頂管施工在市政截污工程中的應用探究

葉東曉

（惠州市水電建筑工程有限公司,廣東 惠州 516000）

0 引言

我國市政建設項目種類繁多,施工工期較長其施工條件復雜,因此管道鋪設與安裝也面臨更高的要求,頂管施工在實際應用中也面臨著更大的挑戰。為規范頂管施工作業,加強施工應用效果,提高頂管施工作業在實際工程的應用質量,以惠州市冷水坑河工程為例,探討頂管施工技術存在的問題及解決方案,通過實際工程案例討論頂管施工的作業要點和難點,以期為國內類似地質情況的施工作業提供借鑒和參考。

1 頂管施工技術特點

1.1 頂管技術優點

頂管施工主要依靠頂進設備,將鋪設的管道穿入當中,從而形成排水管網。在施工作業過程中,應通過當地地質情況計算管道與土壤之間的摩擦力,此外,還應注意鋪設管道坑提的坡度,從而使管道能夠到達指定位置。目前,頂管施工作業應用較多,其主要原因為在作業過程中可以減少地面開挖,從而對地面構筑物及車輛運行產生的影響較小。此外,由于采用頂進力施工,頂管技術噪聲污染小,對周圍居民產生的噪聲污染較小。與傳統的管道施工相比,頂管施工能夠通過頂進力減少對地面的破壞,不但能夠保證地面道路及相關構筑物不受破壞,也能夠最大限度地減少對當地環境的破壞,同時,頂管作業破壞小、噪聲小,能夠節約一定的工程建設成本,降低項目預算,實現城市污水截流和經濟成本節約的雙重標準[1]。

1.2 頂管技術類型

（1）穿墻技術

通過穿墻技術,能夠使防水套管與墻體埋管準確對接,減少因密封問題產生的漏水現象,為了確保該技術的準確使用,有必要檢查相關材料的抗震和防水性能,并確保材料在惡劣條件下能保持良好的強度和硬度。在施工過程中,應事先做好事故預防工作,考慮各種危險因素,制定有效的解決辦法,對可能堵塞的管道及時處理。

（2）螺旋鉆孔技術

螺旋鉆孔技術是利用螺旋鉆機的功能,將管道置于指定位置的技術,這樣能夠減少鉆孔對地面及周圍地質的擾動,降低作業對周圍土壤和環境的影響,保持土壤結構穩定,規避施工過程中的不利因素。螺旋鉆井技術對各種口徑的管道普遍適用,大口徑管道應用較多,小口經管道需要較高的技術水平,通過計算分析降低鉆孔角度與規劃路徑的偏差,從而保證管道鋪設順利。

（3）減阻技術

減阻技術是通過技術來減少阻力,注漿減阻能有效緩解土壤結構問題,降低管道與土壤之間的阻力,提高土壤結構的穩定性,在保證管道放置準確的基礎上,對管道及周圍土壤進行雙重保護。在下管之前,需在土層和管道之間灌注減阻流體,降低管道與土壤之間摩擦力,并且能夠減少其間隙,凝固干燥后對管道起到保護支撐作用,以防土壤沉降造成管道破損[2]。

2 頂管施工技術工程應用

2.1 工程概況

惠州市南部3 條河涌（蓮塘布河、河橋水、冷水坑河）水環境綜合整治工程位于惠州市惠城區三棟、河南岸兩個街道（鎮）境內,主要對河道兩岸排放至河內的污水進行截污整治。冷水坑河截污管道布置主要在冷水坑河惠大鐵路至田心村段,本河段長約2.61 km,共鋪設截污管2.82 km,新建截污井4 座。由于河橋水河冷水坑河的污水干管回流后,穿越金山大道、四環南路、沿著四環南路南側接入金山污水處理廠污水主管,鑒于目前已建管線現狀圖及招標圖紙要求,本排水工程冷水坑河四環南路段,采用頂管專用Ⅲ級鋼筋混凝土管,管徑分別為DN800 mm、DN1000 mm、DN1400 mm 及DN1800 mm,共1214 m。其中頂管管材統計見表1。

表1 冷水坑河四環南路段頂管管材統計表

2.2 頂管施工方法及工藝

確定管線施工范圍內及施工需用場地地面所有障礙物,如地下既有管線（根據甲方提供的既有沿線地下管線分布資料以及人工挖探溝探明情況確定）、電線桿、綠化樹木以及附近房屋的準確位置。根據施工現場的地質情況、土層的分布情況,頂管的工作量及施工計劃工期,擬定頂進施工方法及工藝。頂管施工工藝流程見圖1。

圖1 頂管施工工藝流程圖

（1）穿墻頂進

施工過程中頂管的進洞和出洞是主要環節之一,同時也是整個頂管施工成功的主要依據。惠州市南三河水環境整治工程中,采用安裝可拆式止水鋼圈,同時配合止水膠圈,在出洞口將各節管道連接安裝,從而防止產生漏水現象。工作井及接收井護壁外側布置2 排水泥攪拌樁,攪拌樁為D=550 mm,搭接150 mm。

工作井出洞處理：頂管出洞在整個施工作業過程中較為重要,在穿墻時應防止工具頭下沉,因為在穿墻初期,管道進入土壤中的部分較少,工具頭僅由剛入土的土體和導軌支撐,受力較小易下沉。因此在工具頭穿墻施工過程中,要保證其上揚3°～8°的初始角度,此外還應加固穿墻管道下部的支撐,保證管段之間的相互連接,加強管段與工具管的密封效果。值得注意的是,工具管的推進應迅速且一氣呵成,避免穿墻管內的土體滯留較長時間[3]。

穿越攪拌樁止水幕墻：當攪拌樁硬度過大時,應該放緩頂進速度,否則頂管機受阻力較大易產生嚴重扭轉甚至破壞。惠州市南三河水環境整治工程中,只有少許地段攪拌樁硬度過大,因此在此類質地條件下設置頂進速度在20 mm/min 以內。此外,還應加大泥水流量,防治因攪拌樁過硬堵塞泥漿罐。

（2）正常頂進

管道出洞后,通過千斤頂或后座主頂油泵開始正常頂進,使管道按照預設軌跡向前推進。在管節向前推進時,頂管機前置大刀盤切削土體,產生的土壤進入頂管機的儲土倉,通過添加水攪拌成泥漿后,再經排漿管道排出頂管機,具體作用見圖2。在管節一節節推進安裝過程中,頂管機推進前行最終從接收井回收,從而使整個管道鋪設完成。惠州市南三河水環境整治工程中,初始頂進速度為35 mm/min,正常頂進速度為110 mm/min,在頂進過程中遇障礙物頂進速度為5 mm/min。通過控制不同階段的頂進速度,本工程中實際出土量維持在95%左右。

圖2 泥水平衡頂管排泥系統

（3）頂管進出洞技術措施

頂管機殼體與洞口的建筑空隙的止水密封,是保持倉壓力的先決條件,必須在洞口設置密封性能良好的止水裝置。其緊貼頂管機及管節外殼,在泥水壓力作用下能更緊貼殼體,形成良好止水效果。

進出洞采用穿墻止水構造：主要由擋環、盤根、軋蘭組成。軋蘭將盤根壓緊后起止水擋土作用。一般在井內封門外側安裝一道圓形鋼套,其內布置有三道盾尾鋼刷,另外,在鋼套后部安裝兩道鋼環板,以安裝簾布止水橡膠帶。進出洞穿墻止水結構見圖3。

圖3 進出洞穿墻止水結構示意圖

（4）觸變泥漿注漿系統

頂管作業時,將觸變泥漿從壓漿系統從機頭、套管中注入,通過調節配比形成泥漿套,使管節在泥漿套中滑動前行,降低摩擦阻力對管道頂進路徑及管道本身產生的破壞。

圖4 觸變泥漿注漿系統示意圖

惠州市南三河水環境整治工程中,砂石土層較多,可能明顯發現靜態阻力和動態阻力相差懸殊,如果頂進過程中產生中斷,再次繼續作業時,管節和周圍土壤之間產生較大的摩擦阻力,產生“楔緊”現象,需要加大頂力,調節為正常推進頂力的1.5 倍左右,因此在實際施工過程中,一般采取24 h 連續作業,使管道圖周圍土體始終處于動態平衡之中。

2.3 頂進糾偏

在頂進過程中不可避免的產生偏差,工具頭前方的糾偏節就有至關重要的作用,在糾偏節中設有千斤頂,當工具頭由于地質結構等原因產生偏差時,通過測量結果相應調整千斤頂受力方向,從而使工具頭回歸正常軌道,實現管道鋪設的精準控制。在實際施工時,當工具頭出現超過10 mm 的偏差時,應立即通過千斤頂進行糾偏,防止繼續頂進產生的更大誤差。

管頂出穿墻管及在長度30 m～40 m 范圍內的偏差是影響全段偏差的關鍵,特別是出墻洞時,應該綜合運用工具頭自身糾偏和調整千斤頂的作用力合力中心來控制頂管方向。在惠州市南三河水環境整治工程施工過程中,每次糾偏的幅度以5 mm 為一個單元,再頂進1 m 時,如果根據頂管機的測斜儀及激光經緯儀測量偏位趨勢沒有減少,增大糾偏力度（以5 mm 為一個單元）,如果根據頂管機的測斜儀及激光經緯儀測量偏位趨勢穩定或減少時,保持該糾偏力度繼續頂進,當偏位趨勢相反時,則需要將糾偏力度逐漸減少。頂管施工的頂進管道允許偏差見表2。

表2 頂管施工的頂進管道允許偏差 單位：mm

3 結語

綜上所述,頂管施工技術的完善和應用,能夠有效推動市政截污工程的發展,在闡釋頂管技術的優勢及類型后,本文分析了冷水坑河市政截污工程中頂管技術相關因素,對施工作業中的重點和難點一一列舉,不僅提高了本工程的施工效率和準確率,還能夠減低施工產生的環境污染及破壞,從而進一步推動我國綠色城市建設及市政截污發展。