給排水施工頂管技術研究

曹常剛

（鞏留縣水利服務站，新疆 伊犁 835400）

頂管工藝是指一種非開挖掘進形式的管道敷設手段，其主要特點在于不會對周邊環境產生嚴重影響，且施工區域相對較小，可以實現地下深入作業，無需對面層進行開挖，能夠穿越公路、地面建筑物、地下管線。通過主頂油缸以及中繼間的推力，使掘進設備穿過土層，推到接收井，并吊起。將其運用在給排水施工項目中，可確保施工作業有序開展，規避復雜的地下管線，提高工程安全性。

1 工程案例

本工程為新疆鞏留縣工業園區續建配套項目，屬于污水管網的一部分，主要管徑為D1000、D1200、D2000，全線設有工作井以及接收井，采用鋼筋砼結構，頂進區間地層以黏性土、粉砂層以及碎石層為主。在經過詳細施工環境勘察后，施工單位決定選取抗腐蝕性較為突出的頂管材料，并嚴格依照設計要求，控制管節、配筋等指標，注重機械裝置間的搭配，具體的設備選型情況為：DK2000 頂管機、ZB 高壓油泵、軌道電瓶車、800KN 油缸以及SYB 注漿泵。

2 給排水施工的頂管技術應用路徑

2.1 頂管工藝流程

在給排水項目中，頂管施工作業可參考大量成功案例，實現施工流程的優化與調節，注重工藝間的銜接與搭配，做好設備流量控制，持續改進頂進環節，明確工作要點，保證工程效益，具體流程為：項目開始→測量放樣→頂管坑制作，是指頂管起始點、終結點的臨時設施，坑內布設導軌、后背墻以及千斤頂→工作井設備安裝→頂管機進洞，包括千斤頂推進、注漿、測量→管節頂進，包括接口安裝、頂進、安管、糾偏→頂管機出洞→設備拆除→管縫處理→驗收→制作檢查井→完工。

2.2 土壓平衡控制

在頂管作業時，要充分考慮地層特點，結合工作人員多年的就業經驗，做好土壓平衡管理，實現關鍵參數的細化處理，包括頂進壓力、出土機轉速、頂進速度、地面變形等。比如：若螺旋輸送設備的排土量相對固定，則頂進速度越高，土壓力越大，為確保土壓力的有效管理，需要適當調節設備頂進速度；若推進速度恒定，則土壓力大小與設備排土量則呈現正比關系，但該特征變化更加平緩，因此在初始推進階段，應進行反復測試，直至排土量達到土壤質量的95%以上，才可認定為正?，F象。也可充分考慮地面沉降大小，當地面存在隆起，則適當增加土量，若地面產生沉降，則降低土量。對于本次工程項目來說，頂管機掘進機理論工作效率在5cm/min，但實際應用時，設備工作效率只能達到3～4cm/min，究其原因在于主頂泵站性能有待提升。因此，工作人員需要密切關注設備采購以及性能調試等環節。

此外，技術人員還要探明地層損失的原因，提出針對性的解決措施，比如：控制管道產生的土量，當挖掘量超出12 個鏟斗，則應適當提升前倉壓力，保證在0.15Mpa 以上，而電機電流則要維持在50A 左右，實現頂管機的穩定運行。并且在砂層頂進階段，同樣要觀察好前箱壓力變化情況，以便第一時間調節挖掘、頂進速度；在頂管機維護階段，可采用法蘭閥，完成孔隙密封處理，避免土壤、水進入管道，造成不必要的損失；在管道建設時，需關閉地面交通，以降低地面動態荷載為首要目標；每次頂進間隔后，都要通過砂漿完成凝固、灌漿處理，及時填補間隙，防止后期作業出現地面沉降；記錄設備前管壓力以及設備頂進速度，確認電機電流變化狀況，保證刀頭扭矩大小得到全面反映。

2.3 注漿減摩控制

首先要確定泥漿混合比，認識到注漿作業對于頂管施工的重要性，科學的注漿技術能夠利用置換、擠壓等方式，切實改善巖土物理力學性質，有效填充裂縫與孔隙，為工程項目建設提供安全保障。在作業階段，工作人員要做好施工裝置的管控，嚴格依照既定混合比例施工，通過大量對比與試驗，確定鈉基膨潤土的施工配比，根據研究顯示，用于觸變泥漿的膨潤土與水的質量比應控制在1：10。至于礫石層的泥漿混合比則應維持在膨潤土：水=1：8，同時，泥漿的比重應選擇1.06g/cm3。其次要梳理泥漿制作流程，包括添加28kg膨潤土、28L 水，之后準備好攪拌缸，添加相應物料，攪拌5 分鐘左右，進行濃度測試，若濃度達到1.06g/cm3，則證明泥漿質量達標。需要靜置水化24h，并在使用前實施二次攪拌。在泥漿制作階段需要注意，施工人員要做好相關知識的學習，具備豐富的實踐經驗，在添加材料時，控制好物料的施加順序，并搭配繼電器控制攪拌時長。保證膨潤土在靜置水合的過程中能夠充分吸水，搭配一系列防護措施，防止膨潤土受到干擾。最后要進行注漿管理，對于頂管施工項目來說，注漿系統的結構組成以灌漿裝置、混合系統、管道、閥門為主，若想保證施工順利，便要控制好管道的安裝區域，設置好管道間的間隔距離。對于本次項目，應充分結合地層特點，盡可能減少管道成本，避免注漿量過高，在每段布設三個灌漿孔，且斷面間應維持7m 左右的間隔距離。并要求每個灌漿時間需控制在3min 以內，注重泥漿的連續性，采用三活塞式變量灌漿泵，最大程度降低脈沖，達到連續供應泥漿的目的[1]。

2.4 設置中繼間

中繼間是指在頂管施工階段，用于分段頂進，布置在管段中間區域的環形小室，通常采用鋼材制作成封閉空間，并沿管環安裝千斤頂。該方法的優勢在于，能夠有效減少碩節長度，降低后備數量，若出現涵身相對較長，無法一次頂進的問題，將其分為兩節，通過中繼間法，實現重心軌跡的重合，避免節與節之間出現錯位。搭配剪力楔，抵抗節間剪切力。在實際應用時需要注意，結合上述方法來看，繼電器啟動環節，設備間的安全頂力比例更加接近最小儲備比率，因此可以勝任頂進任務。當第一繼電器進行頂進作業時，難以避免地會因地質條件等外界因素，導致設計頂力與備用力之間的差值較大。為確保預留頂力不超出22%，筆者認為可以在不破壞繼電器外形的前提下，且低于管道允許頂部力條件下，安裝多臺氣缸，用以提升儲備頂部力系數，保證頂進作業的安全性，最大程度減少中繼間裝置的負荷。具體的中繼間安裝位置情況表現為：管道內徑2000mm，油缸數量18 個，額定頂力達到11000KN，第一中繼間的油缸頂力達到6600KN，第二中繼間的油缸頂力達到8800KN[2]。

同時，在伸縮導軌的布置上，需要在電瓶車結渣方面實現繼電器的往復運動，避免在普通導軌應用階段出現設備難以正常運行的問題。為此，筆者認為應持續研究繼電器軌道，將以往的槽鋼材料逐漸優化成槽鋼與輕軌、鋼板有機結合的伸縮軌道，以此提高軌道可靠性與適用性，相關材料的應用參數表現為：槽鋼，可作為底座，發揮導向、支撐作用，數量為2 個，長度為2.5m；輕軌，具有前后伸縮功能，能夠確保電瓶車穩定通過，數量為2 組，每組13 個；熱軋鋼板，用于控制協調導軌間距，具有一定的牽引效果。至于伸縮導軌的制作方面，要求最大伸縮距離不超過40mm，焊接區域牢固緊密，打造繼電器間的通道，避免出現電池車的軌道偏離，適當增加電池車的通過頻次。

2.5 測量管理

對于頂管施工來說，在工程測量控制管理方面，要將平面控制網的精度、導線控制點的保護作為研究重點，盡可能減少控制網的限差，計算高程控制網的設置數量。充分考慮施工作業內容，保證施工測量信息能夠為后續施工作業提供數據支持。技術人員要嚴格遵循操作章程，依照業主提供的測量標記信息，進行相關數據的測試與校準，并將測量結果提交至監理人員，在審批通過后，才可繼續作業。而在測量環節，工作人員需根據就近原則選取控制點，將其作為基點，搭配多個導體點，引入工作井。之后通過三角網格，安裝導軌，完成高程軸線測量[3]。

2.6 基坑監測

根據實際調查顯示，本次頂管作業的最深工作井達到25m，因此基坑監測難度較高，為此，應制定針對性的監測方案，結合實際情況進行適當調整，考慮監測結構，獲取施工狀況。

第一，監測項目。在施工環節，監測人員需要全面了解施工環境特點，挖掘潛在的安全隱患，并采取針對性的應對措施，將建筑物、重要管線作為優先監測對象，為后續作業提供數據依托，具體的監測項目表現為：（1）地表沉降，監測儀器以錮鋼尺、水準儀為主，旨在獲取施工對周邊土體、管線的影響程度；（2）地下管線，監測設備為水準儀與錮鋼尺，監測目的同樣為獲取施工對周邊環境的影響程度與范圍；（3）拱頂下沉，監測設備為水準儀與錮鋼尺，監測目的在于，明確頂掘作業時支護結構的變位規律。在測量斷面時需要注意，由于頂進時可能出現地面沉降風險，引發土體塌陷等安全事故，嚴重危及人員的生命安全。為此，需盡可能降低底層損失，強化底層承載力，結合現場實際情況，每隔7m 布設一個監測斷面，保證數據信息的廣泛收集。

第二，監測成果。在監測項目結束后，工作人員需要對監測成果開展全面分析，以軸向地表變形為例，需要對頂進軸線上的監測點開展動態校核，獲取相應數據參數后，統計成地面沉降變形圖，最終發現：當頂管頂進距離達到10m 時，軸線上顯示的地表變形幅度較小，而在工作面前尚未實現土體開發的地表，則存在輕微隆起，而工作面的后方土體則表現出地表沉降問題。在頂管頂進達到20m 時，與之前頂進10m 的情況相比，位于工作面后方的土體沉降幅度持續增加，至于前方土體隆起同樣不斷加深，此類引發的現象表現為地表不斷沉降，并會對后續的土體產生不良影響。當頂管頂進達到30m 時，因距離的不斷加深，會進一步擴大開挖區域的地表沉降與隆起，當頂掘設備刀盤提高對土體擠壓效果時，勢必會對地層產生擾動。而當頂管頂進達到40m 時，土體會在時間、力的影響下產生沉降量穩定的現象。再從橫向地表進行分析，在監測橫斷面地表變形時，需要對于始發井相隔5m 的斷面區域實施研究，并分為以下四個階段，即頂管工作面達到前、達到后，頂掘裝置機頭通過時與機尾通過后。在研究后發現，達到工作面5m 前，工程狀況相對復雜，無法有效獲取相關信息參數，難以避免地會導致監測點數據產生大幅度變化。在工作面深入的過程中，會對土體產生擾動效應，引發應力分布改變，在擠壓作用下，出現土體隆起。在工作面達到5m 后，由于頂進作業對周邊土體存在影響，在作用力的驅使下，土體會出現剪切力，并形成地表沉降，直至頂掘裝置機尾通過，離開監測斷面，頂掘裝飾對土體的作用力仍會持續，從而加大地面沉降幅度[4]。

2.7 注意事項

第一，要做好風險管理，比如：頂進壓力，需要注意測量糾偏，考慮施工地質條件的差異性，搭配適合的泥漿，做好施工裝置質量檢查與性能測試。若頂進環節發現頂力較大，則應第一時間停止，找出問題形成原因，制定解決計劃；旋轉控制，為避免出現頂管機旋轉，可在機頭擺放配重，要求配重與頂管機旋轉方向完全向相反，也可通過控制頂管機頭刀盤，使其與設備旋轉方向相反；崩鐵控制，在頂進時，應時刻觀察壓力表的數值波動，檢查頂鐵安裝效果，判斷是否存在表層脫落，分析是否存在頂鐵外拱。若存在，則要及時停止操作，降低縱向頂鐵長度；后備控制，在施工時，應樹立工作人員良好的安全意識，根據操作標準進行后備安裝，并核對設備垂直度，若發現頂進時，速度突然提升，則要立刻停止作業，找出問題形成原因，并寄出處理。

第二，要做好風險事故的應對，比如：管道被砂層“抱死”，此時頂管裝置處于極限狀態，無法推動管道。為此，應強化注漿利用中繼間，使管道動起來，保證各注漿孔灌注飽滿，且啟動壓力達到38Mpa；刀盤被卡，問題表現為刀盤無法轉動。此時需要通過旋噴清渣法、成槽清渣法，清除刀盤周邊的積砂，去除堅硬的小碎石，將泥漿壓力維持在25Mpa。之后清洗刀盤，持續采取排砂作業，防止刀盤二次被卡。除此之外，相關施工人員也要不斷學習先進的理論知識，提高專業技能，準確了解設施性能特點，做好裝置定期檢查與維護[5]。

3 結論

本文以新疆鞏留縣工業園區續建配套工程項目作為研究對象，闡述給排水施工中頂管技術的應用路徑，通過科學的土壓平衡控制，最大程度地降低注漿摩擦，利用基坑動態監測，消除潛在的安全隱患，更好地控制工程造價，保證管道的順利敷設，達到治理城市水污染的目的，實現水資源的回收利用。