茍梓杭

身份證號：513701199306192630

試論城市建設污水管道頂管施工技術

茍梓杭

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城市發(fā)展速度的加快使其不斷擴大建設規(guī)模，其中城市污水管道作為城市重要基礎設施之一，需要隨著城市建設項目的建設不斷進行擴建和維修，以實現(xiàn)城市污水的有效處理，提升人們的生活質量。要實現(xiàn)城市污水的有效處理首先需要城市污水管網(wǎng)具有較高的穩(wěn)定性，此外由于城市地面建筑和地下管線錯綜密集，以往明挖埋管的施工方法具有一定的局限性，采用頂管施工與傳統(tǒng)施工方法相比具有明顯的優(yōu)越性，因此加強對城市污水管道頂管施工相關問題的研究具有重要意義。

城市建設；污水管道；頂管技術

所謂頂管施工技術，就是一種非開挖的管道施工技術，是借助主頂油缸及管道間、中繼間等推力，把工具管或掘進機從工作坑內穿過土層一直推到接收坑內，將工具管或掘進機吊出井外，并把緊隨工具管或掘進機后的管道埋設在兩坑之間的施工方法。由于不需要大面積開挖，不會對地面造成太大影響，因此在城市管道施工中發(fā)揮了非常積極的作用。污水管道是城市生活污水排放的主要通道，其施工質量好壞將直接影響城市污水系統(tǒng)的正常運行，為此，必須要加強施工管理，利用頂管技術等先進施工技術來確保污水管道施工質量。大口徑管道在埋深大于3m時，可采用頂管法埋設。

1 城市污水管道頂管施工原理

城市污水管道頂管施工又稱為非開挖施工方法，該方法是針對當前城市污水管道施工發(fā)展需要而新興的一種不開挖或者少開挖的施工方法。(見圖1)

它主要是借助于主頂油缸和管道間、中繼間的推力，將掘進機或者工具管從工作井內穿出土層并推至接收井內并吊出。此外還需要將管道埋設于接收井和工作井之間，以實現(xiàn)在非開挖條件下進行地下管道的敷設。

頂管施工主要應用于穿越地面建筑、公路、鐵路、河流等不允許或不能開挖條件下各種管道的鋪設、更換和修復。由于頂管施工技術具有綜合成本低、施工周期短、環(huán)境影響小、不影響交通、施工安全性好等優(yōu)點，目前被廣泛應用于市政給排水管線、電力電纜、通信電纜、然氣石油管道等各種管道的非開挖敷設。以下筆者將結合城市污水管道的實際施工情況進行詳細介紹城市污水管道頂管施工工藝。

2 頂管施工技術

某市政工程項目K0+000～K0+110污水管道穿越既有城市主干道，交通流量大，地下管線錯綜復雜，施工場地狹窄，在施工中需要規(guī)避對交通的影響，減少對地下管線的擾動，經(jīng)現(xiàn)場實地考察及地質資料分析決定采用頂管法施工。頂管施工長度為110m，設計污水管為Ⅲ級鋼筋混凝土管，管徑為DN800，管道埋深約7～8米，管道穿越地層處于中砂層，含水量處于飽和狀態(tài)。頂管采用擾動小的泥水平衡頂管法施工。

2.1 頂管法施工工藝流程(見下頁圖2)

2.2 頂力計算與設備選擇

頂管設備的選擇，首先需要結合實際情況進行工作坑、接收坑布置及頂力計算，頂力計算采用以下公式：

(1)管道允許頂力計算

式中：Fde—混凝土管道允許頂力(N)；

圖1 頂管施工示意圖

圖2 頂管施工工藝流程圖

fc—混凝土受壓強度設計值(pa)，取32.4；

Ap—管道的最小有效傳力面積(mm2)；

γQd—頂力分享系數(shù)，取1.3。

(2)管道頂力計算

式中：F—總推力(KN)；

F0—初始推力(KN)，F(xiàn)0=πBc×N，N為土層標準貫入度，取N=4；

Bc—外管徑(m)；

q—管周邊均布荷載(Kpa)，管頂上方土方的垂直荷載與地面動荷載之和，q=We+p；

W—每米管的重力(KN/m)；

C' —管與土之間的粘著力(Kpa)，C' 取值參照表2.2-1；

L—推進長度(m)；

頂管機采用NPD泥水平衡頂管機，通過頂力計算，主頂站選擇400t的頂力設備，設計總站頂力最高值為650t；糾偏千斤頂設備選擇每臺40t的頂力設備，主要安裝在頂頭后面；液壓裝置選擇合理的液壓總站、控制箱和管路等元件；為減少頂進阻力，現(xiàn)場攪拌泥漿，并嚴格控制泥漿中各成分的配比。(見下頁圖3、圖4、圖5、圖6)

2.3 工作井及接收井布置

表2.2 -1 土質條件

圖3 頂管機機頭

圖4 頂管機操作臺

圖5 千斤頂

圖6 送水、排泥泵

工作井是安放所有頂進設備的場所，也是頂管掘進機或工具管的始發(fā)地，同時又是承受主頂油缸反作用力的構筑物。接收井是接收頂管掘進機或工具管的場所，平面一般呈矩形，沿管道方向較長，其長度應滿足頂管機頭可被吊出的條件。

本工程分別布置工作井與接收井1座，工作井與接收井施工場地需長15～20米、寬10米，工作井尺寸10.1×7.1m，接收井尺寸6.7×6.7m，采用雙排水泥攪拌樁止水圍幕然后逆作法施工。

工作井和接收井施工采取分層下挖，每層深度1米，開挖以后，將水泥攪拌樁體作為井壁外模，綁扎鋼筋，內模采用弧型鋼模板拼裝。內模作好支撐加固后，即澆筑井壁砼。

井內挖土采用挖掘取土，人工修整?，F(xiàn)場土方應及時清運。砼可人工鏟送至溜槽或泵送入模，入模振搗采用插入式振動棒振搗。

第二層以下井壁澆筑時，與上層井壁的鋼筋采取綁扎，接縫處的模板采用牛腿形式以便砼入模。(見下頁圖7、圖8)

2.4 管道頂進和接口

設備調試完成后，方可進行后續(xù)的管道頂進作業(yè)，借助專門的機械設備將管道放在軌道上，將管道頂進土體中，將管道內的土體作為土塞。土體在進入管道內形成一定長度后，停止管道頂進作業(yè)，然后采用人工挖土的方式將管道中的土壤取出，清除干凈后，方可繼續(xù)后續(xù)管道頂進作業(yè)。根據(jù)以往積累的大量施工經(jīng)驗，管道在頂入工作坑內達到設計孔深后，才可以開展下一節(jié)管道的頂進作業(yè)，循環(huán)管道頂進。管道頂進之間，需要保持“T”形狀的接口，采用“T”形鋼套環(huán)連接兩個相鄰的管節(jié)，這種接口形狀在實際應用中能夠有效提升管道整體穩(wěn)定性，大大降低管道內接口出錯現(xiàn)象。(見下頁圖9)

2.5 管道頂進技術

管道頂進技術是頂管施工中最重要的部分。在開始施工之前，要對所有設備進行檢查并進行試運轉，以減少設備在施工中出現(xiàn)問題的可能性。前七個管節(jié)需要用拉桿進行連接，防止施工過程中管節(jié)發(fā)生漂移。要將工具管調節(jié)成一條直線，這時儀表的反映角度為零。當工具管出洞之后，由于其支撐面很小，很容易出現(xiàn)下跌現(xiàn)象，為了避免下跌現(xiàn)象的發(fā)生，可以在工具管下的井壁上加一個支撐裝置，同時將工具管與第一節(jié)管連接起來，使整體性更高。頂進時要注意及時進行測量和糾偏。頂進5～10m時，如果偏差過大，要立即進行糾正。頂管工作完成后，要對管節(jié)接口的內側間隙做符合設計要求的相關處理。

2.6 管道的軸線、高程誤差的校正

在施工過程中如果管道產(chǎn)生誤差，采用導向油缸、糾偏油缸進行管道糾偏操作。因為進行頂進操作時部分管子之間存在連接，誤差的產(chǎn)生時逐漸積累形成的，實現(xiàn)誤差的校正也需要逐步進行。糾偏時一般使用趨勢圖進行輔助判斷偏差的變化趨勢。由上述可知在頂進過程中每隔500mm，進行一次測量工作，根據(jù)測量的數(shù)據(jù)進行繪制趨勢圖。根據(jù)曲線的斜率進行分析機頭偏差發(fā)展趨勢以實現(xiàn)管道的糾偏，首先要根據(jù)偏差的實際情況調整糾偏角度，如果曲線達到峰值開始向回走則表明最前部的機頭開始向中心靠攏，即應逐步減小糾偏角度，前后沒有角度差時把機頭擺正，如果機頭往回趨勢就要進行反向糾偏，直至管道高程在正常范圍內，此時糾偏角度應該逐漸趨向于0。糾偏動作必須在頂進過程中進行，盡量減小糾偏過程中產(chǎn)生的折角，否則將會產(chǎn)生連接的誤差應力。

圖7 工作井

圖8 接收井

圖9 管道“T”接示意圖

3 頂管施工注意事項

在進行管材的安裝之前，要對管材進行全面的檢查，如果管材的質量出現(xiàn)問題，一律禁止出現(xiàn)在施工現(xiàn)場，并禁止投入到管道的施工中，膠止水圈一定要在管道吊之前上好。將管材吊放在管道的軌道上，然后進行的環(huán)節(jié)是環(huán)形頂鐵的安放，慢慢的將管材連接到一起，并安排好管材口的拼接處理。如果在施工過程中，管材遭到破壞、管材出現(xiàn)翻轉和出槽問題，就必須要重新更換管材、將橡膠圈調節(jié)好，然后在進行管材的安裝對接工作。

頂管注意事項注意防止地面的沉降或隆起。在頂管施工沿線按一定間距布設沉降觀測點，監(jiān)測頂管頂進施工期間的地面沉降量。開挖端面的取土過多或過少，會造成地面的沉降或隆起。為避免這種不良影響，可采取以下措施：在壓漿時要控制好壓力，恰好能平衡“泥漿套”以上土體的壓力。嚴格控制管道接口的密封質量，防止?jié)B漏。在某些管節(jié)埋藏較淺，離地面不足1.5m的位置，可采用沿管線局部壓鋼板，上堆砂包加載的形式，防止管節(jié)頂進時觸變泥漿上浮使得泥漿套失效。

在城市建設污水管道頂管施工中，由于工程特性很容易受到客觀因素影響，出現(xiàn)一系列施工問題，所以應結合實際情況，嚴格遵循施工流程和標準開展作業(yè)活動，控制好管道的頂進角度，靈活多變設置污水管道鋪設，充分發(fā)揮頂管施工低成本、高收益的優(yōu)勢，提高污水管道施工效率和施工質量。

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