球墨鑄鐵頂管在市政給排水工程中的應用探析

張 娜 （合肥供水集團有限公司，安徽 合肥 230001）

市政給排水工程與居民生活息息相關，關乎城市的發展。因此，施工進度和施工質量至關重要。給排水工程施工涉及復雜的地下施工環境，在施工過程中，施工質量不容易控制。且市政給排水施工需進行市政交通管制，新建管道施工項目要配合道路施工進度，因此外部環境影響管道施工進度，從而不好把控。而頂管施工技術的引入，為給排水工程的施工進度和質量提供了堅實保障。

1 頂管施工技術概述

頂管施工技術又稱為非開挖施工技術，是指利用機械進行助推，將管道頂進土層，實現土層穿越[1]。頂管施工技術在市政給排水工程中應用價值大，相比傳統明挖施工具有明顯優勢。

1.1 加快施工進度

在市政給排水施工中，部分新建管道施工是隨新建道路一起施工，施工進度一般不受城市交通的影響。但另外一些新建或改造工程是在既有道路上施工，需要對道路進行開挖后再施工，施工涉及老城區的拆遷或交通管制，嚴重影響管道工程施工進度。頂管施工技術是一種非開挖施工技術，能有效解決這類難題，不受城市交通和房屋拆遷的影響，避免了道路“拉鏈式”施工。因此，頂管施工技術在市政給排水施工中的應用，保證了施工整體效率，有助于加速推進施工進度。

1.2 對周邊居民影響小

市政給排水工程一般是在人口密集且交通流量大的城市區域，傳統的施工方法采用施工圍擋進行明挖施工，不僅占用道路影響交通，而且噪音大、塵土多，對周邊居民生活造成影響。而通過此技術，有效解決上述問題。頂管主要在地下施工，施工環境相對封閉，對地上道路交通影響小，施工噪音小，占地少，不采取“拉鏈式”施工，減少了塵土飛揚，所以對城市居民的生活影響小，保證了交通流暢。

1.3 適用范圍廣

與傳統施工方法比，頂管施工適用于人口密集的繁華都市、交通流量大的區域、特殊植被保護區域、跨河流區域，適用范圍更廣。在繁華都市，頂管施工可減少施工征地、占地，主要為地下施工，不影響城市交通運行，對城市環境影響小。在特殊植被保護區域或河流區域，因頂管施工占地少，地上空間作業少，可有效減少對植被的破壞，并能穿越地上障礙物如河流，降低施工難度。并且，頂管技術運用于人流量大、人口密集的繁華都市，相關傳統施工方式，可降低對周邊居民的影響，噪音小，不會干擾居民的生活，所以對于城區和偏遠郊區均適用。最后，該技術可用于地表植被覆蓋多的區域，減少施工動土面積，減少植被的損害。

2 工程概況

本文選取項目為新橋大道望江西路至習友路段DN1600給水管頂管工程。DN1600給水管原設計位于非機動車道下，給水管采用一根DN1600的離心球墨鑄鐵頂管，鑄鐵管為XTJ型K9級，管道預留注漿孔，每節長度6m，接口采用T型接口，管壁厚為112.5mm。管道水壓試驗標準以試壓0.8MPa，球墨鑄鐵管防腐應滿足招標文件的技術要求。

新橋大道望江西路至習友路段DN1600給水管采用頂管施工，位于新橋大道西側紅線范圍內。通過調查和物探單位探測，項目位置處于電力管、雨污水管、過水箱涵以及正在施工過程中新橋大道橋（跨引江濟淮）。DN1600給水管原設計位于非機動車道下，給水管線位均需調整位于道路紅線范圍內（井位可以位于紅線外）。

本工程施工難點：管線位于高壓線輻射區域，高壓線最低端與地面垂直距離為10m，因此該項目不適合用大型起吊設備；電線桿與接收井水平距離為5m，接收井放坡坡頂距離電線桿距離為2.5m。

具體參數：施工管徑Ф1600，施工工藝機械頂管，長度為1056m。

3 市政供水管道施工技術要點

3.1 頂管選用

頂管施工技術復雜，涉及多領域的知識，是決定供水管道頂進施工成功與否的關鍵技術。頂管的長度、管徑、材質以及承載力等因素都會對頂管施工過程產生影響。頂管施工一般采用混凝土管、鋼管、球墨鑄鐵管、玻璃鋼夾砂管等[2]，供水工程要求管道能承受一定的壓力，并且對安全性能、耐久性等有較高要求。頂管管材對比表如表1所示。

頂管管材對比表 表1

混凝土管雖然造價低，技術成熟，但是其抗腐蝕性差，耐久性差，現在國家對管道質量和耐久性提出新的要求，混凝土管已不能滿足需求，并且混凝土管為剛性材料，出現管線偏差很難糾偏。

鋼管在供水管道中使用成熟，力學性能優良，但使用年限受限，頂進過程中防腐層容易受破壞，并且考慮該工程實際情況，管線位于高壓線輻射區域，管道更容易發生電化學腐蝕，減少使用壽命。

球墨鑄鐵管力學性能好，管道柔韌性好強度高，具有較強的耐腐蝕性現已成為全球給排水領域的口碑產品[3]。XTJ球墨鑄鐵頂管是在普通T型承插式球墨鑄鐵管的外壁整體包覆一個筒狀結構的鋼筋混凝土保護套，使得管體的外形尺寸與承口的最大外徑一致，同時在管道的插口部位焊接有頂推法蘭[4]。據以往工程-連云港連云區黃窩水庫管道工程反饋，該管道采用球墨鑄鐵管，于1932年使用該管道，現已使用90年，可見球墨鑄鐵管壽命之長。采用球磨鑄鐵管使用壽命長，頂進過程易糾偏，并且能較好地避免高壓線下發生的電化學腐蝕。

玻璃夾砂管質量不好把控，在價格方面都明顯高于鋼管和球墨鑄鐵管，并且耐溫性差，受溫度影響大，并且在接口處質量不易控制。

因此，綜合考慮施工成本和使用壽命等因素，本工程采用球墨鑄鐵管更適宜。

3.2 千斤頂的選用

千斤頂是頂管施工的主要和重要設備,一般采用并列方式排列千斤頂。

本工程頂管施工時，考慮安全系數，最大頂力控制在105kN作用，擬采用采用2臺200t的千斤頂進行頂進施工。根據現場實際情況，DN1600管道頂進長度L為20m，管外壁與土體平均摩擦力f取8kN/㎡，管道外徑Dg取1.7m，平衡控制土壓力P取0.7。頂管頂力計算如下：

經計算，Fp為105kN。因此考慮工程復雜性及不可預見因素，并結合計算結果，本工程DN1600管徑頂管采用2臺200T的液壓千斤頂提供頂推力。

3.3 頂進工作井及接收井

頂管井結構形式與受力大小有關，一般受力大小排序為圓形井>正方形井>矩形井。頂管井一般由工作井和接收井，本工程采用矩形沉井結構即可滿足受力需求，采用人機方式進行施工。沉井施工順序為：墊層（砂墊層、C15混凝土墊層）-鋼筋綁扎-沉井下沉-沉井封底-澆筑地板-基坑回填。

沉井主要材料：主體結構采用C30混凝土；C20混凝土沉井封底；采用Ф14鋼筋。

主要設計及要求：①采用擠壓式頂管施工，擠壓式機頭長2m，頂管管徑為DN1600，管材為頂管專用球墨鑄鐵管；②為滿足后背井穩定要求，最大頂力不超過1050kN；③本工程后座墻采用沉井井身鋼筋混凝土墻，然后在沉井后座處內壁澆筑后背墻C25混凝土，尺寸為2600mm×2500mm，厚度 600mm，內置φ16鋼筋網，間距為150mm，墻體混凝土達到設計強度后，在千斤頂與墻體間設置固定尺寸的墊鐵，一般為2m×2m×30mm；④施工完畢后，沉井內土體回填至設計高度，壓實度不低于0.93。

3.4 觸變泥漿減阻

管道在頂進過程中，管外壁受周圍土體的阻力大，必須在管道外壁壓注觸變泥漿。

頂管進入預留洞后要嚴格控制好施工節奏，保證各個環節有序進行，做好管道測量工作，及時調整橫豎誤差，保證管道的線性。頂進過程中采用頂管工具管壓漿和中繼環補漿的方法，注意壓漿和頂管要有序進行。

3.5 頂進施工

頂進施工需要堅持連續頂進的原則。按照“先挖先頂，隨挖隨頂”的方式進行，防止頂進過程中出現塌方等安全隱患。安裝好各項設備后，應仔細檢查各個部件，明確每個部件均處于良好狀態。在管道進口安裝止水裝置，安裝頂推工具，連接各個系統，確保各個系統有效運轉。

在施工中，應嚴格控制頂進的偏差率，中心偏差和高度偏差不宜過大，一般均小于0.3cm。如果偏差過大應立即停止施工，拔出頂推工具管，重新進洞。頂進過程中采用泥漿為觸變泥漿。

頂進操作工藝流程如圖1。

圖1 頂進操作工藝流程圖

在頂進過程中，前5mm管道的偏差極為重要，是保證整個管道偏差不超過0.3cm的關鍵。如果出現偏差，要及時進行糾偏。該工程頂管工程已施工完畢，機頭已順利取出，全過程最大定力符合設計要求。

管道連接完成后，要進行閉水試驗來檢驗各項工序的質量，明確安裝管道是否滿足標準要求，閉水試驗合格方能確定頂管施工合格。

4 結論

球墨鑄鐵頂管的機械性能接近碳鋼管，并且能承受較大的頂推力，同時其在防腐能力、抗內外壓能力方面性能優異[4]。球墨鑄鐵管作為頂管管材，是給排水施工的新嘗試。其在本工程中取得了較好的效果，接口采用T型柔性接口，密封性能好，為大口徑給排水管道的頂管施工做出了成功示范，為今后頂管施工提供了新的方向，另外球墨鑄鐵管因其耐腐蝕性好，抗內外壓力好，保證了在使用壽命周期中保持良好的狀態。