市政管道頂管穿越市政道路設(shè)計要點分析

李美玲 黃小邕

[ 作者簡介 ]

李美玲，女，河南湯陰人，中國市政工程中南設(shè)計研究總院有限公司，工程師，碩士，研究方向：市政結(jié)構(gòu)工程。

黃小邕，男，廣東中山人，中國市政工程中南設(shè)計研究總院有限公司，工程師，碩士，研究方向：市政結(jié)構(gòu)。

[ 摘要 ]

燃?xì)夤芫W(wǎng)作為現(xiàn)代化城市的重要基礎(chǔ)設(shè)施之一，在安裝的過程中需進行大量埋地敷設(shè)，不可避免地需要開挖已成型路面。但因地下已建各類管線的復(fù)雜性、地質(zhì)情況的特殊性以及施工現(xiàn)場情況的多變性，很難采用傳統(tǒng)的明開挖方式進行施工建設(shè)。為解決這一難題，在燃?xì)夤艿澜?jīng)過交通繁忙、人口密集、地下管線復(fù)雜的道路時，常采用頂管穿越技術(shù)進行施工。其主要特點是可以不拆除地面障礙物，不中斷地面交通，同時可在一定程度上縮短工程周期，節(jié)約工程成本。

[ 關(guān)鍵詞 ]

燃?xì)夤艿?頂管穿越;市政道路

1 頂管穿越技術(shù)

頂管穿越（以下簡稱“頂管”）施工就是在工作井內(nèi)借助頂進設(shè)備產(chǎn)生的頂力，克服管道與周圍土壤的摩擦力，將套管按設(shè)計坡度頂入土中，以實現(xiàn)非開挖敷設(shè)地下管道的施工方法。頂進時將套管分管節(jié)從工作井推進到接收井，套管內(nèi)土壤隨頂隨挖，在支撐好滑塊支架后，將燃?xì)夤艿拦潭ㄓ谔坠軆?nèi)，完成管道的穿越。

為避免頂管頂進中豎井坍塌、穿越段路面沉降或隆起等狀況的發(fā)生，頂進方式的選擇必須科學(xué)合理。頂管施工前應(yīng)掌握詳細(xì)的地勘資料和水文資料，應(yīng)進行地質(zhì)勘察和現(xiàn)場放線，厘清燃?xì)夤艿朗┕し秶鷥?nèi)及施工處地下及地上所有障礙物，調(diào)查施工對生態(tài)環(huán)境和生活環(huán)境的影響，積極采取相應(yīng)防范措施。在進行施工組織設(shè)計時，應(yīng)充分考慮管道所處土層性質(zhì)、地下水位、附近地上與地下建筑物，并充分考慮各種設(shè)備的布置、操作空間、工期長短和挖掘泥土的運輸方式等各種因素的影響。另外，燃?xì)夤艿理敼艽┰降缆返姆笤O(shè)期限、程序以及施工組織方案應(yīng)征得相關(guān)部門同意。

頂管法適用管徑為300～4000 mm，施工速度約50 m/d，施工方向控制精度可達(dá)500 mm。頂管施工系統(tǒng)主要包含工作井、接收井、主頂設(shè)備、頂管機、基坑導(dǎo)軌、頂鐵、后背墻、起重設(shè)備、注漿潤滑設(shè)備、泥水分離設(shè)備、出土設(shè)備及通風(fēng)照明輔助設(shè)備等。

2 頂管理論計算

2.1 工作井與接收井參數(shù)計算

燃?xì)夤艿理敼苁┕がF(xiàn)場必須要有足夠位置布置工作井和接收井。在頂管施工中，雖然不需要全線開挖地面，但需在頂進管道的兩端分別開挖工作井和接收井。工作井是頂管機和首節(jié)管材頂進的地方，井內(nèi)放置所有頂進設(shè)備，同時井內(nèi)設(shè)有后背墻，承受主頂油缸的反作用力。后背墻的最低強度應(yīng)保證在設(shè)計頂進力的作用下不被破壞。接收井是接收頂管機的地方，是頂管頂進的端點。

工作井和接收井的形狀通常選用矩形。其長度、寬度和深度尺寸的大小主要取決于頂進管道的口徑、單節(jié)管道長度、管道覆土厚度、頂管施工方法等，并受地下水位、土壤性質(zhì)等條件影響。

2.1.1 工作井主要參數(shù)

L1≥l1 + l3 + k? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （1）

且? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? L1≥l2? + l3? ?+ l4 + k? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （2）

H1≥H3 + D1 + h? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（3）

當(dāng)? ? ? ? ? ? ? ? ? ?H1≥5 m時，B1 = D1 +（2.0～2.4）? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （4）

當(dāng)? ? ? H1≥5 m時，B1 = 3D1 +（2.0～2.4）? ? （5）

式中：L1 ——工作井最小凈長，m;

H1 ——工作井底板面最小深度，m;

B1 ——工作井內(nèi)徑最小寬度，m;

l1 ——頂管機下井時最小長度，m;

l2 ——下井管節(jié)長度，m;

l3 ——千斤頂長度，m;

l4 ——留在井內(nèi)的管道最小長度，m;

k ——后座和頂鐵的厚度，m;

H3 ——管頂覆土層厚度，m;

D1 ——燃?xì)夤艿劳鈴剑琺;

h ——管底操作空間，m。

2.1.2 接收井工作參數(shù)

接收井最小凈長L2需滿足設(shè)備拆除吊出。

接收井最小深度H2參照工作井深度。

B2 = D2 + 2? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（6）

式中：B2 ——接收井內(nèi)徑最小寬度，m;

D2 ——頂管機外徑，m。

為保證施工作業(yè)的安全性，防止坍塌發(fā)生，工作井與接收井上部需進行放坡處理。工作井底部一般用不小于200 mm的現(xiàn)澆混凝土板加固，井內(nèi)承受頂力的后背墻處加20 mm厚鋼墊板，工作井及接收井的長度、寬度和深度都應(yīng)經(jīng)過計算確定。

燃?xì)夤艿理敼艽┰綍r宜與道路正交通過，若需要斜交，交角不宜小于60°。穿越點宜選在道路的路堤段和管道的直線段，穿越需避開高填方區(qū)、路塹、路兩側(cè)為同坡向的陡坡地段，穿越處應(yīng)設(shè)置標(biāo)志樁。一般情況下，頂管處的覆土厚度不小于3 m，或者不小于1.5倍的管道外徑，否則應(yīng)采取相應(yīng)技術(shù)措施。

2.2 頂力計算

對于整個頂管施工而言，頂力計算至關(guān)重要，計算的準(zhǔn)確性直接影響最終設(shè)計方案的合理性。頂力可根據(jù)式（7）計算：

Fp =? Dg 2 p + D0 L f? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（7）

式中：Fp ——總頂力，kN;

Dg ——頂管機外徑，mm;

p ——土壓力，kN/m2;

D0 ——管道外徑，mm;

L ——頂距，m;

f ——管道外壁與土的單位接觸面積的平均摩阻力，kN/m2。

根據(jù)頂力計算所得數(shù)值選用合適的推力油缸。

在頂進過程中，通過后背墻將頂力傳給墻后的土體，后背墻的土體對頂進產(chǎn)生反作用力，所以要求后背墻要有足夠的強度，壓縮回彈量盡可能地低，充分分擔(dān)頂進過程中產(chǎn)生的后坐力。在最大頂力條件下保證后背土體不被破壞;為確保頂進過程中后背墻的穩(wěn)定性和安全性，需對后背墻土抗力進行核算，其值不應(yīng)低于總頂力的1.2倍，這樣才能滿足安全施工條件。

在整個施工過程中，應(yīng)嚴(yán)格按照施工規(guī)范和工序流程進行，精心組織施工，嚴(yán)禁出現(xiàn)偷工減料的情況。為防止基坑變形、道路塌陷或隆起等狀況出現(xiàn)，頂進過程中需做好土壓力控制、泥漿置換和監(jiān)測工作，同時通過施工技術(shù)手段，做到勤測量、勤糾偏，確保頂進質(zhì)量和對周邊地貌的保護。

3 燃?xì)夤艿酪?/p>

3.1 質(zhì)量要求

燃?xì)夤艿啦捎庙敼芊ù┰降缆窌r常采用鋼制管道。鋼制燃?xì)夤艿涝谕庥^檢驗合格后，還須進行超聲波探傷檢驗和射線照相探傷檢驗。管道焊縫應(yīng)進行100 %的外觀檢驗，焊縫應(yīng)達(dá)到GB50683—2011《現(xiàn)場設(shè)備、工業(yè)管道焊接工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》要求的Ⅱ級質(zhì)量要求。超聲波探傷檢驗不得低于現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)NB/T 47013.3—2015《承壓設(shè)備無損檢測第3部分：超聲檢測》中的Ⅰ級質(zhì)量要求。射線照相探傷檢驗不得低于現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)NB/T47013.2—2015《承壓設(shè)備無損檢測第2部分：射線檢測》中的Ⅱ級質(zhì)量要求。

3.2 燃?xì)夤艿婪栏?/p>

穿越管段應(yīng)采用與相鄰埋地管段相同的防腐涂層進行有效防腐，并應(yīng)比相鄰管段提高一個涂層防腐等級，故通常管道外防腐等級為3PE特加強級。鋼制燃?xì)夤艿理敼軙r在工作井內(nèi)應(yīng)設(shè)置陰極保護，一般根據(jù)管道管徑、陽極棒規(guī)格及土壤電阻率確定犧牲陽極的數(shù)量和間距，并且穿越前必須對管道防腐層進行100 %的外觀檢驗和100 %的電火花檢漏，另外還需對防腐層完整性進行全線檢查，不合格必須返工處理，直至檢驗合格。

3.3 功能性試驗

中壓埋地燃?xì)夤艿涝O(shè)計壓力要小于等于0.4 MPa，吹掃壓力不得大于管道的設(shè)計壓力，且不應(yīng)大于

0.3 MPa，吹掃介質(zhì)宜采用壓縮空氣，吹掃氣體流速不宜小于20 m/s。強度試驗介質(zhì)宜采用壓縮空氣，頂管穿越管段的強度試驗壓力應(yīng)為該處設(shè)計壓力的1.5倍，試壓穩(wěn)壓時間不應(yīng)少于4 h，嚴(yán)密性試驗壓力應(yīng)為該處設(shè)計壓力的1.15倍，且不得小于0.1 MPa，穩(wěn)壓持續(xù)時間不應(yīng)少于24 h。試壓時的環(huán)向應(yīng)力不宜大于鋼管屈服強度的

90 %，有特殊要求的管段，可適當(dāng)提高強度試驗壓力。

3.4 套管設(shè)置要求

頂管施工時套管一般選用鋼筋混凝土管，并需滿足GB/T 11836-2009《混凝土和鋼筋混凝土排水管》要求，套管公稱內(nèi)徑一般為800～1000 mm，常采用承插連接。套管兩端應(yīng)比所穿道路路基坡腳邊緣長出2 m，一般采用管卡和管托或滑塊支架將燃?xì)夤艿拦潭ㄓ谔坠軆?nèi)，滑塊支架按照每3 m一個均勻分布于混凝土套管內(nèi)，套管兩端采用木質(zhì)擋板和瀝青油麻封堵，外用防滲水泥砂漿封口，封口前需將套管內(nèi)積水排凈。

3.5 檢漏管設(shè)置要求

頂管段應(yīng)設(shè)置檢漏管。檢漏管一般設(shè)置在頂進端，從套管一端向下風(fēng)向引出。檢漏口常采用焊接鋼管，設(shè)置于地面標(biāo)高相對較高處?？梢酝ㄟ^檢漏孔，利用檢漏儀測試燃?xì)庑孤┣闆r，以此判斷管道是否有腐蝕泄漏;也可采用管道內(nèi)窺鏡進行外觀檢查，將檢漏管插入內(nèi)窺鏡對其內(nèi)部情況進行檢測，觀察套管內(nèi)是否有水等引發(fā)腐蝕的介質(zhì)存在，檢查混凝土是否產(chǎn)生結(jié)構(gòu)性裂縫，是否存在局部露筋現(xiàn)象，觀察混凝土絕緣支墩是否移位，發(fā)現(xiàn)問題要及時處理，以提前消除安全隱患。

4 安全管理措施

燃?xì)夤艿赖谌绞┕て茐牡闹饕颍皇侨細(xì)饨?jīng)營企業(yè)安全管理不完善，二是第三方施工企業(yè)對燃?xì)夤艿辣Ｗo意識不強。

4.1 建立完善的規(guī)章制度

完善的QSHE管理體系和企業(yè)規(guī)章制度是一個企業(yè)進行勞動管理和生產(chǎn)管理的準(zhǔn)則。要制定適合于本企業(yè)安全生產(chǎn)管理的QSHE管理體系和企業(yè)規(guī)章制度，要結(jié)合《燃?xì)夤艿涝O(shè)施保護法》，專門制定燃?xì)饴竦毓艿赖谌绞┕す芾磙k法，明確規(guī)定各級管理人員（部門）的崗位職責(zé)、管道巡線路線、上報流程、交叉施工安全交底、施工綠卡辦理、現(xiàn)場監(jiān)護內(nèi)容、針對野蠻施工的應(yīng)急處置以及考核，規(guī)范第三方施工監(jiān)護工程流程，為防止燃?xì)夤艿赖谌绞┕て茐奶峁┮粋€可靠依據(jù)。

4.2 加強燃?xì)夤艿阑A(chǔ)數(shù)據(jù)管理

埋地管道基礎(chǔ)數(shù)據(jù)錯誤是導(dǎo)致發(fā)生第三方施工破壞事件的原因之一。2013年，昆山市發(fā)生一起埋地燃?xì)夤艿赖谌绞┕て茐氖录褪且蛉細(xì)饨?jīng)營企業(yè)提供的管道埋深數(shù)據(jù)有誤，第三方施工頂進作業(yè)破壞了燃?xì)夤艿蓝l(fā)生燃?xì)庑孤┦录?/p>

燃?xì)饨?jīng)營企業(yè)不僅要頒布燃?xì)夤艿拦芾磙k法，還要指定專人負(fù)責(zé)建立并完善管道走向、埋深標(biāo)識牌、陰極保護測試樁等統(tǒng)計臺賬;每年要定期使用燃?xì)夤艿捞焦軆x對管道管位、埋深進行復(fù)查檢測，更新數(shù)據(jù);委托地區(qū)特種設(shè)備檢測研究院檢測管道數(shù)據(jù)，補充補全數(shù)據(jù)臺賬;及時更換管道走向標(biāo)識、埋深標(biāo)識牌等，確保管道基礎(chǔ)數(shù)據(jù)正確。加強管道基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理是燃?xì)饨?jīng)營企業(yè)防止第三方野蠻施工破壞的手段之一。

4.3 提高巡線工作人員責(zé)任心和業(yè)務(wù)能力

燃?xì)饨?jīng)營企業(yè)的巡線工作內(nèi)容單調(diào)、枯燥乏味、日巡線公里數(shù)大、無節(jié)假日休假，因此巡線員工容易麻痹大意、思想滑坡，進而出現(xiàn)巡線質(zhì)量下降和漏巡等情況。但巡線工作是企業(yè)能否及時發(fā)現(xiàn)第三方施工的“觸手”，是與第三方施工企業(yè)進行交涉的“代表”，是制止野蠻施工的“執(zhí)行者”，是第三方交叉施工現(xiàn)場安全施工的“保衛(wèi)人員”。燃?xì)饨?jīng)營企業(yè)巡線工作是保障燃?xì)夤艿腊踩\行的重要防線。

燃?xì)饨?jīng)營企業(yè)要重視巡線人員的責(zé)任心和業(yè)務(wù)能力培養(yǎng)，每年應(yīng)定期開展管道巡線工崗位業(yè)務(wù)技能知識培訓(xùn)，使他們熟悉管道及設(shè)備設(shè)施情況，掌握第三方施工監(jiān)護管理工作流程，做到心中有管道公里數(shù)、腦中有巡線圖，并能牢記巡線困難點，做到有目的地巡線，并及時發(fā)現(xiàn)問題;每年要組織開展員工崗位練兵、崗位技術(shù)比武等活動，形成崗位員工之間、班組之間比拼的良好氛圍，從而分批次、分段式提高巡線員工、巡線班組整體業(yè)務(wù)能力。

定期開展第三方施工安全經(jīng)驗分享，讓他們知道在遇到拒不配合或者強行野蠻施工的施工單位時應(yīng)該如何現(xiàn)場制止和求助政府職能部門。

4.4 實施第三方施工作業(yè)分級監(jiān)控

我國各大城市經(jīng)濟快速發(fā)展，城市容貌日益美化，交通越來越便利，相應(yīng)的工程建設(shè)施工種類也逐年增多，威脅到埋地燃?xì)夤艿腊踩\行的因素種類也越來越多。主要風(fēng)險因素可歸納為兩種：一是施工種類，包括打樁、穿越、頂管、勘探、綠化維護、光纜鋪設(shè)等;二是施工點與燃?xì)夤艿赖木嚯x。不同的風(fēng)險因素導(dǎo)致燃?xì)夤艿榔茐倪M而造成燃?xì)馐鹿实膰?yán)重程度也不盡相同。因此，建議各燃?xì)饨?jīng)營企業(yè)根據(jù)施工種類和施工點距燃?xì)夤艿赖木嚯x對第三方施工實施分級監(jiān)控，對風(fēng)險較大、施工周期較長的進行重點監(jiān)控，控制不利因素。

4.5 加強燃?xì)獍踩幕麄?/p>

2020年5月，應(yīng)急管理部印發(fā)《推進安全宣傳“五進”工作方案》，提出安全文化宣傳要進企業(yè)、進農(nóng)村、進社區(qū)、進學(xué)校、進家庭，這給所有企業(yè)的安全宣傳工作指明了方向。燃?xì)饨?jīng)營企業(yè)的燃?xì)夤艿来嬖凇熬€長、面廣”的情況，單單依靠企業(yè)內(nèi)部員工發(fā)現(xiàn)、制止第三方施工破壞工作，明顯“心有余而力不足”。因此，燃?xì)饨?jīng)營企業(yè)應(yīng)以《推進安全宣傳“五進”工作方案》為契機，加強燃?xì)獍踩幕麄?，動員人民群眾積極參與到燃?xì)夤艿辣Ｗo工作中，發(fā)揮人民群眾的力量，彌補企業(yè)自身的短板。

在燃?xì)夤艿栏浇霓r(nóng)村和郊區(qū)，可以通過自薦、村委推薦的方式，挑選一些離退休人員或者有威望的退休村干部，組成企業(yè)編制外的“燃?xì)夤艿绤f(xié)管員”隊伍，作為企業(yè)巡線人員的補充。定期對“燃?xì)夤艿绤f(xié)管員”進行燃?xì)夤艿腊踩\行相關(guān)知識的培訓(xùn)，通過他們的人脈關(guān)系，引導(dǎo)、帶動周邊群眾發(fā)現(xiàn)并舉報或制止可能破壞燃?xì)夤艿赖慕ㄔO(shè)施工、村民違建違搭等。對于“燃?xì)夤艿绤f(xié)管員”，應(yīng)定期給予一定的勞動報酬。對于發(fā)現(xiàn)并舉報或制止的群眾，應(yīng)給予一次性的物質(zhì)獎勵或者經(jīng)濟獎勵，努力形成“蝴蝶效應(yīng)”，形成群眾自發(fā)性宣傳的良好氛圍，帶動越來越多的群眾參與，使人民群眾成為燃?xì)夤艿腊踩\行的“護航者”。

5 結(jié)語

在城鎮(zhèn)燃?xì)夤艿婪笤O(shè)過程中，采用頂管施工技術(shù)可以提高施工質(zhì)量，節(jié)省工程投資，減少對周邊環(huán)境的影響，而且通過精心設(shè)計、優(yōu)化施工工序、合理安排工期、科學(xué)高效管理，還可以為燃?xì)夤芫€的順利貫通提供可靠保障。

參考文獻

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