基于市政給排水施工的非開挖頂管施工技術研究

汪 琴

（思信集團有限公司，安徽 潛山 246300）

給排水工程是市政工程的重要組成部分，是城市給水、供水、污水處理的基礎保障。在市政給排水施工中，不僅需要確保施工質量符合國家相關標準，更應當重視施工的效率和資源的節(jié)約，更好地提升給排水服務水平。傳統(tǒng)城市給排水施工技術存在著設備運行損耗較高、項目使用壽命較短等不足。非開挖頂管施工技術有效避免了此類不足，相關人員需要在明晰其應用要點的基礎上，積極運用于市政給排水施工實踐中，為城市排水、污水處理等各項工作的實施提供保障。

1 非開挖頂管施工技術分析

1.1 非開挖頂管施工技術特征分析

非開挖頂管施工技術是指不開挖土層或僅開挖工作井、接收井，在保持盡可能小的開挖量的作業(yè)條件下，借助巖土鉆掘技術定向鉆進，進而通過液壓千斤頂?shù)软斶M設備將管道按照設計坡度、方向推入，進行管道鋪設、修復、更換的技術。非開挖頂管施工開挖面積較小，不破壞上層地層，能夠迅速完成管道工作，在綜合管道施工、下穿建筑物、公路、鐵路施工、給水排污管道施工、通信管道施工中均有著較廣泛的應用空間。[1]

1.2 市政給排水非開挖頂管施工技術應用優(yōu)勢分析

傳統(tǒng)市政排水工程施工需要對路面進行大范圍開挖，為保障車輛、行人安全，需要在施工現(xiàn)場周圍設置路障，或采取道路斷交的方式進行。這樣的施工對于車輛、行人影響較大，增加了交通事故發(fā)生概率，已經(jīng)難以滿足近年人口、車輛不斷增多，建設規(guī)模不斷擴大的城市發(fā)展需求。同時，對地面的長時間、多次開挖會擾動土層，傷害地層結構，容易導致管道節(jié)端等部位發(fā)生變形，損傷管道壽命，且難以有效修復，往往需要更換整段管道。非開挖頂管施工技術挖掘面積小，不易受到周邊環(huán)境、天氣的影響，避免噪聲、粉塵污染和長時間占用道路，對周邊居民影響較小。同時，非開挖頂管技術采取頂進方式直接放置管道，不需要進行管線開挖或者穿越管線，能夠下穿公路、鐵路、河流，也能夠從既有管線、建筑物的下方地層穿過，節(jié)約了工程資源資金，提高了管線設置精度，有著多方面優(yōu)勢，在市政排水施工中應用價值較高。

2 市政給排水施工的非開挖頂管施工技術要點

2.1 重視前期準備工作

為保障非開挖頂管施工技術的有效應用，市政給排水施工相關人員需要重視前期準備工作，合理選擇頂進管道和頂管機器，從多角度落實前期準備，為后續(xù)實際施工打下基礎，保障整體施工質量和施工效率。[2]

1.合理選擇頂進管道。頂進管道是非開挖頂管施工技術的亮點之一。為充分發(fā)揮非開挖頂管技術的優(yōu)勢，相關施工人員應當依據(jù)工程設計目標和施工環(huán)境等實際情況，合理選擇頂進管道。如果施工現(xiàn)場不存在腐蝕等特殊情況，通常情況下可以選擇鋼筋混凝土材質的頂進管。頂進管的直徑、長度等均會影響整體施工質量和經(jīng)濟效益，這一問題在鋼筋混凝土頂進管方面更為突出，相關施工人員應當充分結合技術規(guī)定、設計規(guī)范，計算所需的頂進管參數(shù)。通常情況下，市政給排水工程施工所需頂進管內(nèi)徑通常在500 mm 范圍內(nèi)。在施工實踐中，往往結合非開挖頂進技術和傳統(tǒng)人工施工，受到施工環(huán)境等影響，符合設計、施工要求的頂進管仍會出現(xiàn)難以充分發(fā)揮期待效果等情況，相關施工人員可以積極運用大數(shù)據(jù)、VR 等“互聯(lián)網(wǎng)+”工具，構建施工環(huán)境模擬模型，結合頂進管的設計長度與管徑，預判其使用效果，針對性加以修正，保障各環(huán)節(jié)施工質量的同時，進一步減少成本浪費，創(chuàng)造更多經(jīng)濟效益。

此外，近年重量較輕、耐腐蝕的MRP、PE 等材料頂進管逐漸普及，相關施工人員可以按需選用。[3]

2.設計頂管導向軌跡。非開挖頂管技術需要頂進管道，合理的導向軌跡是確保成功的關鍵。同時，非開挖頂管技術對于管線、重力管等要求更高，相關施工人員必須科學設計頂管導向軌跡，盡最大可能規(guī)避設計誤差，消除施工不利因素，降低施工風險，提升施工質量。與傳統(tǒng)施工方式相比，非開挖頂管施工技術中，管線承受著來自多個方向的作用力，包括頂進時與巖石的摩擦力、承受前面和上部土層的壓力、頂進機器的頂推力、地面的載荷等，同時施工中頂管的管體在襯板和盾構等靜止結構的掩護下不斷運動，需要承擔軸向的載荷。采用一條與管外徑相同的假定管溝進行計算的傳統(tǒng)方式得出數(shù)值往往較小。在實際設計中，相關人員可以利用測控機器人等新型設備，使多個機器人構成一條直線，進一步將工作井的參考點的工程坐標傳至頂管機首棱鏡，繪制頂管頭端的3D 模型，精確計算導向軌跡，確保頂管水平范圍在±12°以內(nèi)，水平精度在±30”以內(nèi)，兩軸跟蹤速率在6～8’/s（圖1）。

圖1 非開挖頂管技術頂管導向軌跡設計示意圖

3.科學配置頂管機器。非開挖頂管施工技術需要機器頂進設置管道，頂管機器的選用與最終施工效果直接相關。相關施工人員需要充分考慮施工環(huán)境和土壤特點進行充分考慮，選擇安全性、效率性突出的頂管機器。依據(jù)施工現(xiàn)場和地下水位的關系，頂管機器可分為敞開類頂管機和平衡類頂管機。通常情況下，地下水位以上施工選用機械式頂管機、擠壓式頂管機、人工挖掘式頂管機等敞開式頂管機；地下水位以下施工選用土壓平衡式頂管機、泥水平衡式頂管機等平衡類頂管機。確定頂管機器類型后，相關施工人員還需結合依據(jù)頂管機器承受能力、機頭迎面阻力、頂進貫入阻力、選用管材重量等，明確最終頂進總阻力，確定主頂油缸的參數(shù)，并將其與頂管能夠承受的最大頂力進行對比，如不符合，需要合理調整頂管類型和頂管機器參數(shù)。施工開始前，相關施工人員還需調查工作井、接收井等設施，加設安全防護工作，結合頂管機器數(shù)據(jù)加固周圍土體；并在工作井中加設千斤頂、軌道、測量設備、送風設備等輔助設備，確保頂管機器安全穩(wěn)定運行。

2.2 明確非開挖頂管施工技術要點

1.頂管穿墻施工。頂管穿墻是指將穿墻悶板與相應工具管放置在工作井外，并安裝穿墻止水設備的施工，是非開挖頂管施工技術的重要環(huán)節(jié)。[4]為進一步提升管道的抗水土能力，相關施工人員可以將強度較低的水泥黏土、夯實的黃黏土等填入穿墻工具管之中，并使用頂進管堵塞中間縫隙后，迅速進行穿墻管外側注漿工作，待觸變泥漿凝固后繼續(xù)開展穿墻施工。悶板開啟后，應當確保工具管推進作業(yè)和止水工作共同進行。相關施工人員需要選擇拉伸性、耐磨性優(yōu)異材料制成的止水環(huán)板，借助工具管直接將止水環(huán)板頂入橡膠板中。在實際施工中，相關人員應當密切關注管道、土層情況，及時優(yōu)化調整施工方案，確保獲得良好效果。

2.頂管出洞。頂管穿墻施工結束后，如符合相關標準規(guī)定、設計規(guī)范，應當進入下一步驟頂管出洞施工，這一環(huán)節(jié)在整體非開挖頂管施工中尤為重要，應引起相關施工人員的重視。

在實際施工前，相關施工人員需要在接收井磚封門之前均勻鋪設鋼板樁，避免出現(xiàn)坍塌，保障施工安全。拆除磚封門后，頂管機器需沿磚封門方向迅速頂進管道，并當頂管機器整體出洞后，分離機頭和管道。這一過程中，相關人員需要嚴格控制頂管機器出洞時間，避免水分滲入，造成水土流失。在實踐中，相關人員需要首先拆除磚封門一端的鋼板樁，并確保頂管機器和磚封門間保持50～100 mm 間距，使得頂管機器由該端向另一端出洞。頂管出洞后，井內(nèi)留下了一定空間，需要進行止水處理。相關人員應當提前在橡膠法蘭板上編織鋼絲，制作止水環(huán)，并在洞口位置設置鋼法蘭和鋼筒，將止水環(huán)與其焊接，以及時封閉洞口。如洞口中沒有水滲出，或沉積淤泥，拆卸止水環(huán)，將鋼法蘭收回，完成止水工作。同時，相關施工人員需要注重控制頂管機器出洞姿態(tài)，確?；訉к壈惭b合理，開挖面土體穩(wěn)定，并時刻監(jiān)督操作流程，避免出現(xiàn)操作不當。

3.注漿施工。非開挖頂管施工中，為方便管道設置，使用的頂進機器外徑需要較管道外徑大2～5 cm，在管道和土層中留下了一定的縫隙，影響后續(xù)管道填埋工作的進行。如管道線路較長，或管道直徑不符合設計規(guī)范，縫隙過大，甚至會導致土方塌陷等嚴重事故。管道設置結束后，相關施工人員需要進行注漿施工，向縫隙部位注入觸變泥漿，使其逐漸在土層中擴散，最終于土層融為一體，在管道外側形成“泥漿套”，以保護管道縫隙，同時平衡土層壓力，減少管道和土壤間阻力，延長管道使用壽命，提升給排水管道的整體施工質量。

首先，相關施工人員應當結合相關法律法規(guī)、施工規(guī)范和工程實際情況，合理選用觸變泥漿材料[5]。通常情況下，可以將總量在2%以內(nèi)的優(yōu)質膨潤土加入泥漿中，保障觸變泥漿的流動性和黏性。此外，也需要在觸變泥漿中加入石灰等凝固劑、松香酸鈉等塑化劑，以及聚合物強化型材料，進一步提升觸變泥漿的穩(wěn)定性。在實際施工中，可以以3 個注漿孔為一組進行注漿，并確保泵送出口壓力維持在105～130 Pa，最大限度地避免空氣阻力影響，進行高質量注漿。觸變泥漿配置后，會逐漸失水，失去原有特性，如設置管道較長，需要間隔2 至5 根管道，設置多組注漿孔，同時開展頂進和注漿施工，及時補充新鮮的觸變泥漿。

2.3 注重頂管測量和偏差校正

在非開挖頂管施工中，受到土層特性、管道連接方式的影響，導致頂管中線偏離，頂管機器的頂進會產(chǎn)生一定的震動，引發(fā)土層的微小沉降，也會偏離頂進方向。相關施工人員應當注重頂管測量和偏差校正。

頂管測量包含頂管中線樁測試工作、導軌安裝測量工作、高程測量工作等多樣工作。通常情況下，首節(jié)頂進約200～300 mm，后續(xù)管道每頂進約0.5～1.0 m 便需進行頂管測量，及時發(fā)現(xiàn)偏差問題。發(fā)現(xiàn)偏差后，相關人員應當依據(jù)施工特性、設計要求等合理選用挖土校正、強制校正、工具管校正等方式進行校正工作，將垂直、橫向偏差控制在30～50 mm 間，進一步確保管道設置的精確性，推動整體給排水施工工作順利進行。

為最大限度地避免偏差問題，相關工作人員應當遵守實時定位、實時測量、實時校正的原則，將頂管測量和偏差校正融入施工的每一環(huán)節(jié)。同時，相關人員應當重視首節(jié)管道設置，合理選擇管道長度，實地驗證頂進精準度。如頂管機器頭部顯著偏離管道軸線，需要立即通過千斤頂進行調整，為后續(xù)管道設置打下基礎。

2.4 合理進行管道試壓

為確保整體工程符合設計標準，保障給排水管道的使用性，在管道頂進施工結束后，相關施工人員需要合理地進行管道試壓，檢測管道水壓承受能力[6]。

在管道隱蔽處理前，相關施工人員應對單一管道進行試壓，整體管道設置后，也需進行系統(tǒng)試壓。管道試壓前，相關施工人員應當首先排除安裝完畢管道中的空氣，往其中注水加壓，達到設計工作壓力的約1.5倍后停止注水，并觀察管道連接處、各閥門位置是否出現(xiàn)泄漏情況，以全面檢查管道密封性。通常情況下，金屬管道、復合管道經(jīng)過約10 min，塑料管道經(jīng)過約1h 后，相關施工人員需要進一步注水或排水，改變管道內(nèi)試驗壓力，確認壓力排出時的具體情況。

3 結束語

非開挖頂管施工技術作為近些年的新型技術之一，施工簡便性、精確性大大提升，有效彌補了傳統(tǒng)市政給排水施工的不足，有著不可替代的應用價值。相關施工人員應當具備較強的綜合素質與專業(yè)能力，把握非開挖頂管施工技術工作流程，重視前期準備工作，合理選擇頂管材料，科學配置頂管機器；明確頂管穿墻、頂管出洞、注漿施工等技術要點；并注重頂管測量與偏差校正、合理進行管道試壓，從多方面入手確保非開挖頂管施工有效開展，并嚴格遵循相關標準與設計規(guī)范，保證施工質量和效率，更好地為城市給排水服務。