市政給排水施工中的非開挖頂管施工技術(shù)

盧波波

摘 要：結(jié)合中交四公局灃涇大道南段下穿西余鐵路頂管工程，對非開挖頂管施工技術(shù)的應(yīng)用要點進行詳細分析，主要包括頂管施工設(shè)備選擇與安裝、工作平臺及防護、下管、管道頂進、頂管的測量與糾偏、壓漿、出坑、管段連接、頂進后管道注漿施工、接口處理及閉水試驗等方面。施工單位在實際施工作業(yè)中，要加強對這些環(huán)節(jié)的技術(shù)要點的了解，以提高市政給排水施工質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：市政工程；給排水；施工；非開挖頂管

中圖分類號：TU992? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：2096-6903（2023）11-0004-03

0 引言

隨著給排水工程的建設(shè)規(guī)模逐漸增大，其建設(shè)難度不斷提高。傳統(tǒng)的施工模式需要對地面實行大規(guī)模的挖掘施工，這不僅影響了當?shù)氐慕煌?，也會給周邊環(huán)境造成較大的破壞。而使用非開挖頂管施工技術(shù)，則可解決以上問題，讓給排水施工更加高效、順利、安全地開展。

1 工程概況

灃涇大道位于西咸新區(qū)灃東新城，為西咸新區(qū)“五縱、五橫”骨架路網(wǎng)，其中灃涇大道南段屬于五縱之一。本項目為城市I級主干道標準，為區(qū)域內(nèi)南北向交通主干道，采用四幅路型式。主行車道雙向10車道，設(shè)計車速60 km/h。輔道雙向4車道，設(shè)計車速40 km/h。 在K3+400處與西余鐵路相交，設(shè)置一處鐵路箱涵和兩側(cè)雨污水、燃氣管道下穿鐵路。

2 頂管施工要點

2.1 頂管施工設(shè)備選擇

該工程使用泥水平衡頂管機進行頂進施工。泥水平衡頂管機具有獨特的特點，通過安設(shè)隔板和泥水壓力倉來確保開挖面的穩(wěn)定，并將切削的土砂通過泥水的狀態(tài)順利送離地下。其包括頂管機、泥水輸送、泥水處理和頂進管理4個關(guān)鍵部分。這些部分緊密配合，一同完成頂進施工任務(wù)。

頂管機是整個系統(tǒng)的核心，其在正式作業(yè)前，將刀盤和殼體外圈連接，并讓泥水倉保持密閉狀態(tài)。這樣可以減輕泥水的泄露，確保施工安全。施工過程中，使用泥水旁路進行大循環(huán)，有利于減小泥水壓力的變動對開挖面造成的影響。一旦泥水倉中的壓力處于穩(wěn)定狀態(tài)，就可以開啟中心軸動力泵站，驅(qū)動中心軸和刀架往前運動。刀盤通過刀盤驅(qū)動電機轉(zhuǎn)動，以對土體進行切削。為了保證施工安全，在施工現(xiàn)場最前端頂進管道還特別加裝了人工格柵，防止大塊的土石通過管道進入頂進機，確保施工過程的穩(wěn)定性和安全性[1]。

根據(jù)《給水排水工程頂管技術(shù)規(guī)程》的規(guī)定，在選擇頂進動力設(shè)備時，考慮到該工程管道直徑最大為2.4 m，選取了額定功率為5 000 kN（500 t）的泥水平衡式頂管機作為頂進動力裝置，以滿足項目對動力的需求，確保施工作業(yè)的正常開展。

2.2 頂管設(shè)備的安裝

2.2.1 導(dǎo)軌安裝

導(dǎo)軌必須保持平直、平行和等高，并且和管道設(shè)計坡度保持一致，以確保頂進管節(jié)能夠平穩(wěn)地沿著導(dǎo)軌進行推進，避免發(fā)生偏斜或者卡阻現(xiàn)象。安裝后的導(dǎo)軌必須牢固，不能存在任何位移。為了確保導(dǎo)軌穩(wěn)定性與安全性，需要定期檢查與校核。通過檢查校核，可以及時發(fā)現(xiàn)并修復(fù)導(dǎo)軌上的問題，確保其滿足設(shè)計要求。

2.2.2 后背安裝

后背采用裝配式設(shè)計，由鋼筋混凝土分配梁和鋼板組成。在安裝過程中，鋼板必須緊密貼合分配梁，并進行牢固的固定，以確保后背的穩(wěn)定性和可靠性。此外，后背的安裝方向應(yīng)該垂直于導(dǎo)軌的方向，以便與頂進作業(yè)相適應(yīng)[2]。

2.2.3 頂進裝置安裝

主頂裝置是頂進過程中不可或缺的設(shè)備。在安裝主頂裝置之前，必須仔細檢查其尺寸和結(jié)構(gòu)，確保符合要求。在安裝過程中，需要平穩(wěn)、緩慢地進行操作，避免產(chǎn)生沖擊和碰撞，以確保安全可靠的頂進作業(yè)。安裝結(jié)束后，還需要對導(dǎo)軌和主頂裝置實行測量。機頭和導(dǎo)軌之間的接觸面應(yīng)當保持平穩(wěn)與吻合，以確保頂進管節(jié)能夠順利地沿著導(dǎo)軌進行推進，減少摩擦和阻力。

2.2.4 安置土方運輸設(shè)備

使用泥水平衡機頂管進機，采取水力機械法，使用吸泥泵把泥漿吸出，經(jīng)過和管路連接的排泥旁通設(shè)備送至泥漿沉淀池。這種運輸方式可以實現(xiàn)土方運輸?shù)钠胶?，避免對地下工程產(chǎn)生過多的泥漿排放，并減少對環(huán)境的影響。

2.2.5 頂鐵安裝

在進行頂鐵安裝過程中，軸線必須和管道軸線平行，以確保頂鐵和管道之間的位置相匹配。在頂進施工進行時，工作人員不可停留于頂鐵上端以及側(cè)部，并要時刻觀察頂鐵是否存在異常情況，確保頂進施工的安全進行。

2.3 工作平臺及防護

工作平臺搭建于工作坑的頂部，使用I22#工字鋼作為臨時支撐結(jié)構(gòu)，上方鋪墊厚度為5 cm的木板，中央部位預(yù)留出3 m×3 m的下管與出土平臺口。在平臺口0.5 m以外，安設(shè)一圈防護欄，護欄材料為直徑為40 mm的鋼管，立桿高度則設(shè)為1.4 m，下方和平臺之間進行穩(wěn)固連接。水平桿分為兩層進行設(shè)置，下層水平桿和平臺頂部間隔0.2 m。上下層間隔距離為1 m，將立桿和水平桿之間使用扣件進行連接。

對工作坑安設(shè)3層樓梯，樓梯材料為鋼材，每一層高度為3 m。樓梯有設(shè)計扶手，踏步間隔距離為30 cm。在樓梯的入口位置設(shè)置防護欄，護欄的安裝方式和工作平臺一致。需要在入口位置張貼安全標志，在樓梯的底端修建平臺，將平臺和混凝土墻進行錨固連接，平臺下方設(shè)置斜撐支護。

在頂管架子頂部搭建防雨棚，工作井周邊需要修建高度為30 cm的高層擋水墻，并在墻體外側(cè)修建排水溝，避免雨水流至工作井中。

2.4 下管

按照具體情況與管材直徑，使用25 t起重機進行下管施工。在實行吊裝施工時，需安排專人加以指揮，并統(tǒng)一發(fā)布指令。需確保起吊能力符合頂管工具管與頂進裝置的拆卸安裝、吊鋼管與頂鐵的安裝拆卸、其他材料的垂直運輸。在正式進行施工作業(yè)之前，必須要先實行試吊，距離地面大約10cm的位置核查重物捆綁狀況與起重機的穩(wěn)定狀態(tài)，核實確定其安全可靠之后，才能正式吊裝。

2.5 管道頂進

2.5.1 出坑

在洞口外側(cè)設(shè)置水位觀測孔，基于此孔判斷降水有否滿足規(guī)定標準。保證洞口外沒有泥漿流進，檢查洞口止水圈與機頭外殼的環(huán)形間隙，保證其均勻、密封。只有當降水效果達到要求，洞外地表不存在明顯沉陷時，才能將封門予以拆卸下來，準備出洞。在拆除封門后，需要立刻清理洞外的金屬物質(zhì)、硬塊等雜物，以確保在管道頂進過程中不會受到任何阻礙。在清除完雜物后，還需要把機頭隨機放入土層內(nèi)，以防止出現(xiàn)土體松動塌落的情況，保證操作安全[3]。

2.5.2 頂進

在將掘進機啟動前，需要確保全部按鈕開關(guān)都處于斷開狀態(tài)。合上電源開關(guān)指示燈點亮，連接監(jiān)視系統(tǒng)。調(diào)節(jié)測斜儀歸零，開啟送泥泵與排泥泵。開啟液壓設(shè)備，將泥漿放入掘進機之中，調(diào)節(jié)泥漿壓力處于穩(wěn)定值。最后開啟刀盤，并根據(jù)屏幕中的土壓表數(shù)據(jù)將其調(diào)節(jié)至標準壓力范圍。在掘進機運作期間，應(yīng)當經(jīng)常加以調(diào)整，以保證頂進工作穩(wěn)定性。操作人員可以根據(jù)屏幕中的輸出數(shù)據(jù)來加以調(diào)整。

在頂進過程中，主千斤頂起著關(guān)鍵作用。應(yīng)當依照以下5個步驟實行主千斤頂?shù)捻斶M工作：①將“千斤頂選擇”移至“主千斤頂”，確保綠燈亮起。②按下“速度儀調(diào)零”按鍵，然后按下“千斤頂控制”的頂出開關(guān)，使綠燈亮起，運行主千斤頂。通過旋轉(zhuǎn)旋鈕式調(diào)速閥，控制千斤頂?shù)乃俣?。③在主頂千斤頂伸到預(yù)設(shè)的行程值之時，千斤頂自動停止，“頂出”開關(guān)動力組處于卸載狀態(tài)持續(xù)運行。④在回縮時，按下“回縮”按鍵，紅燈亮起，主千斤頂開始回縮。⑤當主千斤頂位于回縮終點時，關(guān)閉開關(guān)，讓主千斤頂停止運動。在緊急狀況下，可以摁下“緊急制動”開關(guān)，切斷全部電路。

在管道頂進操作全部結(jié)束后，需要采取停機操作。具體步驟包括：①停止主千斤頂?shù)倪\行，將“切土口”“機內(nèi)旁通閥”“泥漿截止閥”“機內(nèi)液壓動力機組”一起關(guān)閉，再關(guān)閉“送泥閥”“排泥閥”和“旁通閥”3個指示燈。②按下“送泥泵”的“停止”按鍵，將“泄放閥”移至開啟位置。③關(guān)閉“工作回路”，關(guān)閉屏幕及主電源。

2.6 頂管的測量與糾偏

2.6.1 測量

頂管前需要對井中的測控基準點實行再次檢查。一旦發(fā)生井位移、沉降或變形，必須及時重新核對基準點的位置，以確保測量的準確性。

測量管道的水平軸線和高程時，具體的要求有如下3點：①在頂進期間，每頂入1 000 mm都需要對其實行測量。若頂進工作井進入土層時，每頂進300 mm都需要對其進行測量。在接近接收工作井前的30 m范圍內(nèi)，應(yīng)增加測量的頻率，每頂進300 mm都需要對其進行測量。②完成整個頂管段后，還需要在每一管節(jié)接口位置實行水平軸線與高程的測量，并在存在錯口的情況下測得相對高度差。如果糾偏量比較大或需要頻繁進行糾偏，則需要提高測量頻率。所有測量記錄都應(yīng)該完整清晰，以備后續(xù)參考。③針對距離比較長的頂管，建議使用基于計算機的導(dǎo)線法加以測量，以提高測量的準確性和效率。在管道中設(shè)置中間測站之時，適合使用長導(dǎo)線法，并對中間測站加以復(fù)核，以確保測量可靠性。

2.6.2 糾偏

在頂進環(huán)節(jié)，需要隨時了解頂進的方向與趨勢，以便及時調(diào)整施工策略并糾正偏差，確保施工的順利進行。及時進行糾偏操作，并使用小角度的糾偏方式，確保開挖面土體的穩(wěn)定。如果使用挖土糾偏法，超挖量必須要滿足地層變形控制與施工設(shè)計的標準，以避免可能出現(xiàn)的不穩(wěn)定情況。測量、技術(shù)和安全人員必須要及時掌握頂進數(shù)據(jù)，每個作業(yè)班或列車經(jīng)過后，都應(yīng)對營業(yè)線和地表實行檢測。一旦發(fā)現(xiàn)問題，需立刻記錄，確保修正的及時、有效。

2.7 壓漿

壓漿是一種在土壤或巖石地層中進行的注漿施工技術(shù)，通過注入特制的泥漿材料來填充管道周圍的空隙。這項技術(shù)主要用于減少地層損失、控制地面沉降以及降低頂進阻力，從而有效保護地下工程的安全和穩(wěn)定。在實行頂管時，壓漿是十分關(guān)鍵的一步。頂管機頭與尾端的壓漿必須要與管道頂進一同開展，從而使得泥漿能夠及時注入到管道周圍空隙中。在適當?shù)奈恢眠M行跟蹤補漿，有利于及時補充泥漿的損失量，保持施工的連續(xù)性和穩(wěn)定性。

壓漿環(huán)節(jié)有以下6個注意事項：①安裝完壓漿設(shè)備后，應(yīng)當開展水壓試驗，以檢驗設(shè)備的密封性和性能，以確保在實際施工中可以準確地注入泥漿。②壓漿量是按照管道外周環(huán)形間隙的1.5～2倍來確定的。壓注壓力則是按照埋設(shè)深度與土壤的重度來確定，以保證足夠的注漿效果與施工安全。③在漿液配置方面，機頭和尾端壓漿材料應(yīng)當具有高黏滯度、低失水率和良好的穩(wěn)定性能，而補充泥漿損失的補漿材料則需要具有較小的粘滯度和較大的流動性，以有效地彌補泥漿的損失。④為了實現(xiàn)多點壓漿，每一注漿斷面通常設(shè)4處壓漿孔，而且鄰近斷面壓漿孔位置設(shè)為平行狀態(tài)，以保證注漿足夠均勻、完整。⑤在每次頂進過程中，先對第一個注漿斷面進行足量的壓注，確保注漿達到預(yù)期效果。后續(xù)其他斷面則按照順序進行跟蹤補漿，以保證整個施工過程的連續(xù)性和穩(wěn)定性。⑥頂進完畢需要轉(zhuǎn)換泥漿套的漿液，通常采用水泥砂漿摻入適量的粉煤灰，以提高漿液的稠度。轉(zhuǎn)換后的泥漿相對密度一般在1.03～1.1，黏度為17～20 Pa·s，含砂率要求低于2%，以確保注漿材料的均勻性和穩(wěn)定性。在壓漿結(jié)束之后，所有使用的設(shè)備都必須做到充分清洗，從而確保設(shè)備的長期使用性能和安全性，為下一次的施工打好基礎(chǔ)。

2.8 出坑

在接收坑內(nèi)部應(yīng)安置好枕墊和滾筒，以確保管道的順利出坑。當機頭接近接收坑的外側(cè)時，需要拆除封門，以便順利將管節(jié)移到接收坑內(nèi)。在將管節(jié)頂入接收坑后，需要留出的管節(jié)長度小于管長的1/3，以避免敲拆管，并為接口施工提供方便。要特別注意防止管節(jié)接頭橡圈松動，以確保管道的密封性能。

2.9 管段連接

在進行管段連接前，務(wù)必再次仔細檢查管節(jié)的外觀和尺寸。如果發(fā)現(xiàn)管端存在破損、面不平整或者尺寸誤差較大的情況，則不能下井進行連接作業(yè)。在安裝O型橡膠止水圈之前，要先涂抹聚氨酯涂膜橡膠，以增強密封效果。安裝襯板后，將管節(jié)平穩(wěn)地卸入井底軌道上，并安裝環(huán)型頂鐵，以增強管道的承重能力。

2.10 頂進后管道注漿施工

在完成頂進作業(yè)后，需要對涵外1 m范圍內(nèi)的設(shè)計區(qū)域進行注漿加固。利用管道預(yù)留的孔進行涵內(nèi)注漿，并對注漿孔進行封堵。在進行注漿施工時，應(yīng)遵循一個原則，即注漿壓力以水泥漿液能順利注入為準。盡量采用較小的注漿壓力（控制在0.5～2 MPa），以確保注漿施工的安全性和效果。

2.11 接口處理及閉水試驗

在進行接口處理時，必須嚴格按照設(shè)計方案的要求進行操作，并選用具有合格證和檢驗報告的材料。接口處理完成后，需要進行閉水試驗。只有在經(jīng)過閉水試驗并合格后，才能進行工作井的回填工作，以確保施工質(zhì)量的合格和工程的順利進行。

3 結(jié)束語

將非開挖頂管施工技術(shù)運用于市政給排水工程中，應(yīng)當基于當?shù)氐牡刭|(zhì)、地理、地形條件，選取合適的管材與工藝技術(shù)。為了能夠有效提高施工質(zhì)量，需要作業(yè)人員嚴格遵照設(shè)計要求，對施工各個階段的細節(jié)和質(zhì)量進行嚴格把控，并制定實施科學(xué)有效的檢測和質(zhì)量管控方案，以達到工程建設(shè)的具體要求。

參考文獻

[1] 王智.市政給排水工程非開挖頂管施工技術(shù)分析[J].科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新，2022（27）：110-113.

[2] 高涵.市政給排水工程非開挖頂管施工技術(shù)分析[J].四川水泥，2022（6）：177-179.

[3] 蔣奇.市政給排水施工中的非開挖頂管施工技術(shù)[J].四川水泥，2021（7）：260-261.