吳慧佳

（重慶市設(shè)計(jì)院重慶400015）

淺談頂管工藝在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

吳慧佳

（重慶市設(shè)計(jì)院重慶400015）

在闡述頂管技術(shù)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，以重慶市某項(xiàng)運(yùn)用頂管技術(shù)的工程案例為依托，就頂管設(shè)計(jì)采用的規(guī)范和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計(jì)要點(diǎn)及頂管施工中應(yīng)注意的問題作了探討，以推廣頂管技術(shù)的應(yīng)用。

頂管技術(shù)；設(shè)計(jì)；應(yīng)用

1 引言

隨著城市化的不斷擴(kuò)大，開發(fā)條件受限越來越多。原有的一些市政設(shè)施沒幾年就顯得陳舊，能效降低，特別是市政管網(wǎng)的破壞率尤其突出。污水處理系統(tǒng)，自來水、燃?xì)?、電力和通訊設(shè)施經(jīng)常不能滿足發(fā)展的需求。要改造擴(kuò)建，傳統(tǒng)的開挖鋪線施工工藝非常影響城市環(huán)境和交通功能，經(jīng)常出現(xiàn)新修不到幾年的道路，又挖開施工；造成居民出行不便，交通堵塞，空氣污染等諸多不利因素。因此科學(xué)、環(huán)保的施工工藝就成為迫切的需要。

2 頂管的技術(shù)特點(diǎn)

非開挖技術(shù)是近幾年才開始頻繁使用的一個(gè)術(shù)語，它涉及的是利用少開挖和不開挖技術(shù)來進(jìn)行地下管線的鋪設(shè)或更換的知識(shí)、工藝和應(yīng)用。非開挖技術(shù)在不穩(wěn)定及飽和土層中以最小的破壞和最大的保護(hù)環(huán)境等方面解決了城市施工中的難題，并在應(yīng)付最惡劣的地下土壤條件中有豐富的經(jīng)驗(yàn)，任何地方都能提供最經(jīng)濟(jì)、準(zhǔn)確、安全、快速而可靠的解決問題的方法。非開挖技術(shù)的出現(xiàn)為創(chuàng)建都市的安寧環(huán)境造就了勃勃生機(jī),而頂管技術(shù)是非開挖技術(shù)重要的組成部分。

頂管施工是一種地下管道施工方法，它不需要開挖面層，并且能夠穿越公路、鐵道、地面建筑物以及地下管線等。頂管施工技術(shù)已逐步發(fā)展成為一種以氣壓平衡、泥水平衡和土壓平衡為理論基礎(chǔ)的非開挖施工技術(shù)。頂管掘進(jìn)機(jī)形式也進(jìn)一步細(xì)化，可分為泥水式、泥漿式、土壓式及巖石掘進(jìn)機(jī)。這種技術(shù)具有許多優(yōu)勢(shì)。

（1）頂管施工是頂管鋪管技術(shù)的一種，在國外已廣泛使用，在國內(nèi)也已逐漸普及。由于不開挖地面，所以能穿越公路、鐵路、河流，其至能在建筑物底下穿過，是一種能安全有效地進(jìn)行環(huán)境保護(hù)的施工方法，堪稱為環(huán)境保護(hù)施工時(shí)的環(huán)境保護(hù)。

（2）頂管施工不開挖地面，故而被鋪設(shè)管道的上部土層未經(jīng)擾動(dòng)，管道的管節(jié)端不易產(chǎn)生段差變形，其管壽命亦大于開挖法埋管。

（3）采用房下頂管施工法能節(jié)約一大筆征地拆遷費(fèi)用，減少動(dòng)遷用房，縮短管線長度，有很大的經(jīng)濟(jì)效益。

（4）頂管工藝不僅僅用于管線鋪設(shè)，它還具有靈活的排管施工方式。更為重要的是頂管施工作為一種工藝，它不僅僅鋪設(shè)管線，它在管棚施工方面也具有優(yōu)勢(shì)。管棚施工是指在地下構(gòu)筑物施工前，先利用密排的鋼管做成各種斷面形狀的管棚，對(duì)地面建筑物在施工過程中起到保護(hù)作用或者是為了達(dá)到某種特殊要求而采取的一種輔助施工措施。

（5）頂管施工范圍的擴(kuò)大，頂管機(jī)械的性能越來越適應(yīng)各種土質(zhì)。頂管特別適用中小型管徑管道的非開挖鋪設(shè)。與其它非開挖設(shè)備相比，其具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。

3 頂管機(jī)具分類

目前市場上頂管機(jī)具種類繁多，機(jī)具的分類主要受工程具體地質(zhì)情況影響較大。使用較頻繁的有：手掘式、擠壓式、網(wǎng)格式、斗鏟式，土壓平衡式等。機(jī)具的選用往往是根據(jù)工作面地質(zhì)、管道規(guī)模、現(xiàn)狀地下構(gòu)筑物、現(xiàn)狀地下管線、經(jīng)濟(jì)性價(jià)比、工期要求等因素來綜合比較確定。

4 重慶地區(qū)實(shí)際運(yùn)用頂管技術(shù)施工案例

重慶為山城、水城，地質(zhì)條件復(fù)雜。現(xiàn)狀道路路幅寬度普遍較窄。地下綜合管線、人行地通道、人防設(shè)施、地上高架橋、人行天橋等市政設(shè)施繁多。隨著道路周邊地塊的迅速開發(fā)，建好的市政管網(wǎng)設(shè)施經(jīng)常因?yàn)槠婆f和容量負(fù)荷低而不能滿足發(fā)展的需求。采取大規(guī)模開挖的施工方式，又在本已超負(fù)荷的市政道路上雪上加霜。因此非開挖工藝的出現(xiàn)和運(yùn)用，在最近幾年的建設(shè)中起著重要的作用。

下面就以重慶市一項(xiàng)運(yùn)用頂管技術(shù)的工程案例來淺談一下該技術(shù)的實(shí)際運(yùn)用心得。

圖1 排水平面布置圖

圖2 排水縱斷面圖

4.1 工程概況

唐家橋污水處理廠尾水是接入城市污水干管里，經(jīng)主干管排入大型污水處理廠。由于污水處理廠處理后尾水應(yīng)視為可直接排入自然水體的城市廢水，為了不增加現(xiàn)有污水截污干管和污水處理廠的工作量，節(jié)約能耗，讓城市污水處理設(shè)施能合理的運(yùn)用資源。相關(guān)部門決定改造唐家橋污水處理廠尾水的排放途徑，將尾水就近直接接入城市雨水主干管[1]。

4.2 頂管設(shè)計(jì)

在污水處理廠出口處新修一條d1000的排水管道,該管道在穿過華新分流道高架橋下匝道及橋下綠化帶后接入東方家園4.2m×3.6m的現(xiàn)狀排洪溝內(nèi),最后排入嘉陵江。

排水管道從平面上將穿越華新分流道高架橋下匝道。由于華新分流道高架橋下匝道為新建不久的市政道路，此次設(shè)計(jì)排水管在穿越匝道段埋深較大，采用明開挖的施工方式會(huì)對(duì)交通造成影響，因此在該段排水管道采用頂管的施工方式。

工程具體地質(zhì)情況為中前段為巖層，后段為土層。根據(jù)該地段相應(yīng)地質(zhì)情況設(shè)計(jì)在常用頂管措施中選用了泥水平衡頂管法進(jìn)行施工。

管線W-2～W-3段為明挖埋管，長20m，W-1～W-2段為頂管，長80m，其中前段為巖層頂管，長約29m，后段為土層頂管，長約51m。設(shè)計(jì)考慮到工期緊迫、就地取材及工程造價(jià)經(jīng)濟(jì)性等問題，在常用頂管管材(鋼筋混凝土管、夾砂玻璃鋼管、鑄鐵管)中進(jìn)行綜合比較。最終確定頂管段管道選用專用的預(yù)制高強(qiáng)度鋼筋混凝土圓管。

設(shè)計(jì)采用內(nèi)徑1m預(yù)制高強(qiáng)度鋼筋混凝土圓管，管壁厚120mm，單節(jié)管長均為2.5m。管節(jié)之間采用F型接口，外嵌環(huán)狀遇水膨脹橡膠圈止水，頂管端面與管軸中心線垂直度不大于1.5mm，端面不平整度允許偏差小于1.0mm。所有預(yù)埋金屬構(gòu)件，均須涂刷兩道防銹油漆。頂管預(yù)留吊孔在頂管吊放到位后，頂進(jìn)前須用M 50水泥砂漿充填。管節(jié)接口的內(nèi)側(cè)間采用PG321雙組份聚硫密封膏密封。填塞密封膏應(yīng)抹平，不得凸入管內(nèi)。

工作井為頂管施工所需的施工臨時(shí)構(gòu)筑物，工作井定位由施工單位根據(jù)現(xiàn)場情況分析頂推方向后確定,并應(yīng)經(jīng)相關(guān)單位認(rèn)可。本段管道工作井設(shè)計(jì)暫定在W-1井。工作井的結(jié)構(gòu)采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土樁板結(jié)構(gòu)，必要時(shí)采用逆作法施工。

4.3 實(shí)施情況

該工程管線實(shí)施長度較短，工程施工情況比較簡單，實(shí)際實(shí)施過程中基本按照設(shè)計(jì)設(shè)置的工作井及頂管方案實(shí)施。土層頂管采用泥水平衡頂管法。巖層頂管根據(jù)實(shí)際情況在頂進(jìn)過程中進(jìn)行光面爆破施工，施工時(shí)按爆破圖表和說明書嚴(yán)格施工。頂管作業(yè)完成順利，投入使用正常。

5 頂管技術(shù)在施工過程中應(yīng)注意的問題

在頂管施工過程中常會(huì)遇到如下值得注意的問題：

5.1 工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件

沿管線土層變化頻繁，所以在頂管施工前必須了解土層的變化情況。此外對(duì)于要經(jīng)過回填土地段，需要提前加固處理，以防頂管施工后地表有過大的下沉。

5.2 有毒氣體的檢測(cè)與防護(hù)

頂管施工的地層一般會(huì)通過淤泥層，腐爛動(dòng)植物體會(huì)在地下形成有毒氣體聚集體，危害施工人員的健康和生命，所以有人員在頂管內(nèi)操作的情況下，需要定時(shí)監(jiān)測(cè)管內(nèi)有毒氣體含量，采用通風(fēng)裝置予以解決。

5.3 超前探查地下管線

盡管先進(jìn)的頂管設(shè)備具有在施工時(shí)探查前進(jìn)路線不遠(yuǎn)距離管線的能力，但是采用在地面提前查明地下管線仍是值得開展的，這對(duì)于保證通訊、電力、上水、排水、煤氣等其它管線安全運(yùn)營，確保公眾正常生活仍有必要。

5.4 穿越建筑時(shí)對(duì)基礎(chǔ)的探查

頂管在建筑物基礎(chǔ)下施工時(shí)，需要明確施工路線上所遇到的基礎(chǔ)類型，對(duì)于部分基礎(chǔ)頂管頂進(jìn)前可采取托換、加固措施。

5.5 頂進(jìn)計(jì)算

頂進(jìn)計(jì)算其一包括準(zhǔn)確計(jì)算頂進(jìn)推力，根據(jù)計(jì)算結(jié)果選定相應(yīng)的油缸類型和確定中繼間的分布；其二是工作井設(shè)計(jì)，根據(jù)計(jì)算得到的最大頂力，提出工作井的加固方案。

6 小結(jié)

非開挖工藝越來越多的運(yùn)用于現(xiàn)在的城市建設(shè)中。頂管工藝作為高效、便捷的管道施工設(shè)施，已經(jīng)開始大量的使用。隨著新興技術(shù)在工程實(shí)例中的使用，建設(shè)者將不斷的總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，改進(jìn)工藝。將合理的，有利于提高工程質(zhì)量和效率的工藝更好的運(yùn)用于建設(shè)中。

[1]唐家橋污水處理廠尾水排放工程設(shè)計(jì)說明[R].

責(zé)任編輯：李 紅

Application of Pipe Jacking Technology in PracticalProjectDesign

Based on the introduction of the characteristicsof pipe jacking technology,the author,taking a project thatemploys pipe jacking technology in Chongqing as an example,discusses the code and technology standard adopted in pipe jacking design,design points andmatters that call for attention in pipe jacking construction to popularize theapp lication of pipe jacking technology.

pipe jacking technology;design;application

TU990.3

A

1671-9107（2012）05-0042-03

10.3969／j.issn.1671-9107.2012.05.042

2011-11-20

吳慧佳（1980-），女，江蘇南京人，大學(xué)本科，工程師，主要從事市政給排水專業(yè)設(shè)計(jì)。