市政給排水施工中的長距離頂管施工技術探究

范江濤 山西匯建工程項目管理有限公司

1 前言

市政給排水工程是城市基礎設施建設工程的一部分，其關乎城市建設發展及人們的生活質量，對工程有著較高水平的要求。以往給排水施工為開挖施工，施工周期長，需占用大量城市資源。隨著頂管施工技術的發展運用，實現了暗挖法施工，節約土地資源的同時也不會對城市交通產生影響。因此本文就長距離頂管施工技術運用展開論述具有重要意義。

2 工程概況

案例工程位于山西省某市，市內某新建道路全長為1255m，道路等級為城市次干道，道路紅線24m。依據某市城市道路規劃以及道路周邊地形，計劃將該道路東側的污水管接入道路西側的污水管中。原污水管道管徑為DN1000，管道材料為Ⅲ級混凝土管，經各參建方共同研討，為避免對城市運行產生影響，決定在W9?W15段實施頂管施工工藝，頂管施工部分工程參數見表1。

表1 頂管施工參數

此次頂管施工過程中共計設置3座鋼筋混凝土結構的工作井，其直徑為3.70m，井壁厚度為55cm~65cm，混凝土強度C30；共計設置4座鋼筋混凝土結構接收井，其直徑為2.00m，井壁厚度為35cm~45cm，混凝土等級C30。

頂管施工采取泥水平衡頂管掘進機器施工，綜合分析新建道路的地質勘查報告，頂管施工區域地下水及地層結構不會對鋼筋混凝土等施工材料產生較大的腐蝕性。

3 長距離頂管施工技術在市政給排水施工中的應用

3.1 施工前準備工作

3.1.1 施工技術準備

施工前組織施工人員熟悉圖紙，使其明確工程施工規范和施工質量要求。對所有參建施工人員開展全面的技術交底和安全交底。

3.1.2 施工現場準備

施工現場準備工作包括以下幾點：①以施工平面圖為依據設置測量點及測量控制網。②分析案例工程現場情況，沒有能夠作為出入施工現場的道路，為便于材料，設備與運輸，將紅線范圍內道路作為施工便道，對道路表面清理后，分層填筑碎石土進行碾壓，以滿足道路運輸要求。③明確施工現場水利電力供給方案，現場用水與當地供水部門溝通使用規格為Φ100mm的管道引入施工現場。同時在現場架設120kW變壓器，根據施工線路對供電線路進行架空布設，在各施工段完善電力接口[1]。為避免出現突發停電，在施工現場備用兩臺10kW發電機。④現場臨時設施準備。受到施工現場面積小等限制，無法臨時建設項目部和員工宿舍，因此在施工現場附近租賃房屋解決臨時設施問題。

3.2 頂管工作井施工

3.2.1 土方開挖

在土方開挖之前，現場測量人員依據施工圖紙測放樁位，確保校驗無誤后，開始土方開挖工作。先使用機械設備進行挖掘，挖至一定深度后安排施工人員開展人工開挖。對于軟土層使用鐵鍬等設備進行挖土，遇較硬巖石層后則使用壓空機等工具挖掘，由中間向周邊進行挖土。開挖過程中，對挖方尺寸及土質情況實施動態監測，若發現和地質勘查情況不符，則及時反饋[2]。依據樁心十字吊線，檢查孔徑及孔中心位置。為保證樁的垂直度，施工時每灌注三節井壁，則須對樁的垂直度和中心位置進行一次校驗。

3.2.2 支設井壁模板

此次施工中模板材料為特定的鋼模板，根據井壁內徑對模板進行分塊拼裝。支設前，在模板內壁均勻涂抹脫模劑，利用U型卡扣做好固定，沿著模板底部使用短鋼筋做好加固。為便于拆模，在拼裝時預留一道接縫夾入一根規格為Φ48mm的鋼管。同時在每節井壁預留規格為Φ100mm的泄水孔，設置坡度為5%，便于排水。

3.2.3 澆筑井壁混凝土

本次施工井壁混凝土強度為C30，每節護壁上部厚度與下部厚度分別為65cm和55cm，使用吊桶運送混凝土并將圓形防護板作為布料臺。澆筑時為避免模板出現側移，做到對稱澆筑，分層振搗密實。為消除兩層混凝土間的接縫，振搗棒插入下層混凝土至少5cm，且振搗工序遵循快插慢拔原則，科學做到不漏振、不過振。第一節井壁模板拆除后，在其上方作出中心線及標高[3]。

3.2.4 模板拆除

井壁混凝土終凝8h后，對其強度進行檢驗，確保強度在1MPa以上，實施模板拆除工序。拆模時，先拆掉鋼管再對模板進行撬動。完成拆模工序后，修整變形的模板，并對其表面徹底清理。

3.2.5 排水施工

為避免地表雨水對基坑形成沖刷，提高塌方安全隱患。開挖基坑前在其四周設置排水明溝和集水井，經沉淀處理后將地表水引向排水管道。為避免積水對井底侵蝕浸泡，在井底位置設置積水坑，及時將積水抽除。

3.2.6 工作井井底施工

根據設計標準完成井壁施工后，徹底清理井底松散的土質，分別向工作井和接收井澆筑強度為C30的混凝土，澆筑高度分別為1.3m和0.9m，完成坑底封底施工。

3.3 后背墻施工及頂力計算

在頂管施工工作坑內，后背墻結構承受且傳遞著全部頂力，因此對其剛度、強度及穩定性有著較高的要求，圖1為后背墻示意圖，其內部配置Φ14mm@120mm雙向鋼筋，混凝土強度等級為C30，待混凝土強度在75%以上后方可頂進施工。

本次施工依據CECS 246:2008《給水排水工程頂管技術規程》和施工圖紙平面圖，選擇頂距和埋深最大的W12?W14段，對頂力的理論值進行計算，公式如下[4]：

式中：F0——總頂進阻力（kN）；

D1——管道外徑（m）；

L——管道設計頂進長度（m）；

fk——采用觸變泥漿管外壁平均摩阻力（kN/m2），取值8kN/m2；

NF——頂管迎面阻力（kN）。

其中頂管迎面阻力NF由下列公式進行計算：

式中：Dg——機頭外徑（1.22m）；

γs——土的重度，19.8kN/m3；

Hs——地面至掘進機中心的厚度，以W13井處為例8.28m。

此次施工設計文件中要求，考慮到后背墻能夠承受的被動土壓力最大值及管道的承受能力，施工過程中DN1000的管徑頂進力應在2800kN以下。經上述計算，總頂進阻力為1669kN，1669kN×1.6＜2800kN。因此，此次施工的后背墻所提供的支撐力滿足施工要求。

3.4 設備安裝及調試

3.4.1 起重設備

現場設備安裝過程中，所有構件、設備均使用汽車吊進行安裝。井內的調運工作也由汽車調完成，例如：頂進設備的安裝和拆卸、頂管材料的吊放、頂鐵材料垂直運輸等。

3.4.2 后背安裝

在安裝后背前，確保后背壁平整且垂直于管道頂進方向。利用強度為C30混凝土和厚度為2cm的鋼板作為頂管的后背。案例工程后背墻的長度，厚度和寬度分別為2.4m，0.6m和3.4m。在后背墻前方放置規格為2m×2m的鋼板和立鐵，立鐵前方橫向疊放規格為15cm×40cm的橫鐵。

3.4.3 導軌安裝

在工作井底板混凝土位置設置枕木，其寬度，厚度和埋深分別為22cm，16cm和13cm，對于埋入混凝土面的枕木進行包油氈處理。工作井澆筑工作完成后，對導軌進行安裝。此次施工中所用導軌為12#，使用鐵路道釘對導軌兩側進行固定施工。兩導軌中距由下列公式計算[5]：

式中：A0——兩導軌的中距；

A——兩導軌上的凈距；

a——導軌的上部寬度，采用起重機鋼軌QU100，a取值100mm；

D——管外徑，D1000管外徑為1200mm；

h——導軌高度，采用起重機鋼軌QU100，h取值150mm；

e——管外底距枕木的距離，取35mm。

3.4.4 千斤頂、油泵安裝

此次施工頂進設備為油壓千斤頂，參數為400t，L為700mm。依據頂力計算結果，安裝兩臺千斤頂并和管道中心線對稱布置。在千斤頂附近設置油泵，確保油管順直，減少轉角。是千斤頂和油泵相匹配，同時設置備用油泵，做到一用一備。完成油泵安裝后，對其進行試運轉，設備運轉無誤后方可進行頂進施工。在頂進施工初期，緩慢進行，接觸部位嚴密貼合后，調整至正常的頂進速度進行頂進。施工過程中，一旦出現油壓異常增高，隨即及時停止頂進，查找原因并處理后繼續頂進施工。

3.5 頂進施工

利用起重設備吊裝管節后將第一節管作為工具管放置在導軌上，測量管中心及管底高程，確保二者一致后開展本次頂進施工工作。經現場檢查，各管節拼裝完畢后，先進行試頂進，所有機械設備均能夠正常運轉，隨后進行正常頂進工作。在此次頂進過程中完全借助于千斤頂提供推力。在頂進過程中，土體被機頭的刀盤切削后，切掉的土體進入泥土倉中，通過刀盤的攪拌與進漿管輸送的清泥漿混合為濃泥漿，再經過排泥管道將泥漿排出。隨著管道逐步頂進，直至到達接收井，完成案例工程管道頂進施工。

3.6 泥漿減阻

泥漿減阻在頂進施工中具有重要意義，使用泥漿發揮潤滑保護的作用，減少管道和地層之間的阻力。本次施工中頂管施工長度為326m，為實現頂進過程的穩定注漿，每隔一段距離增設壓8漿泵，加大注漿壓力。注漿時嚴格把控注漿壓力、注漿量以及泥漿黏度，實現管道外壁均勻注入泥漿。施工過程中遵循頂進和注漿同步的原則，隨頂進隨注漿，先注漿后頂進。在施工過程中，由于不可避免因素需暫停注漿，采取先停止頂進再停止注漿，保證了注漿工序的連續性。

3.7 頂進糾偏

為保證頂進施工精準，施工過程中嚴密監測管道軸線，以保證其和設計軸線間無誤差。結合既往工作經驗，導致頂管施工管線偏移的原因可總結為以下幾點。（1）地下土層結構不均勻，致使頂進過程中阻力不穩定，頂進管路受力不均勻。（2）頂進工具原因，頂進工具存在壓力差，施工時無法做到同步頂進，導致管線偏移[6]。因此，在本項目施工時安排專人定期檢測頂進的軸線，確保頂進工序無偏差，在各個頂進階段分別測量并復測一次軸線偏差。

3.8 頂管出洞

頂管出洞是長距離頂管施工的重要環節，分析案例工程污水管道頂進工作，施工人員將事先準備好的鋼板樁在磚封門前鋪好，降低塌方安全事故風險，以保證頂管施工安全性。同時在出洞前，施工人員拆除磚封門，推進頂管機向著鋼封門前進，在二者間距離為100mm時，拆除事先安裝的鋼板樁，由一側向另一側有序出洞，充分發揮出洞口止水環的作用，完成頂管出洞施工。

3.9 管道檢驗

案例工程頂進施工結束后，對管道進行壓力試驗。經試驗檢測，污水管道頂進施工無滲漏點，滿足施工標準要求，隨即進行回填，恢復道路。

4 結束語

綜上所述，本文結合山西省某污水管道施工工程，基于項目實際論述長距離頂管施工技術的應用路徑，長距離頂管施工工藝具有較為成熟的經濟性和技術性，在城市給排水工程建設中有著較好的應用前景。