市政給排水施工中長距離頂管技術工藝解析

董剛 齊國賓

（山東宇通路橋集團有限公司，山東 廣饒 257300）

市政給排水工程施工對于長距離頂管技術的應用要求非常高，在項目開展環節如何才能夠將該技術的作用發揮出來達到市政給排水工程的施工需求是相關技術人員需要關注的一項問題。所以在該技術應用階段要了解市政給排水施工的施工需求，做好長距離頂管方案的構建，并且對涉及的要點進行控制這樣才能夠提高技術的應用效果。

1 管體的結構設計

市政給排水工程在實施環節，應用長距離頂管施工技術展開施工，為了能夠全面提升防滲、防漏等效果，需要采取如下措施：第一，鋼筒外部或者內部需要焊接制作鋼筋籠的結構；第二，混凝土澆筑施工，將鋼筒直接制作成為管體的形式；第三，應用承插式柔性接口將管道進行連接，并且在連接的部位應用橡膠圈進行密封處理。其中，管體、鋼筒等和鋼筋骨架是主要的組成結構部分，必須按照要求進行結構設計。①鋼筒選用的是厚度為1.5mm的冷軋鋼板結構，將其制作為鋼筒，在兩側需要設計為插口環與承口環的結構形式。鋼筒連接的位置上，通過設計為雙膠圈的墊層結構形式，以達到結構密封性的要求，從而可以避免水體進入到結構內部而影響結構的性能；②制作鋼筋骨架網。在銅管的外側與內側的結構上，焊接制作鋼筋骨架網的結構，以確保連接的性能符合要求。同時，還要避免后續出現混凝土塊掉落的情況，焊接鋼筒內部鋼筋骨架網時，選擇使用單層鋼筋骨架網的形式。在外部鋼筋骨架網的焊接環節，一般都會選擇應用雙層結構形式，以確保鋼筒和混凝土聯合之后的承載性能符合工程的要求，能夠承受外部的壓力作用，保證結構的完整性；③管體。在內外混凝土結構澆筑施工結束后，有效的防止發生鋼筋籠以及銹蝕問題的，從而可以延長管道壽命。

2 長距離頂管施工技術要點分析

市政給排水工程的實施中，長距離頂管施工技術的應用會給周邊地層結構造成擾動和影響，從而發生沉降的問題，設計最科學合理的方案，避免給環境產生過大的影響，從而保證沉降處于合理的范圍內，尤其是城市中心區域，保護環境尤為重要。

2.1 頂管施工前期準備

在現場施工中，平面布置是關鍵的工作，包含現場自動控制室、拌漿棚、料具間、注水系統、管片堆場等方面的設置。此外，還要針對于頂管進出洞位置以及后側的土體進行加固處理，以確保洞口位置上進行高壓旋噴加固施工處理，確定頂管機出洞達到安全性要求。此外，還要準備好施工材料與機具，達到施工的要求。

2.2 泥漿的制備及注漿工藝分析

1）觸變泥漿。頂管施工階段，為了避免出現土層阻力過大的情況，一般都會通過主筋的方法減小摩擦力，所以要制備泥漿材料。泥漿制作中，主要使用的材料是膨潤土、堿、水等，根據技術標準要求進行攪拌處理，在泥漿池裂靜置10h，在達到粘稠度之后才能進行注漿施工。這樣可以防止發生泥漿失水的問題，也沒有沉淀固結的情況，保證流動性、粘稠性符合要求，從而可以降低頂進阻力，提高施工效率。

2）做好注漿壓力的控制，保證不能小于管體部水頭壓力與靜止土壓力。在頂進作業階段，要做好地面變形、地下水位等控制，結合具體情況控制注漿量與注漿施工壓力。泥漿出口的位置要設置單向閥，防止發生灰漿的問題，確保停泵之后不會發生變形的問題。此外，還要考慮到具體的情況，在現場設置中繼壓漿泵，保證注漿壓力符合要求。

3）在曲線段在外側上，因為法向分力的存在，會導致摩阻力與土體擾動的增加。因此，在掘進機在曲線段位置上，應該及時應該增加曲線段位置上的注漿量，差異形成整體的泥漿套。頂管貫通之后，要做好該位置上的調整和轉變，不會發生沉降的問題。

2.3 標高及頂進軸線的控制

長距離頂管施工中，如果頂力超出了規定范圍，工作井容易發生偏移的問題，并且會造成頂進軸線出現變化。因此，靜態定位工作結束后，還要開展動態測量，以達到軸線的精度要求。頂管作業環節，水準測量的工作尤為關鍵，主要是在規定的工作井內設置以水準點高程點，并且利用測量站點儀器以及工具管頭尾部高差，然后利用工具頭糾正高程偏差。在頂進施工的最后30～50m時，應該需要做好復核檢測，達到施工方案的標準和要求。

2.4 頂進與穿墻施工

頂進施工作業環節，需要根據設計的路線開展施工。穿墻板開啟之后，把工具直接推出井口，并且裝載穿墻止水的設備。為了確保穿墻周邊的土層結構厚度達到要求，需要選擇使用合適的水泥漿填充穿墻管外側，在開啟后應該及時頂進施工。在該環節中，如果排水管頂進的過程中發生偏離的問題，應該使用削土刀盤、千斤頂等糾偏處理，確保施工質量合格。通常來說，每頂進一節排水管道時，要做好測量工作，尤其是出洞的環節，要做好測量次數的控制，保證不會發生偏離的問題。

2.5 頂進障礙物的處理

頂管施工作業環節，容易觸碰到地下障礙物，這時采取處理措施也非常的重要。比較普遍的障礙物是石塊、樹木。因為障礙物的處理難度較高，方法也比較復雜，所以工作人員應該結合現場情況選擇最佳的處理措施，消除障礙物的影響，確保現場施工順利的進行。

2.6 管節止轉技術措施

頂管施工階段，螺旋機和刀片同時作用，機頭出現旋轉的情況，這樣會給頂進施工產生影響，此時需要及時糾正處理。比如機頭前部的方筒水平兩側需要布置翼板結構，防止發生旋轉的情況。此外，還要通過加壓重塊的方法控制旋轉，比如在機頭兩側使用鐵支架安裝，只要是發生輕微偏差，需要立即移動到另外一側。

2.7 進出洞技術

為了確保現場管道可以順利出洞，一般來說，洞口直徑應該稍微大于管道外徑，但是還會發生漏水的問題。為了不會發生洞口漏水的問題，一般來說都會使用封閉洞口間隙的方式處理。密封井洞口的止水裝置設置過程中，需要應用橡膠止水法蘭。通過該方式密封時，應該先進行注漿孔的預埋施工，能夠直接壓住濕潤的土泥漿材料。洞外施工中，主要應用SMW密封與加固土體的方式，選擇加密注漿也可以滿足要求。支護結構的外部，需要布置鋼圈的結構，以保證出洞順利的進行。內襯預留洞內，通過使用雙道橡膠止水法蘭止水處理，提高止水效果。頂管時，應該將洞口觸變泥漿壓住，從而防止給洞口產生過大的擾動影響。

3 長距離頂管施工風險分析及解決方法

3.1 長距離頂管施工風險的識別

長距離頂管施工的具體操作環節，因為施工現場地質條件過于復雜，現場地理條件比較差，這種條件之下，頂管作業施工質量會受到很多因素作用，選擇合適的措施處理這些因素，以保證不會發生嚴重的事故，還能夠識別風險因素。長距離頂管施工前，要做好風險識別與分析，結合風險識別的結論選擇最佳的防范處理措施，保證頂管施工達到穩定性的要求。

3.2 長距離頂管施工風險的后果

在現場施工中，風險后果包含如下幾點：1）在頂管施工作業環節，風險的發生就是在后期施工階段，如果工期比較長，容易導致工期延誤、人工費用增加等方面；2）在發生突發的事件或者其他因素的同時影響，應該立即采取開挖處理方式，此時會導致工程量增加，成本也會升高；3）在施工中容易發生開挖設備的損壞，需要修理、更換等，容易導致成本升高；4）人為因素干擾之下，施工的風險會導致損失賠償的問題，這是因為有些人員和技術人員沒有進行控制而發生偏位的情況，會產生一些負面的影響。

3.3 風險控制原則

頂管施工階段，爆發的施工風險會給工程實施帶來不利影響，還會誘發風險因素，為了有效的預防發生風險因素，必須采取風險控制措施，目前主要的方式是減少風險、預控風險、規避風險、后備應急措施等。風險控制方式能夠實現合理的預測和控制，以規避風險的影響。在加強風險防范處理措施時，還必須進行起重吊裝、鋼支撐架設等危險性的分項工程，必須采取必要的防范措施，進行動態化的管理，防止小風險造成的大事故。

3.4 風險管理措施

1）頂進壓力控制。在頂進施工中，要做好測量、糾偏的工作。結合地質條件的差異，配置符合工程要求的泥漿材料，保證材料充足且性能合格。在施工準備環節，要做好設備的全面檢查，性能符合要求，及時排出故障問題，保證設備能夠準確的運行。頂進施工階段，如果頂力超出標準，應該立即停止，及時發現原因，采取針對處理措施。

2）頂管機旋轉要做好旋轉控制，主要的方式就是機頭的位置設置配重，比如廢鋼筋等，配重設置應該和頂管機旋轉方向相反，還有一種方式是做好頂管機頭的刀盤旋轉方向，和機體設置的方向是相反的。

3）崩鐵現象控制。頂進作業階段，應該做好壓力表參數的變化控制，特別是在頂進的最后環節，檢查頂鐵的情況，觀察是否發生表層脫落的問題，觀察縱向頂鐵是否出現外拱的情況，只要是存在這些問題，都必須停止頂進施工，還要選擇合適措施減小縱向頂鐵長度，以避免出現崩鐵的問題。

4）后背破壞控制。根據需要按照后背安裝控制，安裝結束或，應該做好垂直度檢查工作。如果頂進時存在頂進速度突然升高的情況，應該及時停止檢查，總結原因，采取應對措施。

5）地面沉降控制：①回填黃砂，黃砂的回填可以讓內部空隙快速被填滿，為了能夠讓黃砂能夠快速擴散到內部空間中，可以在回填時加水，以防止出現空隙的情況；②注漿加固，沉降量過大的部位，應該選擇使用局部注漿加固的方式，頂管土體結構長度過大的情況實施加固作業。注漿管使用的材料為水泥-水玻璃漿液的方式，此時保證注漿壓力為0.25Mpa～0.6Mpa，注漿速率為30L/min，還要從深到淺 的連續性注漿施工，每一次提管的高度尺寸為0.3m。注漿施工環節，首先根據設計深度開始鉆孔作業，再進行灌漿施工，保證塑料管單向閥插入到規定深度后，在封閉凝固處理后，把塑料閥管直接插入到雙向密封注漿芯管內開始注漿。在注漿作業前，做好材料、工具的檢查，保證水電是通暢的，注漿要保持連續進行。

3.5 施工中的風險事故及解決措施

3.5.1 管道被砂層“抱死”

1）問題描述。在現場施工中，有些地區的土質條件為粉細砂層，因為頂管阻力相對較大，主推應用的是200t千斤頂，其推力可達1000t。減阻的方式就是在混凝土管外壁表面用煤油噴燈烘烤石蠟，形成蠟膜的興衰，可以減小摩擦力，頂進環節需要間隔3節管安裝一節帶注漿孔的管開始管壁注漿施工，漿液應用膨潤土遍泥漿管外壁和土體之間形成膨潤土漿套，以保證摩阻力處于合理范圍內。頂進施工100m時，應該安裝中繼間，頂進環節要持續增大壓力；頂進深度為200m，5臺主頂全部開啟，此時壓力達到34MPa（總推力約1000t）千斤頂不動，開啟中繼間，壓力升高到36MPa，管道還是保持不同。然后增加2臺主頂千斤頂，此時總壓力為34MPa，總推力約1400t，緊接著出現了后背墻裂縫、油管爆裂。從這個方面判斷，頂管設備已經達到極限，但是還不能推動管道，會出現砂層“抱管”的現象，此時砂層把管道吸住，摩阻力升高明顯，會出現頂管無法頂進的情況。經過檢查，主要是下述幾個方面問題。①管壁外表面打蠟不均勻或者飽滿度不夠，有些位置沒有蠟膜；②管道內部注漿施工各個注漿孔閥門開啟與關閉的時間沒有控制，或者注漿壓力控制不到位，出現管道內部壓力過大的情況，或者有些管道出現冒漿的問題，影響總體的使用效果。

2）解決方法。針對于頂管施工中出現砂層“抱死”的情況，技術人員進入到現場進行檢查，同時和施工人員展開交流，分析了解形成事故問題的原因，發現該問題的出現主要是因為減阻措施不到位而引起的，導致現場出現摩阻力增大的情況，出現頂管無法推動的現象。查找到原因之后，就要采取必要處理措施，即合理的應用注漿中繼間，兵器使用主頂配合管道來同時運行。當前首要的工作就是從前向后的各個注漿斷面進行控制，保證所有注漿孔的漿液都是飽滿的狀態。對每個注漿孔進行排查，全都符合要求之后，開啟中繼間，油壓達到38MPa時前100m管道終已經開始緩慢的移動，中繼間頂進深度為30cm之后，開啟后方主頂7臺千斤頂16MPa的油壓（推力約788t）再推進30cm，管道已經開始向前推動，并且進行注漿施工。經過幾次的調整和處理，中繼間的壓力逐步的下降，但是頂進施工可以順利的進行，并未發生無法頂進的情況，隧道內壁總計推動運行100cm，這樣管道內加強注漿施工，管外的摩阻力逐步的減小，主頂為主頂27MPa不再開啟中繼間就可以進行頂進施工。在成功頂進施工后，頂進深度為52m之后完成了320m的砂層頂管作業，頂進施工成功完成。

3.5.2 刀盤被卡

1）問題描述。某施工的范圍內，頂管機穿越墻體結構頂進750mm的深度，土倉的下部沉淀的混凝土結構比較多，無法及時的排出去，而頂管機的破碎能力相對較差，所以在刀盤下部運行時，初始頂管機會出現頻繁抬頭的現象，在墻體內部出現混凝土塊逐步堆積到下部之后，左、右刀盤結構會發生卡滯的情況，經過反復調試不會發生轉動。兩刀盤直接被卡主，不能脫離。施工單位經過一個多月的處理，才將刀盤脫困。

2）解決方法。①旋噴清渣的方式需要在刀盤前進鉆孔，開始進行高壓旋噴注漿施工，沖擊土倉底部沉淀物存在，向周邊的空間擴散，通過應用粘稠的泥漿循環帶走沉淀物，以防止發生沉淀物淤積的情況。機頭前250mm的位置，設置10個孔，相隔600mm，形成一排；通過高壓旋噴泥漿的施工方式，將內部的沉積物進行噴散處理，特別是硬度較高的小碎石材料，直接松散，此時的壓力達到23～25MPa，在進行刀盤的清洗處理，結束后開始轉動刀盤。高壓旋噴施工結束后，刀盤可以直接旋轉運動，但是容易發生一側還存在淤堵的情況。初期排石的量較多，為了避免出現再次卡滯的情況，需要連續性排砂處理；②通過頂點橫噴的方法進行沉積物沖刷處理，以為旋噴方式的壓力比較大，如果直接進行噴漿施工，處理效果比較差。為了能夠增大泥水流量，需要使用并排四條泥漿管直接插入到倉底位置上，泥漿管的連接使用φ25彎頭，然后使用潛水泵進行，水泵直接進行沉積物的沖洗處理，然后實現泥水循環處理，初期階段進行碎石排出，刀盤下部沉積物較少，會嘗試進行轉動，但是右刀盤無法全部轉動，轉動到底部的情況下發生卡滯的情況，只能轉動4/5圈。初步分析發現，刀盤底部存在大量的碎石材料，包含小碎石與混凝土堆積后的形式；③成槽清渣法在右刀盤前部15cm的部位上，應用φ300鉆機成槽處理，深度達到10m，長度為3.5m，較之頂管機底部深超過1.6m。成槽結束后，應用空壓機開始清理處理，然后就可以頂進施工。在頂進環節，應該做好施工速度的控制，保證不會存在渣土影響，確保刀盤轉動符合要求。然后組織人員進行斷裂鋼管的打撈，清理掉障礙物即可滿足運行要求。

4 結語

綜上所述，市政給排水項目施工階段，應用長距離頂管施工技術有著非常明顯的優勢，經濟性好、安全性高，實用價值較高，所以在施工中，應用該技術必須掌握施工要領，加強施工環節管控，保證工程質量合格。