市政道路排水工程污水管頂管施工技術的應用

文／李曉娟 長春城投城鎮化建設投資有限公司 吉林長春 130000

引言：

市政道路污水管道設置是為了保護路面結構，實現雨污分流，保證道路周邊水系暢通。由于市政道路排水工程的污水管道需要深入地下，施工環境復雜，管道密集，結構復雜，因此施工難度極大。近年來，我國市政工程建設逐步完善，施工工藝得到了極大的優化和改善，新型技術和材料得到廣泛應用，通過頂管技術的實踐，有效提高了排水工程的施工水平以及工程質量。

1.市政排水污水管頂管施工技術概述

1.1 技術原理

頂管技術是一種小部分開挖或者不開挖的管道施工技術，一般多見于市政道路的排水施工中。該技術存在較多突出優勢，其施工工期比較短，施工階段對周邊環境干擾較小，管壁光滑且密封性很好。但是相比于其他管道施工技術，該技術應用的成本更高。多年來，隨著市政道路排水施工水平的提升，其污水管施工作業所用技術工藝也在不斷革新，頂管施工技術在業內廣泛應用。該技術是以傳統地下管道施工工藝作為技術基礎而優化延伸出的新型管道施工技術，與傳統排水工程污水管施工技術相比，不需要進行大范圍的開挖作業，只需進行小面積工作井的開挖作業，然后組織頂管作業，將管材頂進到目標位置。施工期間，管道之間的各中繼站以及主頂油缸裝置等發揮關鍵作用，為各頂進設備提供聯合推力，將其推動到指定地質層完成施工。污水管的頂管施工作業中，工具管的選擇是關鍵，一方面要注重工具管的材質質量控制，同時還要結合工程施工需求保證工具管的匹配度。市政道路排水污水管施工中通常會選擇鋼筋砼管，此種工具管承壓性能優越，可荷載各方面壓力，安全性強且使用年限長。頂管施工作業屬于持續性作業，具備不可逆轉性，施工一旦開始，則不能隨意中斷，如果施工期間中途存在長時間停工情況，將對頂進施工效果造成影響[1]。

1.2 技術類型

市政道路排水工程的污水管施工中，所用頂管施工作業類型主要分成開放性和密封型兩種，其中后者在現階段工程作業中更為常見，具體來說，其所包含的工藝技法主要有以下幾種類型。

1.2.1 泥水式推進法頂管施工

此種施工技法實際操作過程中需使用刀盤掘進機設備，合理控制頂進速度，令掘進機的正面推土壓力處于平衡的狀態。與此同時，合理調節循環水的壓力，維持地下水壓的平衡。此種技法可實現連續式施工作業，且全過程可保持較快的推進速度，施工期間不會造成明顯的地表沉降，因此施工前不需要實施地基改良處理，也無需采取降水措施。

1.2.2 土壓式推進法

土壓式推進法是在操作間內的切削倉中，注入混合材料，直到泥倉被混合料注滿為止，以使得地下水壓力以及正面推土壓力處于平衡狀態。實際操作期間，對于混合材料的輸送無需使用專用的泥漿泵等設備，一般來說使用價格相對低廉的推進機則可開展施工。施工期間所用泥漿材料無需進行處理，應用成本不高。施工中通常使用單刀盤或者多刀盤類型的土壓平衡推進機設備，施工中還要注意管徑的控制，一般應在1000-3000mm 范圍內[2]。

1.2.3 泥濃式推進法

這類方法主要采取二次注漿的方式進行處理，降低地層之間存在的摩擦力，并且順利排出頂管中的礫石等廢棄物，保證后續的頂管作業順利實施。一般來說，此種技法更適合應用在長距離的污水管頂管施工作業當中。實際操作過程中，應用此種作業方式，可有效分離地下土和礫石，將礫石雜物等輸送道地表外部，然后集中運輸處理。此種推進方式適用性廣泛，在絕大多數土質環境中都可使用，施工期間所選頂進管的直徑需嚴格控制，一般在700-2200mm 之間為最佳。施工期間，先要進行工作坑的掘進開挖，隨后制作混凝土頂管并安裝，使用油泵設備實施頂管施工，出泥后貫通管道，完成操作之后拆卸工具管，組織工作井檢查，最后進行回填作業。

2.市政道路污水管頂管施工常見問題

2.1 管道偏移及積水

產生管道偏移和積水問題主要是由于測量不準、施工人為失誤、意外避讓構筑物等因素導致的，使管道的位置偏移，從而出現立面積水、倒坡等現象。因此在施工時需要嚴格按照規范進行測量，完成交接樁復測，同時還要根據樣樁施工，重視軸線、縱坡的測量與驗收。當面對構筑物需要避讓時，應在合理的位置設置連接井，轉角至少為135°[3]。

2.2 閉水試驗不合格

這主要是由于基礎不均、施工質量不佳、端頭封堵不嚴等因素導致的，因此施工時必須要全面檢查是否存在滲漏，并對滲漏處做好記號，排空管內水分后再進行處理。對于細小的縫隙、滲漏，可以通過水泥漿、防水涂料涂刷，對于嚴重的應采用返工處理的方式。

2.3 回填土沉陷

這主要是由于壓實機具選擇不當、填料質量不佳、含水量控制不當等因素導致的。因此施工時對于其他構筑物基礎脫空破壞的情況，應采用注漿填充的方式，而結構破壞的則應當挖出質量不佳的填料，用穩定性能較強的材料代替。

3.市政道路排水工程污水管頂管施工技術的實際應用

3.1 工程概況

本工程為城市市政基礎建設工程，其中包括市政道路，綜合管廊等系列基礎配套設施建設，其中綜合管廊長度約為7.9km，在管廊工程中污水管設施建設是重點內容，綜合考量后工程選用適用性較強的頂管施工技術。

3.2 施工流程

在頂管施工時，應依照常規作業流程展開施工作業，首先進行施工前的相關準備工作，完成測放作業，隨后進行井位制作，然后準備與之匹配的頂管設備，設備準備就緒后實施導向鉆孔，隨后進行拉管施工，進行各管節的頂管作業，完成后拆除頂管設備，修筑檢查井，測量糾偏。

3.3 技術應用要點

3.3.1 前期準備

正式頂管施工前，要先完成以下準備工作。施工人員需明確圖紙中內容，掌握頂管施工位置，準確了解現場周邊交通情況，隨后科學選址，進行相關臨時性施工設施的提前搭建，根據工程設計中的頂管長度來合理設置管道埋深。與此同時，要調查分析施工區域及周邊水文地址條件。頂管施工中應用的必要機械和材料等進場環節是控制關鍵點，設備的運行調試和建材質量抽檢都不可忽略。設備檢查入場之后要遵從管理秩序擺放儲存，不得亂停亂放。施工現場衛生環境要符合標準，垃圾雜物等不得存在。此外，頂管作業正式開展前相關測放工作需完成，在這一過程中偏差值的控制較為關鍵。在本工程中，若是管徑的尺寸在1500mm 之內，則軸線部位測放數值的偏差不應超出100mm[4]，管內底高程參數測放數值的偏差應控制在30-40mm 的范圍內。若是偏差超出既定標準，現場需及時糾偏，修正測放數據。測放結束后，對于現場施工區域進行找平處理，令其區域平整。施工現場要入場吊車等設備，為此在場地規劃階段就要提前預留出吊車設備的行車空間。如果施工區域面積相對較小，要提前做好特殊規劃預案，如果場地面積充足就無需進行特殊規劃。

3.3.2 井位制作

進行工作井制作的時候，通常有兩種制作形式可供選擇，一種是坑式設備工作井的制作，一種是裝管井的制作，制作時需立足于項目的實際需求，本工程綜合實際情況選擇應用第二種井位制作方式，在原井中安設500mm 長的管節用于后續頂管作業。

3.3.3 導向鉆孔設計

設置導向鉆孔時，先要選擇合適的定位輪裝置，便于有效控制管道流水標高。在工作井中復核檢查標高后，判斷其數值與工程設計參數之間存在的誤差并修正，確保數據標準后再進行下一井位的參數復核。導線鉆孔的布設點位應該盡量要與地下已有管線保持安全距離，最大程度遠離施工區域中布設的電力管線，光纜線路等等。工程設計人員需對導向鉆孔曲線實施深度的優化，盡量簡化其曲線設置的復雜程度，適當增大其曲線弧形部分的曲率。入土點部位的鉆孔設置以及出土點部位的鉆孔設置都要遠離水體，間隔距離至少應在5-6m 之間，以免布設距離過近導致施工中泥漿噴涌。

3.3.4 回擴掘進頂拉及復測

頂拉施工中本工程使用了聚乙烯，該材料不適合進行大噸位頂進作業，如果遭受較強的頂進作用力很容易造成材料損壞。施工中在土體和管道之間注入泥漿，起到減少摩擦的效果。結合工程現場的實際施工條件，環空需至少為40mm。本工程將環空設置為40mm，在此條件下，設備機頭頂進效果良好，頂進過程中產生的泥漿有效改善了施工作業條件。

施工時導向桿標高參數的復測非常關鍵，施工人員要結合施工具體深度，來計算分析施工范圍內土層荷載情況，判斷是否需要進行預擴孔處理，如果必要還需配置相匹配的止泥環。技術人員需結合現場土層屬性來選擇合適的機頭。若存在流沙流塑性土層，則要選擇專用壓力倉機頭裝置，此種類型的機頭可以實現自動泄壓和自動閉合，具備良好的使用性能。實際操作時，第一節是工具管，每頂進50cm，就要進行測量，在必要情況下，還需靈活調整測量的間隔距離，增加測量的頻率。測量后要根據結果的精準程度采取相應的控制措施，確保管道可以依照設計要求精準的進入土中。管道頂進到既定土層中，技術人員可適當將測量頻率降低，但是測量間距要控制在100cm 以內，期間頂管偏差要嚴格的控制[5]。施工期間技術人員應使用激光導向經緯儀裝置進行測量。操作過程中需經緯儀設備的姿態實施糾正調整，令其瞄準工作井內的激光發射裝置，然后調整激光發射器令其發射點位處于軸線上。進行高程參數測量的時候借助水準儀裝置，通過對頭一節管道前端，以及其后端部分管內底高程參數的準確測量，可準確判斷出頭一節管道的具體走向，隨之制定相應控制策略。技術人員應將激光經緯儀裝置安裝在工作井當中并調整矯正其位置。管內還要安裝相關標識，將其用作輔助裝置，管道頂進到既定點位之后，如果設備激光射在標識牌的中心點位，則表示管道的頂進位置較為準確，沒有出現偏差，反之則需及時進行修正調整。頂進操作完成之后，對于各個管節接口的核心部位，以及其各自高程參數都要復測，以根據復測結果判斷各管節連接狀態，如果測量期間發現各管節之間存在錯口，要對其之間的高差進行測量，然后調整為標準狀態。

3.3.5 鉆導向孔及回擴

該階段技術人員需根據工程既定的鉆進設計曲線進行鉆孔，施工期間現場要安排工作人員負責控制監管掌控鉆孔鉆進方向、鉆進深度以及鉆頭板的實際狀態，檢查人員和司鉆手之間要及時進行技術交流和溝通，防止出現操作失誤等問題。實施鉆進操作及回拖處理時，要注意鉆桿運行狀態的控制，避免操作時鉆桿出現逆時針轉動的情況。鉆孔全過程為保質量需要進行站旁監督，并且嚴格的落實簽證制度以用于約束現場作業，保證鉆孔軌跡正確。鉆進到出口部位工作坑之后，則停止操作。此時鉆孔直徑尺寸尚未達到設計標準的，還不能進行后續的鋪設施工，對此，本工程選取的多此擴充直徑的方式進行處理，先使用直徑為159mm 的鉆頭裝置進行鉆孔回擴，處理完畢后再使用直徑為273mm 的鉆頭裝置進行鉆孔直徑回擴，一直到鉆孔直徑能夠符合既定設計標準位置。隨后技術人員將鉆孔中殘留泥漿等使用清空器處理干凈即可。

具體操作過程中，施工人員要注意以下控制要點。第一，回擴孔徑時，要先將鉆頭裝置卸下后更換規格159mm 的回擴頭裝置，將其與鉆桿尾端連接，然后啟動鉆機設備開始進行孔徑的回擴。會拉處理的時候，要依照施工進度調整鉆桿的長度，適當進行加接處理，操作全程鉆桿裝置都不應進入空洞。第二，擴頭回拉一直到達駁坑之后，施工人員要拆卸回擴頭裝置，然后更換個規格273mm 的回擴頭裝置進行安裝，隨后旋轉回拉擴孔，依照之前的操作方式完成回擴處理。第三，拉管操作時，各節PE 管都要處于既定位置，拉管完成之后，對于所用設備用具裝置等要及時清理干凈，并且將其分類保管[6]。

3.3.6 泥漿的制備與施工

本工程頂管施工現場局部地區存在復雜的地質條件，因此對于所用泥漿材料制備有較高的標準。泥漿制備期間要保證材料性能質量達標，需科學配置用料，合理選用制備方法。實際操作期間要注意如下幾個制備要點。第一，使用水泵裝置將原材料輸送到鉛淀池中，進過沉淀反應和過濾反應之后，再進行正式配漿。第二，選擇大一級膨潤土材料進行配置，在其中加入適量的專用添加劑之后充分攪拌。一般來說，泥漿專用添加劑有較多種類，應用頻率較高的有防塌潤滑添加劑，以及降失水添加劑等等，具體選用時候要根據泥漿制備的要求合理配置。第三，配置過程中應借助快速水化裝置來實現膨潤土材料的有效水化處理，與此同時，現場還要增設泥漿罐，本工程泥漿制備現場配置了4 個泥漿攪拌罐，以及1 個泥漿配漿罐。第四，對于施工期間產生的回流泥漿要進行妥善處理。對此施工人員應在鉆機施工現場以及頂管作業現場修筑專門的回流泥漿收集池，用于其泥漿的收集處理。擴孔施工期間產生的泥漿將匯集到回流泥漿收集池當中進行沉淀，隨后光纜套管裝置將其輸送轉移到鉆機施工現場的泥漿池當中進行沉淀回收，然后啟動泥漿回收系統對泥漿進行回用處理。

3.3.7 施工安全防護

市政工程涉及面廣，關系著人民群眾日常生活以及現場作業人員的人身安全，施工期間必須加大施工期間的安全防護。例如，施工人員佩戴安全帽等相關防護用具，提高主動防護水平；在施工場地周邊設置擋板；加強安全監管，及時發現問題并正確處理；部分區域不具備安裝防護欄的條件，此時宜在周邊裝設防護網，以防人員跌落；加強對施工設備的性能檢查以及材料的質量檢查。通過落實具體的安全防護措施，提高現場安全防護水平，最大限度的降低安全事故的發生。

3.3.8 測量及糾偏

對于頂管測量，可通過激光線測量的方法完成。將激光經緯儀安裝設置在工作井中，以管線為基礎進行調節，同時必須妥善安裝標示牌，頂進管道與設計方位合一時，激光點可以精準地射到標識牌的正中方位。全段頂管結束后，有必要在每個管節的接口處測量位置與高程，如果出現了錯口的情況，需要詳細測量錯口高差。此外，為了使管道的光滑度達到最佳，有必要用砂漿抹平錯口。另一方面，對糾偏校正而言，重點在于預防，要最大限度地避免由于超差而引起的再度校正的情況。頂進時，最大誤差為10mm[7]，對于誤差，要進行及時的糾正，而且糾正必須從小角度出發，緩慢行進，不能過快。對于糾偏方法，可以利用挖土校正法，也可以利用強制校正法。

3.3.9 管道接口及管道裂縫的處理方法

混凝土管是施工中常用的管材，這類管材接頭要保證完全固定管道導向環。一般來說，接頭的主要處理途徑包含：如果頂管管材利用的是平型接口，后續不同管之間出現縫隙時，應利用環氧水泥砂漿進行填抹；如果管頂頂進結束后，壓力試驗造成了管道破損的情況，需要在管道內部設置密封環，還要做好接口防水測試。在頂進過程中，由于管道有時會受到不均衡的壓力，從而造成裂縫的進一步擴張，所以，必須及時處理裂縫。如果是比較細微的裂縫，可以用環氧砂漿進行填充；如果是比較明顯的裂縫，可以用鋁粉砂漿進行處理。

結語：

綜上所述，在市政排水污水管施工中，頂管施工技術可充分發揮其應用優勢，實際使施工中無需開挖就可開展施工，在保證市政管廊施工質量的基礎上，還能最大程度保障道路路面的完整程度，防止損壞或擾動周邊建筑物。施工期間，要掌握各技術要點，確保污水管施工質量符合預期。