要求,土體的沉降應當在-5mm～+5mm 范圍內。同時,當地面出現隆起時,則應當適當增加土壤量；當地面上出現沉降時,則應當適當減少土壤量。

3 工程應用分析

為證明設計的施工技術應用方法具有一定可行性,下述將以某地區污水管網工程為例,按照本文設計的施工方法,對此工程項目進行施工。

本文所選的工程項目位于該地區濱海道路三標段,在市區中心道路的西側,屬于污水管網工程的核心部位。根據施工方所述內容,施工段的工程樁號范圍為：3H+480～7H+475,施工段全長約為4200m,主要施工管徑包括D-800（156m）、D-1000（2388m）、D-1500（1123m）,施工段中共包括28 座沉井,其中14 座沉井為工作井,另外14 座沉井為接收井,井內全部為混凝土鋼筋結構支撐。通過對工程施工區域基本概況的描述,設計此次施工頂進區間范圍,具體內容見表1。

表1 施工頂進區間范圍

根據長距離頂管施工劃分標準,明確此工程中WJ02-WJ03、WJ03-WJ04、WJ04-WJ05 屬于中長距離頂管施工作業范圍,通過對地質層的描述可知,此施工段中的地層變化較為復雜。

為了滿足工程施工基本需求,應在施工作業前,對施工機械進行選型,優選滿足或符合此次工程施工需求的機械設備,所選機械見表2。

表2 長距離頂管施工機械準備

在施工前,需要進行機械設備的校準與核查,確保機械設備可以在使用中發揮預期效能后,按照本文設計的方法,進行此工程項目的施工。

在頂管施工前,沿著工程施工的頂進方向布置若干個測點,在施工時,實時使用壓力測量裝置與高程測距儀器,對測點進行測量,將土地高程形變量（頂起高度）作為評價頂管施工技術可行性的指標。將測點土體的變形繪制成折線圖,見圖4。

從圖4 所示的實驗結果中可以看出,所有測點土體的變形均滿足±5.0mm 范圍要求。因此,可以認為本文設計的施工方法在實際應用中具有較好的施工效果,可以滿足或實現不封道施工要求,且施工過程不會對周邊居民環境造成影響。

圖4 頂管施工過程中測點土體變形

4 結論

為了提高城市排水能力,幾乎所有城市都開展了市政給排水工程建設工作,在執行此項工作的同時,處理城市污水,完善市政排水管道工程。為了全面落實此項工作,本文引進頂管施工技術,對中長距離的給排水工程施工方法展開設計研究。將此項技術在真實的工程項目中進行應用,證明了此項技術的應用具有可行性,可以滿足不封道施工要求,從而發揮頂管施工技術更高的應用價值。