玻璃鋼夾砂管頂管技術(shù)在市政污水管施工中的應(yīng)用

王世宇

（中交一公局第三工程有限公司，北京）

引言

玻璃鋼夾砂管頂管是一種非開(kāi)挖技術(shù)，對(duì)管道沿途環(huán)境、地面交通、建筑物與構(gòu)筑物干擾較小，機(jī)械化程度較高，較為適用于市政污水管實(shí)體工程。但是，玻璃鋼夾砂管頂管對(duì)操作機(jī)械、操作者具有較高的要求，加之建造價(jià)格較高，一旦技術(shù)操作不到位，就會(huì)造成較大的工程損失。因此，結(jié)合市政污水管實(shí)體工程地質(zhì)、地面的現(xiàn)實(shí)表現(xiàn)，對(duì)玻璃鋼夾砂管頂管技術(shù)操作過(guò)程進(jìn)行分析具有非常突出的現(xiàn)實(shí)意義。

1 市政污水管施工背景概括介紹

一污水主干管頂管工程是城市污水處理廠外收集系統(tǒng)的關(guān)鍵模塊，出發(fā)點(diǎn)位于城市主干道路口立交處，截止點(diǎn)位于污水處理廠區(qū)內(nèi)部提升泵房，全長(zhǎng)4 652 m。污水主干管平面走向見(jiàn)圖1。

圖1 市政主干道污水管平面圖

圖1 中，1 為污水管，排水水質(zhì)見(jiàn)表1；2 為檢測(cè)井；3 為污水處理廠區(qū)內(nèi)部提泵房；4 為污水處理廠外收集系統(tǒng)；5 為排入主干道地下主干管；6 為城市主干道。由圖1 可知，主干道污水管為“L”走向，其中在規(guī)定主干路段長(zhǎng)4 058 m，為東西走向，而在污水處理廠外東側(cè)規(guī)劃路長(zhǎng)594 m，為南北走向。

表1 市政主干道污水水質(zhì)（局部）

污水管實(shí)體操作需保證排水水質(zhì)滿足表1 要求。

市政主干道污水管操作期間存在一段舊路（地面標(biāo)高7.1 m～7.3 m），為周邊小區(qū)進(jìn)出必經(jīng)路段，加之路面狹窄，人流密集，交通擁堵。根據(jù)巖土工程勘察報(bào)告，可知工程地質(zhì)條件見(jiàn)表2。

市政主干道污水管實(shí)體工程所在區(qū)域開(kāi)闊平整，地勢(shì)不高，為地下水（含人工填土層上層滯水）、地表水排泄提供了廣闊的空間。由表2 可知，工程場(chǎng)地類(lèi)別為Ⅲ類(lèi)，淤泥層含水量高、承載力低且孔隙比高，砂液化等級(jí)為嚴(yán)重液化，而粉細(xì)砂、粉質(zhì)粘土層液化等級(jí)為輕微液化。

表2 市政主干道污水管實(shí)體工程地質(zhì)勘察報(bào)告

2 玻璃鋼夾砂管頂管技術(shù)在市政污水管實(shí)體工程中的應(yīng)用設(shè)計(jì)

2.1 玻璃鋼夾砂管設(shè)計(jì)

2.1.1 管徑設(shè)計(jì)市政主干道污水管為重力流管道，沿主干道布置，設(shè)計(jì)標(biāo)高為7.1 m～7.3 m。由出發(fā)點(diǎn)到規(guī)劃路段，選擇φ2 500 mm 玻璃鋼夾砂管，流水標(biāo)高為-0.199 m～-1.445 m；由規(guī)劃路段到截止點(diǎn)，選擇φ2 200 mm玻璃鋼夾砂管，流水標(biāo)高為-2.014 m～-3.685 m。整個(gè)路段玻璃鋼夾砂管埋設(shè)深度為9.2 m[1]。

2.1.2 管材設(shè)計(jì)

根據(jù)市政主干道污水管實(shí)體工程，設(shè)定玻璃鋼夾砂管基本參數(shù)見(jiàn)表3。

表3 玻璃鋼夾砂管基本參數(shù)

在灌區(qū)安裝原狀土與初始回填土已知的情況下，對(duì)壓力等級(jí)進(jìn)行校核，校核公式如下

式中，P 為計(jì)算壓力等級(jí)；HDB 為靜水壓設(shè)計(jì)基準(zhǔn)，6‰；FS 為內(nèi)壓力設(shè)計(jì)系數(shù)，1.8；E 為強(qiáng)度層環(huán)向拉伸模量，10 786.00 MPa；t 為結(jié)構(gòu)層厚度，5.7 mm；D 為管平均直徑。代入上述數(shù)值，得出設(shè)計(jì)壓力等級(jí)可以滿足工作壓力要求[2]。

2.1.3 管道連接設(shè)計(jì)玻璃鋼夾砂管頂管中繼環(huán)見(jiàn)圖2。

圖2 玻璃鋼夾砂管中繼環(huán)

圖2 中，A 為玻璃鋼夾砂管頂管中繼環(huán)；1 為中繼外套筒（聚乙烯材質(zhì)），經(jīng)鋼帶與中繼內(nèi)套筒連接；2 為鋼帶，位于中繼環(huán)粘結(jié)樹(shù)脂兩側(cè)、中繼內(nèi)套筒內(nèi)壁上方；3 為粘結(jié)樹(shù)脂，位于中繼內(nèi)套筒承插位置，與中繼外套筒前方鉸接，降低頂管頂進(jìn)壓力[3]。粘結(jié)樹(shù)脂壓注設(shè)置2 道，避免頂進(jìn)期間漿液泄漏；4 為中繼內(nèi)套筒（聚乙烯材質(zhì)），位于玻璃鋼夾砂管頂管中繼環(huán)最內(nèi)側(cè)。同時(shí)，在玻璃鋼夾砂管頂管中間鉸接位置，根據(jù)頂進(jìn)期間漿液壓注要求與頂進(jìn)阻力控制要求，可以進(jìn)行注漿孔設(shè)置，注漿孔數(shù)量為3 個(gè)。圖2 中的玻璃鋼夾砂管中繼環(huán)兼具可拆卸、隔明火的優(yōu)良特點(diǎn)，可以根據(jù)需要整體拆除中繼環(huán)粘結(jié)樹(shù)脂、油缸兩側(cè)鋼帶，規(guī)避連接中繼環(huán)的玻璃鋼夾砂管節(jié)多次加工問(wèn)題。

2.2 頂管技術(shù)操作參數(shù)設(shè)計(jì)

2.2.1 操作機(jī)械

根據(jù)市政主管道污水管實(shí)體工程所在區(qū)域地質(zhì)條件差、地下水位高的特點(diǎn)，選擇泥水加壓平衡頂管機(jī)，頂管機(jī)結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖3。

圖3 玻璃鋼夾砂管頂管操作機(jī)械結(jié)構(gòu)

圖3 中，1 為泥水倉(cāng)；2 為糾偏裝置（糾偏千斤頂）；3 為切削刀盤(pán)；4 為中心軸；5 為刀架，刀齒采用母材上焊接超硬合金鋼YG8，刀架兩側(cè)左右對(duì)稱(chēng)安裝刀頭，確保玻璃鋼夾砂管頂管操作時(shí)刀頭左右；6 為殼體，由前段殼體、后段殼體焊接而成，支撐泥水倉(cāng)、驅(qū)動(dòng)裝置、糾偏裝置，需承受0.35 MPa 的泥水壓力；7 為齒輪減速裝置；8 為排泥管；9 為驅(qū)動(dòng)裝置（電動(dòng)機(jī)），驅(qū)動(dòng)裝置由4 只油缸兩側(cè)對(duì)稱(chēng)布置，每側(cè)疊積2 只油缸，每只油缸最大推力為2 000 kN，形程為3.5 m，在滿足一次性連續(xù)頂進(jìn)2.5 m 長(zhǎng)玻璃鋼夾砂管要求的同時(shí)，靈活調(diào)節(jié)油泵流量，確保玻璃鋼夾砂管頂管頂進(jìn)油缸反向作用力均勻可靠傳遞至工作井壁，平衡開(kāi)挖面土體壓力，規(guī)避地面沉降；10 為進(jìn)泥管。

2.2.2 操作速度與長(zhǎng)度

根據(jù)泥水平衡壓力、地面沉降或隆起、出泥量最佳匹配要求，設(shè)置頂進(jìn)速度為0 mm/min 以上、50 mm/min 以?xún)?nèi)[4]。同時(shí)綜合考慮市政污水管實(shí)體工程所在區(qū)域條件、千斤頂最大頂進(jìn)力、玻璃鋼夾砂管摩擦阻力系數(shù)、后座允許最大推力、玻璃鋼夾砂管節(jié)中繼間、玻璃鋼夾砂管容許壓應(yīng)力，設(shè)定連續(xù)頂進(jìn)長(zhǎng)度為250 m。進(jìn)而根據(jù)規(guī)范作業(yè)條件，設(shè)定管道軸線位置、管道內(nèi)底部標(biāo)高允許偏差均小于±30 mm，且工具管外徑、玻璃鋼夾砂管外徑之比小于等于1.004，市政污水管實(shí)體操作路段中線、中線左右各5 m 沉降（或隆起）數(shù)值分別小于等于10 m、5 m。

3 玻璃鋼夾砂管頂管技術(shù)在市政污水管施工中的應(yīng)用

3.1 工作井設(shè)置

市政主干道污水管工作井為主干道北側(cè)污水檢查井，凈空為5.5 m×9.1 m，深度為9.9 m，井體選擇C25 抗?jié)B混凝土，抗?jié)B等級(jí)為S6。工作井設(shè)置方法為沉井法，在操作前，操作者應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙中的沉井坐標(biāo)，劃定沉井中心樁、沉井井體外壁4 角點(diǎn)控制樁，基底周邊尺寸超出沉井結(jié)構(gòu)外圍尺寸，為0.5 m，并以基底周邊尺寸1:1 放坡到地面標(biāo)高，為后續(xù)模板設(shè)立、鋼筋綁扎提供空間。

在人工處理基底至平整后，操作者可以根據(jù)設(shè)計(jì)要求，制作第1 節(jié)沉井（含素混凝土墊層）。在墊層帶上，操作者可以全面均勻鋪設(shè)油毛氈（或薄板條）作為隔離層，進(jìn)而選擇間隔1.0 m 位置搭設(shè)內(nèi)模板[5]。根據(jù)設(shè)計(jì)方案校正內(nèi)模板，確定內(nèi)模板與設(shè)計(jì)要求相符后，綁扎鋼筋。鋼筋綁扎外壁后，設(shè)立外模板并串入、拉緊拉桿螺絲，封閉沉井。沉井封閉后，每間隔4 m 放置漏斗（含40 cm 頸口），經(jīng)漏斗灌入混凝土。灌入混凝土后，操作者可借助風(fēng)動(dòng)振動(dòng)器充分密實(shí)振搗，直到沉井混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部平直、外部光滑。振搗后封閉養(yǎng)護(hù)7 天，確保混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度70%以上。按照同樣的方法，繼續(xù)制作第2 節(jié)沉井。

沉井制作完畢后，采用排水下沉方法，經(jīng)抓斗挖土機(jī)由中間分層向周邊開(kāi)挖。在沉井下沉到設(shè)計(jì)標(biāo)高后經(jīng)C20 混凝土封底（1.2 m），進(jìn)而設(shè)置0.45 m 厚C25 鋼筋混凝土底板。

3.2 頂進(jìn)設(shè)備安裝與調(diào)試

根據(jù)圖3 所示頂管機(jī)結(jié)構(gòu)，操作者可以科學(xué)安裝頂進(jìn)合并，并按照頂管機(jī)頂力、頂進(jìn)方向、頂進(jìn)速度、頂進(jìn)壓力等頂進(jìn)操作參數(shù)完成設(shè)備調(diào)試[6]。同時(shí)，根據(jù)頂管機(jī)刀盤(pán)切削后泥土經(jīng)高壓水流液化為泥漿的輸送要求，組裝進(jìn)水閥、旁通閥、排泥閥與管路，向指定地點(diǎn)排送沉淀后泥漿。

3.3 吊裝玻璃鋼夾砂管

在工作井設(shè)置完畢后，操作者可以借助吊車(chē)將玻璃鋼夾砂管吊入工作井，并在相鄰玻璃鋼夾砂管節(jié)之間安裝中繼環(huán)。

3.4 油泵頂進(jìn)

確定玻璃鋼夾砂管到達(dá)正確位置后，技術(shù)人員可以開(kāi)啟油泵，進(jìn)行頂進(jìn)操作。整個(gè)過(guò)程中，頂管機(jī)內(nèi)測(cè)量系統(tǒng)可動(dòng)態(tài)測(cè)量所在位置信息，便于操作者及時(shí)調(diào)整頂進(jìn)狀態(tài)，確保玻璃鋼夾砂管頂管頂進(jìn)方向與設(shè)計(jì)方向一致。若遇上部軟弱但下部堅(jiān)硬地層，操作者應(yīng)提前處理，謹(jǐn)慎推進(jìn)，規(guī)避受力不均導(dǎo)致的刀盤(pán)損壞問(wèn)題；若需穿過(guò)重要管線，操作者需要科學(xué)調(diào)低管道埋深，確保污水管與重要管線之間距離超出3 m，降低污水管對(duì)重要管線的干擾[7]。

3.5 管道貫通

在頂進(jìn)操作無(wú)異常情況下，操作者可以根據(jù)要求調(diào)整中繼環(huán)，實(shí)現(xiàn)管道貫通。貫通期間，操作者應(yīng)時(shí)刻測(cè)量，每一頂程后測(cè)量并糾正玻璃鋼夾砂管高程、左右偏差，規(guī)避左右偏差超標(biāo)或抬頭、扎頭問(wèn)題。必要情況下，操作者可以將1 個(gè)斜支撐設(shè)置在玻璃鋼夾砂管前端土壁上，配合一次超挖土方，邊頂進(jìn)邊糾正偏差，并利用鋼板焊接的鋼脹圈固化前2 節(jié)玻璃鋼夾砂管銜接位置，確保管道貫通平直，整條管道中心與軸線偏差小于3 cm。

3.6 拆除

在管道貫通且做好安全防護(hù)后，操作者可以根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙拆除工具管、頂進(jìn)裝置，完成玻璃鋼夾砂管頂管施工。

4 結(jié)論

綜上所述，采用玻璃鋼夾砂管頂管技術(shù)推進(jìn)市政污水管實(shí)體操作，可以在降低噪聲對(duì)城區(qū)環(huán)境干擾的同時(shí)，顯著控制交通、粉塵對(duì)城區(qū)環(huán)境的負(fù)面影響。因此，技術(shù)操作者應(yīng)認(rèn)識(shí)到玻璃鋼夾砂管在水力特性、粗糙系數(shù)、抗磨損性能、耐腐蝕性能、機(jī)械化作業(yè)方面的優(yōu)勢(shì)，結(jié)合工程對(duì)抗外壓環(huán)剛度等級(jí)要求，從頂管操作過(guò)程控制玻璃鋼夾砂管質(zhì)量，確保玻璃鋼夾砂管頂管作業(yè)成果滿足市政主干道污水管要求。