李林靚,華 嘉,郝百晉

(浙江中技建設(shè)工程檢測(cè)有限公司,浙江 杭州 311112)

在目前的城市市政管網(wǎng)工程中,仍有相當(dāng)一部分是采用路面反復(fù)開(kāi)挖的形式進(jìn)行施工,這既嚴(yán)重?cái)_亂了市區(qū)的交通秩序和市民的生活環(huán)境,又縮短了道路的使用壽命。非開(kāi)挖技術(shù)的應(yīng)用使得地下管線的鋪設(shè)和更新能在路面少開(kāi)挖甚至不開(kāi)挖的情況下完成，并提供安全經(jīng)濟(jì)的施工方法,避免了對(duì)地面交通的影響,同時(shí)對(duì)路面破壞小且環(huán)保,解決了城市施工中的難題。

頂管技術(shù)是非開(kāi)挖技術(shù)的重要組成部分,適用范圍較廣,隨著頂管工程的不斷增多,其技術(shù)和工藝也不斷得到改進(jìn)和完善。由于各地的工作環(huán)境及條件不同,施工方法也有多種,如普通頂管、機(jī)械化頂管、擠壓頂管等方法,本文就普通頂管在工程施工中存在的問(wèn)題進(jìn)行探討。

1 施工工藝及設(shè)備選擇

1.1 施工工藝

頂管施工的常用工藝包括手掘式、土壓平衡式、泥水平衡式、氣壓平衡式等四種,其中手掘式屬于非壓力平衡式,施工時(shí)機(jī)頭內(nèi)不含機(jī)械掘進(jìn)機(jī),只有一個(gè)工具管,通過(guò)人工將土體挖除,其掘進(jìn)斷面是開(kāi)放式的。頂管施工的出土方式對(duì)應(yīng)于泥水平衡式、土壓平衡式和手掘式這三種頂管工藝,分別有泥水循環(huán)式、螺旋式和人工式等[1]。

1.2 頂進(jìn)設(shè)備

頂管工程使用的頂進(jìn)設(shè)備主要包括千斤頂、高壓油泵、頂鐵、工具管及運(yùn)出土設(shè)備。

1)千斤頂：液壓千斤頂可兩臺(tái)并列布置在工作井內(nèi),頂力全力作用點(diǎn)與管壁反作用力作用點(diǎn)應(yīng)在同一軸線,防止產(chǎn)生頂時(shí)力偶，造成頂進(jìn)偏差。

2)高壓油泵：由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)油泵工作,經(jīng)分配器、控制閥進(jìn)入千斤頂,各千斤頂?shù)倪M(jìn)油并聯(lián)在一起,以保證各千斤頂活塞的出力和行程一致。

3)頂鐵：頂鐵是頂管過(guò)程中傳遞頂力的工具,它可延長(zhǎng)千斤頂?shù)男谐?并且擴(kuò)大管節(jié)端部的承壓面積,要求頂鐵能承受壓力而不變形且便于移動(dòng)。

4)輔助設(shè)備：工作井頂面設(shè)活動(dòng)式工作臺(tái),平臺(tái)可用工字鋼梁,上鋪鋼筋網(wǎng)片,工作井處安裝滑動(dòng)平臺(tái)作為下管及出土之用。工作井上搭設(shè)輕質(zhì)蓋棚,以遮擋雨水和陽(yáng)光,便于人員在不同氣候條件下正常操作。

1.3 頂進(jìn)施工

校測(cè)工具頭的水平和垂直高度,符合要求后即可頂進(jìn)工具頭,安裝第1節(jié)混凝土管,再次測(cè)量標(biāo)高并核對(duì)無(wú)誤后,開(kāi)動(dòng)油泵進(jìn)行試頂,待調(diào)整好各項(xiàng)參數(shù)后即可正常頂進(jìn)施工。頂進(jìn)施工主要利用工具頭在管前端取土,千斤頂在背后不動(dòng)的情況下將污水管向前推進(jìn),其操作過(guò)程如下：

1)準(zhǔn)備階段：下管前應(yīng)先對(duì)管子進(jìn)行外觀檢查,在施工人員進(jìn)管前必須先用氣體檢測(cè)儀器進(jìn)行有毒氣體檢測(cè),無(wú)異常方可進(jìn)入管內(nèi)施工。

2)安裝操作：將第1節(jié)管子放至導(dǎo)軌上,測(cè)量管子中心及前端的管底高程并確認(rèn)安裝合格,安裝好頂鐵并擠牢管子,在其前端進(jìn)入一定長(zhǎng)度后,啟動(dòng)油泵,千斤頂進(jìn)油,活塞伸出1個(gè)工作行程,將管子推進(jìn)一定距離。第1節(jié)管作為工具管,頂進(jìn)方向與高程的準(zhǔn)確是保證整段頂管質(zhì)量的關(guān)鍵。

3)停泵,打開(kāi)控制閥使千斤頂回油,活塞回縮。

4)添加頂鐵,重復(fù)上述操作,直至需要安裝下一節(jié)管子為止。

5)卸下頂鐵,下管并用鋼套環(huán)連接混凝土上管,在混凝土上管接口處放一止水膠圈,以保證接口縫隙和受力均勻。

1.4 施工注意事項(xiàng)

1)頂進(jìn)施工前應(yīng)對(duì)所有機(jī)械設(shè)備檢查,機(jī)械工需要進(jìn)行交接班手續(xù),將記錄的設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)情況表交給下一個(gè)班組的機(jī)械工,并進(jìn)行口頭的設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)狀況交班,剛上班的機(jī)械工需要對(duì)控制臺(tái)、各個(gè)泥漿泵、管道、測(cè)量系統(tǒng)、工具頭等進(jìn)行例行檢查。交班和例行檢查完畢后,接通電源,將工具頭的刀盤轉(zhuǎn)動(dòng),當(dāng)設(shè)備的參數(shù)穩(wěn)定后,開(kāi)進(jìn)出渣漿泵,開(kāi)始泥漿循環(huán)。

2)調(diào)整進(jìn)出渣漿泵流量達(dá)到平衡。操作全部采用在管道外(工作井上)控制臺(tái)控制,只需1個(gè)機(jī)手操作,可實(shí)現(xiàn)對(duì)工具頭刀具的轉(zhuǎn)動(dòng)、糾偏控制、壓力顯示、實(shí)時(shí)監(jiān)控(工具頭安裝了攝像頭、控制臺(tái)上安裝了電視機(jī))。頂進(jìn)千斤頂,觀察工作倉(cāng)的土壓力表,調(diào)節(jié)渣漿泵的流量達(dá)到工作倉(cāng)的泥水平衡。其平衡的原理是,當(dāng)進(jìn)泥和吸泥泵穩(wěn)定工作時(shí),調(diào)節(jié)進(jìn)泥和吸泥的泵量,使工作倉(cāng)內(nèi)保持一定壓力,倉(cāng)內(nèi)泥水壓力應(yīng)與地下水壓力相平衡,泥水壓力過(guò)大,地面隆起；泥水壓力過(guò)小,地面沉陷,所以控制頂進(jìn)與出泥的速度相當(dāng)關(guān)鍵。

3)泥水處理系統(tǒng)處理好砂土、裝車、外運(yùn),采用泥水平衡式工具頭出土,需要在工具頭中注入含有一定泥量的泥漿,通過(guò)大刀盤切削工具頭前方的原狀土,與注入的泥水?dāng)嚢?泥水通過(guò)吸泥泵排到地表泥水處理系統(tǒng)處理,泥漿可以反復(fù)循環(huán)使用,處理好的泥沙用泥漿車外運(yùn)。

4)測(cè)量工具頭的偏位、作好記錄，在工作井后座位置設(shè)置測(cè)量基座,測(cè)量基座由地面引入地下,避免工作井的變形引起的誤差,將全站儀放置在其上調(diào)平后,使全站儀發(fā)射的激光沿著頂進(jìn)方向水平射出,打在工具頭的測(cè)量靶位上,通過(guò)望遠(yuǎn)鏡讀出工具頭的偏差。每隔0.5 m記錄一次。

5)每個(gè)行程頂完后,整體式頂進(jìn)構(gòu)架調(diào)節(jié)頂塊。當(dāng)頂完1個(gè)行程后,停止頂進(jìn),調(diào)節(jié)整體式頂進(jìn)構(gòu)架頂塊,可繼續(xù)頂進(jìn)下一個(gè)行程。

6)觸變泥漿系統(tǒng)的頂進(jìn)過(guò)程中,需要經(jīng)常進(jìn)行壓觸變泥漿工作,以減少頂進(jìn)的阻力,觸變泥漿系統(tǒng)由拌漿、注漿和管道三部分組成。拌漿是把注漿材料兌水以后再攪拌成所需的漿液(造漿后應(yīng)靜置24 h后方可使用)。注漿是通過(guò)注漿泵進(jìn)行的,根據(jù)壓力表和流量表,它可以控制注漿的壓力(壓力控制在水深的1.1～1.2倍)和注漿量(計(jì)量桶控制)。管道分總管和支管,總管安裝在管道內(nèi)一側(cè),支管則把總管內(nèi)壓送過(guò)來(lái)的漿液輸送到每個(gè)注漿孔上去。注漿孔布置為：工具頭后3節(jié)管各設(shè)一道，之后每間距5 m設(shè)一道補(bǔ)漿孔(間隔2節(jié)混凝土管)。

注漿流程：造漿靜置→注漿→頂管推進(jìn)(注漿) →頂管停頂→停止注漿。

7)頂完一節(jié)管后,拆開(kāi)所有管線(電力電纜、信號(hào)線、油管、進(jìn)出泥漿管、觸變泥漿管),進(jìn)行鋼管吊裝焊接后,安裝好所有管線,繼續(xù)頂進(jìn)。

2 測(cè)量與校正

1)頂管測(cè)量一般采用經(jīng)緯儀和激光水準(zhǔn)儀進(jìn)行,第1節(jié)管施工時(shí)每頂進(jìn)300 mm測(cè)1次,以保證管道入土的位置準(zhǔn)確,正常頂進(jìn)時(shí)每項(xiàng)頂進(jìn)800 mm測(cè)1次。全段頂完后,應(yīng)在每個(gè)管節(jié)接口處測(cè)量其中心位置和高程,有錯(cuò)口時(shí)應(yīng)測(cè)出錯(cuò)口的高差。

2)頂管誤差校正的常用方法有以下3種：①超挖糾偏法：適用于偏差僅10～20 mm的情況,在管子偏向的反側(cè)適當(dāng)超挖,而在偏向側(cè)不超挖甚至留坎而形成阻力,使管在頂進(jìn)中向阻力小的超挖側(cè)偏向,逐漸回復(fù)到設(shè)計(jì)位置；②頂木糾偏：適用于偏差>20 mm且超挖糾偏失效的情況,用圓木或方木的一端頂在管子偏向的另一側(cè)內(nèi)管壁上,另一端斜撐在鋼板或木板的管前土壤上,支頂牢固后即可頂進(jìn),在頂進(jìn)中配合超挖糾偏法,邊頂邊支,利用頂進(jìn)時(shí)斜支撐分力產(chǎn)生的阻力,使頂管向阻力小的一側(cè)校正；③千斤頂糾偏法：與頂木糾偏法基本相同,只是在頂木上用小千斤頂強(qiáng)行將管緩慢移位校正。

3)本工程頂進(jìn)中的管道糾偏采用上述方法中①、③,當(dāng)施工中發(fā)現(xiàn)管道下沉或管位偏離軸線約10 mm時(shí)即進(jìn)行校正。當(dāng)軸線出現(xiàn)偏差時(shí),將管道兩邊挖空20 mm且一邊墊以木板,用手動(dòng)千斤頂逐漸將管子糾正。當(dāng)發(fā)現(xiàn)管道下沉?xí)r則在出土后將前端管頂上方的土多挖,而管底少挖,邊頂進(jìn)邊用千斤頂在管內(nèi)端將管頂起,使其回復(fù)到水平方向。如下沉量太大,則將第1節(jié)管前端的管底泥挖空500 mm,挖深400 mm,然后澆筑混凝土并待其達(dá)到一定強(qiáng)度后再頂進(jìn)。

4)頂管誤差校正應(yīng)緩慢進(jìn)行,一旦形成誤差不可快速地將已頂好的管子校正到位,更不得用力過(guò)度,以防產(chǎn)生相反的結(jié)果。

3 注意事項(xiàng)

3.1 工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件

沿線的土層可能變化頻繁,所以在頂管施工前必須了解土層的變化情況,此外當(dāng)經(jīng)過(guò)回填土地段時(shí)需提前處理,以防頂管施工后地面出現(xiàn)過(guò)大的下沉。

3.2 有毒氣體的檢測(cè)與防護(hù)

頂管施工頂進(jìn)時(shí)一般會(huì)穿過(guò)淤泥層,由于腐爛的動(dòng)物、植物會(huì)在地下形成有毒氣體的聚集,危害施工人員的健康,因此在操作時(shí),需要定時(shí)監(jiān)測(cè)管內(nèi)有毒氣體的含量,并使用通風(fēng)裝置予以解決。

3.3 頂進(jìn)計(jì)算

首先要準(zhǔn)確計(jì)算頂進(jìn)推力,并根據(jù)計(jì)算結(jié)果選定相應(yīng)的千斤頂,頂力最主要是要克服頂管頂壁與土的摩擦力而把管道頂入土中,一般頂進(jìn)距離較短,管壁外周不采取注入觸變泥漿措施,而手掘式工具管的正面基本上是敞開(kāi)的,其側(cè)切入阻力一般可以忽略不計(jì),只需考慮管道壁外周的土壓力引起的摩擦阻力；其次是工作井設(shè)計(jì),應(yīng)根據(jù)計(jì)算得到的最大頂力提出工作井的加固方案,并驗(yàn)算沉井后依靠土體來(lái)承受頂管頂力是否會(huì)產(chǎn)生滑動(dòng)現(xiàn)象。

3.4 淤泥流砂的處理

在地質(zhì)資料反映的淤泥及流砂地段,采用鐵格柵工具,利用千斤頂向前頂進(jìn),對(duì)頂進(jìn)過(guò)程中流入管內(nèi)的流砂和淤泥以人工裝車外運(yùn),該段頂完后在接收井拆除鐵格柵再換上手掘式工具繼續(xù)施工。

3.5 管道滲漏處理

對(duì)管道中的滲漏點(diǎn),用雙快水泥封閉管周,待水泥具有一定強(qiáng)度后用手動(dòng)泵壓入水泥水玻璃漿液封堵。

4 結(jié) 語(yǔ)

采用頂管法施工技術(shù)可不開(kāi)挖地面,被鋪設(shè)管道的上部土層未被擾動(dòng),管道的管節(jié)端不易產(chǎn)生段變形,管道壽命大于開(kāi)挖法埋管,同時(shí)具有較大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益,是保護(hù)環(huán)境的一種安全有效的施工方法。

頂管過(guò)程是一個(gè)復(fù)雜的力學(xué)過(guò)程,它涉及材料力學(xué)、巖土力學(xué)、流體力學(xué)、彈塑性力學(xué)等諸多學(xué)科。但頂管施工必須嚴(yán)格控制好頂管推力,而對(duì)頂管計(jì)算復(fù)核能夠準(zhǔn)確估計(jì)頂管的推力。頂管的推力就是頂管過(guò)程管道受的阻力,包括工具頭正面泥水壓力、管壁摩擦阻力。泥水平衡壓力：在封閉的工作倉(cāng)內(nèi)加泥水壓力平衡地下水壓力,是防止泥砂涌入的重要方法。泥水壓力一定要合理。壓力較小,大量的泥砂涌入,會(huì)造成路面破壞,地表設(shè)施受損；壓力過(guò)大,會(huì)增大主千斤頂負(fù)荷,嚴(yán)重的可能產(chǎn)生冒頂現(xiàn)象。應(yīng)通過(guò)嚴(yán)密的頂管計(jì)算,完善施工方案,采用先進(jìn)的頂管設(shè)備,成功高效地完成頂管施工的工作,同時(shí)注意在頂進(jìn)施工中嚴(yán)格按技術(shù)規(guī)程操作,確保施工質(zhì)量。

[1] 項(xiàng)曉東.中空間節(jié)約型污水處理工程施工探析[J].廣東土木與建筑,2015(2):1112.