頂管技術在市政給排水工程施工中的運用

業偉

昆明市政工程設計研究院（集團）有限公司 云南 昆明 650228

地下給排水系統的設置可為城市污水處理系統、自來水供水系統提供有效渠道，其是城市基礎設施中不可或缺的一部分。近年來，隨著城市化進程的不斷加快，越來越多的人涌入城市，污水處理、路面排水等問題日益凸出，不僅會影響到城市居民生活用水和日常出行，而且會產生一定的環境污染，不利于城市可持續發展。因此，亟需采取相應的措施來改善和解決市政給排水問題。

1 頂管技術及其在市政給排水工程施工中運用的必要性分析

1.1 頂管技術

頂管技術為非開挖管道敷設技術，該技術應用的主要優勢在于無需開挖地面就可以完成地下管線、管道鋪設等作業，尤其對于需深度開挖的工程，該技術的合理應用，不僅能夠實現施工時間、成本的節約，而且可以減少工程建設期間產生的噪音、粉塵等污染，即對城市交通、環境及居民生活產生的負面影響較小。但該技術應用對施工機械設備、施工人員素質等要求較高，意味著該技術施工難度較大，需嚴格對各施工要點進行把控，才能達到預期的施工效果。

1.2 必要性分析

隨著城市化進程的不斷加快，城市規模的快速擴大，城市地下管道、管線老化等基礎設施問題日益凸出，尤其是城市中心老城區位置，此類相關問題更加嚴重，迫切需要改造其市政給排水系統。而頂管施工技術在市政給排水工程中運用，可充分發揮其無需開挖這一施工特點，即無需開挖地面就可以完成地下管道鋪設工作，施工面由以往的面轉變為點，即施工范圍縮小，挖工程量減少，施工周期縮短，實現工程整體成本的節約，從而在確保工程施工進度、安全性的同時，凸顯出工程環境、經濟效益。

1.2.2 對周圍建筑物、居民生活產生的負面影響小

城市給排水工程管道通常鋪設于公路、地下構筑物中，會對已鋪設的管線、管道設施產生一定干擾。而頂管施工技術的應用，可將管道以曲線方式鋪設于公路、地下構筑物中，從而減少對已鋪管道管線設施的干擾，即不會干擾和破壞居住區所鋪設的水、電及通訊管線，對周圍建筑物、沿線交通等產生的影響小，同時，施工現場產生的噪音、粉塵等污染也會減少，不會對對城市環境和居民生活帶來的較大影響[1]。

1.2.3 環境適應能力強

與傳統給排水工程管道管線敷設技術相比較，頂管技術是在工作井中進行施工，其能降低外部天氣等因素對施工進度、工藝技術產生的影響，確保市政給排水工程施工效率和質量，即該技術的運用，能夠保證在合同規定內按時竣工。

2 工程案例

2.1 工程概況

本文以某市政給排水工程為例，其位于城市主干道，車流量較大，頂管長度、管道管徑及平均埋深分別為110m、8cm、6-7m，管道主要穿越的土質包括中細砂層、粉土、雜填土。本工程項目施工包括鋼筋工程、模板工程及混凝土澆筑等內容，主要采取頂管技術，使用管徑為8cm的混凝土管作為污水管，并且該工程項目施工位于河道附近，受流砂、地下水影響，開挖施工容易導致基坑、工作井塌陷，因而，頂管施工期間采取相應的保護措施。

2.2 頂管技術施工原理及工藝流程

頂管技術施工原理為：借助頂進力將工具管從工作土層頂入接收坑內，將掘進的管道埋設于2個工作坑之間。本工程頂管施工技術工藝流程如圖1所示。

PP管：PP管材具有耐高溫、管道連接方便(熱熔接、電熔接、管件連接)可靠、可回收使用等特點。按照不同的PP聚合工藝條件可將其分為均聚聚丙烯 (PP-H)、嵌段共聚聚丙烯（PP-B）以及無規共聚聚丙烯(PPR)。PP-H管材因其低溫下的脆性限制了其使用，而PP-B管材和PP-R管材較為常用，尤其是PP-R管的應用更為廣泛。PP-R管的生產工藝簡便易控制，管道布設對地形的適應性強。

圖1 頂管技術施工工藝流程圖

2.3 工程特點分析

本工程頂管技術施工中頂管需從引水箱涵底穿過，管子距離涵底分別為3.1m、3.3m，對地面隆起、沉降要求較高，并且該工程施工具有頂進距離段、作業面深等特點，需將地面沉降、隆起受力控制在規定范圍，確保施工過程中不影響周圍環境，且能夠提高頂管施工水平。

3 市政給排水工程施工中頂管技術的具體應用

3.1 施工準備

3.1.1 材料、設備準備

本文以某市政排污管道為例，考慮到污水本身具有一定的腐蝕性，所以本工程施工中，根據管道用途選用管徑8cm，且具有耐腐蝕、高強度的混凝土管，從而避免因管道腐蝕而出現滲漏現象，確保市政給排水系統穩定、安全運行。同時，結合本工程工程量、施工要求，選用相關施工機械設備。由于本工程頂管施工一次頂進的距離較長，為了確保施工安全性，提供施工質量，選用日LEMOL型TCZ600頂管掘進機，充分發揮其破碎功能將礫石破碎，且只需一人通過地面遙控就可以操作完成，并加大機械設備進場驗收力度，以試運行的方式來檢測其工作狀態。

3.1.2 地形勘測

管頂施工技術作為地下施工技術，在施工前，需先了解本工程土質狀況、水文、地下管線埋設等情況，且做好記錄，一旦發現不良土體，需進行改良，滿足工程建設要求。同時，要對施工圖紙進行檢查，開展測量放線工作，以工作井為中心對施工場地進行平整、壓實，鋪設碎石。

3.2 工作井、后背墻施工

工作坑作為材料、機械設備集中場所，也是頂管施工所搭建的臨時設施，由于本工程工作井井底設計標高、頂管內底設計高程落差較大，為了確保頂管施工作業順利實施，先結合工作井、接受井設計圖進行混凝土澆筑，將15×15cm的方木作為軌枕埋設于混凝土內。同時，后背墻起到支撐的作用，本工程施工中，可將后背墻高度、厚度分別控制在2.8m、30cm，使工作井內墻得以加寬，同時可在后背墻上鋪上鋼板，確保其受力更加均勻，墻壁面與管道頂進方向要處于垂直狀態，并要由專業人員對其檢測，將其垂直度偏差控制在0.1%之內。頂管工作坑施工允許偏差，如表1所示。

表1 頂管工作坑施工允許偏差

3.3 導軌設置、安裝

本工程采取管頂施工技術，為了確保管道系統正常、安全運行，需合理設計導向軌跡，按照設計的導向軌跡，要求頂管水平條件在±12℃之內，充分發揮導軌的引導作業，確保管節按照設計的中心線頂進到位，本工程施工中，使用槽鋼、雙排工字鋼作為導軌材料，以焊接的方式進行組裝，此外，導軌安裝作為頂管施工重要工作內容，其安裝是否正確，會直接關系到頂進質量，所以，要求兩導軌與管道設計高程等高、平行，與管道坡度保持一致，要將軸線位置的偏差控制在3mm之內，并對導軌進行加固，從而防止在施工期間發生位移。

3.4 安裝千斤頂、頂鐵

本工程施工中，選用3臺200t的千斤頂，先將其放置于穩固的支架上，與管道中心的垂線保持對稱，并選用型號為ZB50的高壓油泵，各臺千斤頂的進油管以并聯方式進行連接，確保其活塞出力、行程保持一致。同時，在千斤頂與管道端部間設置頂鐵，旨在均勻地將千斤頂合力分布于管端，便于靈活地對千斤頂與管端間距進行調節。在安裝環節，要先對導軌接觸面、頂鐵進行清理，待頂鐵安裝后，對其安裝情況進行全面檢測，確保管道中心線與頂鐵軸線保持垂直。

3.5 管道施工

3.5.1 穿墻施工

當施工頂鐵、千斤頂等安裝完成后，就可以開展機頭穿墻施工，施工時，應對穿墻速度進行合理控制，盡量減少土體暴露時間，穿墻前，要將適量的混凝土注入土體內，以增強土層穩定性，并且為了提高穿墻施工質量，可使用工具管進行止水。

3.5.2 頂進施工

本市政給排水工程采取手掘式頂進技術進行頂進施工。施工前，先調整地下水位，調至管道底部0.5m水位，并采取防水處理措施，防止地下水進入頂管內影響頂管整體施工質量。當工具管接觸土層后，以自上到下的順序進行分層開挖，將挖掘的坑道、管前超挖量分別控制在30-50cm、0.15cm內[2]。

3.5.3 出洞頂進施工

出洞位置的頂進作業為整個頂管施工中的核心工序。頂管機出洞前，要預先在封閉門施工前埋設一排鋼板樁，將其埋入工作井底部鋼板下方，從而保證頂管機順利進出洞內，防止出現土體坍塌問題。頂管設備出洞時，要先拆除封閉門，當其距離封閉門0.5-1cm時，要充分發揮避水圈的作用，依次進行鋼板樁的拆除，并及時開展頂管作業，防止鋼板樁拆除作業破壞土體。此外，頂管機出洞施工初期，其承受的土體壓力較大，容易出現坍塌問題，為了解決這一問題，施工人員需按照正確方向繼續推動頂管機，或者通過在洞口增設手拉葫蘆裝置，且加固末端管節，避免出洞施工過程出現位移現象。

3.5.4 洞口止水

頂板施工中，為了確保管道順利從工作井中出洞，通常會根據管子外徑擴大預留洞口，一般會將洞口擴大1cm，而在這種情況下，頂板間隙會增大，會出現漏水現象，將影響頂管施工質量。為了解決這一問題，沉井施工時，需對洞口預留的縫隙進行封堵處理。洞口止水處理包括：工作井設置時，在預留洞口位置埋設厚度為0.1cm的鋼制法蘭，對其螺栓進行焊接，同時安裝厚度為0.16cm的橡膠法蘭，并使用厚度為0.1cm的鋼壓板對法蘭進行穩固處理，從而防止泥漿、地下水等進入工作井內。

3.6 注漿減阻

注漿施工的目的是消除管線周圍的孔隙，使管線使用壽命延長。注漿施工作為頂管施工中的重要環節，其施工質量會直接影響整個排水管道施工質量，所以，要嚴格按照設計標準來選擇注漿材料，確保泥漿粘性、穩定性符合施工要求，本工程施工中選用優質的膨潤土，根據膨潤土：水=1:8的比例配制泥漿[3]，并將泥漿攪拌均勻，防止出現離析現象，泥漿壓入前，進行二次攪拌；然后在管節一端設置3個注漿孔，且將注漿孔間距控制在7.2m，安裝注漿管后，按照注漿流程進行作業，對地表、地下水變化情況進行實時觀測，以此為依據靈活地調整壓漿量、注漿壓力，當頂進曲線段時，可通過增加注漿量的方式，使泥漿套更加完整，并將單向閥設置于泥漿出口位置，避免出現回漿、注漿壓力減小等問題，同時，要確保土體間隙被完全填充，形成不易變形的泥漿保護套，從而降低管道的摩擦阻力，即減輕頂進施工的阻力。

3.7 設置中繼間

在頂管施工中，為了減輕沉井受力，防止管道出現漏水問題，需設置中繼間，以環狀的形式將中繼油缸均勻分布，完成接力頂管作業，從而提高頂管施工效率。本工程項目中，由于頂管機頂進期間，土質條件會發生變化，施工環境處于波動狀態，因而，需在靠前位置設置第1個中繼間，當頂管機推動力達到預設推力的60%時，設置第1個中繼間，當達到預設推力80%時[4]，設置第2個中繼間，實際頂進過程中，應結合頂力情況來使用中繼間。

3.8 管線糾偏

頂管施工中容易出現管道位移問題，即管道實際與規定位置二者出現偏差，從而降低市政給排水各施工質量的情形。因此，在頂管施工中，需對軸線位置、管道內徑、管道內底高程等參數進行嚴格控制。若頂管施工中管位偏差為0.1cm時，可通過管線糾偏手段來確保頂管施工質量，具體糾偏為：其一，先借助所設置的糾偏千斤頂組對機頭端面的方向進行調整，使其向軸線靠近，縮小管位偏差，確保軸線與機頭端面運行方向重合，達到管道復位的目的；其二，在頂進中頂管機頭發生旋轉時，可將壓重塊設置于機頭旋轉的反方向，或者通過中繼站中所設置的旋轉糾正力矩來調節管道位置，從而使管道逐漸處于正確位置。

表2 頂管施工中軸線、管道內徑等參數的允許偏差

3.9 管道試壓

在市政給排水管道頂進作業完成后，可采取單向水壓測試的方式來檢測管道綜合水壓，具體測試為：先將管道空氣排出，接著加水、加壓，當施加的壓力達到規定值后停止加壓，從而了解管道是否存在滲漏問題，接著在此基礎上以增壓、減壓的方式來判斷管道安裝是否合理，若管道能夠承受正常工作壓力的1.5倍，則意味著管道滿足給排水系統使用要求。

4 結束語

綜上所述，頂管技術作為市政給排水工程施工中常用的施工技術，無需進行大范圍開挖土方，就可以完成地下管道施工作業，不僅對周圍建筑物、環境及居民生活帶來的負面影響小，而且工程量較小，所投入的機械設備、人力等少，能夠實現施工成本的節約。然而，頂管技術的施工難度較大，因此，該技術在市政給排水工程中運用時，需結合工程土質特性、施工要求及地下管線敷設情況等，制定合理的施工方案，并嚴格按照頂管施工工藝流程、方法進行操作，對各施工階段技術要點嚴格把控，從而提高市政給排水工程整體施工質量，凸顯出頂管技術在市政給排水工程中應用的優勢。