景萬(wàn)德

（隴西縣市政工程公司，甘肅隴西748100）

0 引言

管網(wǎng)的主要作用在于對(duì)污水和廢水進(jìn)行收集與排放，市政工程道路管網(wǎng)一般建設(shè)在城市重要的交通系統(tǒng)中，其利用主干管和支管以及通往處理場(chǎng)的管網(wǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)短時(shí)間內(nèi)快速清除路面積水，保障市政道路工程建設(shè)的順利施工，降低后續(xù)道路的維護(hù)成本，進(jìn)而全面提升管網(wǎng)的施工效率。另外目前的市政道路建設(shè)本身由于車輛載荷和人流量的影響，路面或多或少都會(huì)產(chǎn)生一些病害，而在管網(wǎng)施工作業(yè)中，如果施工技術(shù)應(yīng)用不夠科學(xué)，很容易加大這些病害的嚴(yán)重程度。由此在建設(shè)管網(wǎng)期間，還需要注重對(duì)地面的影響程度，減小對(duì)地面的不良影響，保障市政道路的使用壽命。

1 市政道路管網(wǎng)系統(tǒng)對(duì)于城市發(fā)展的重要性

1.1 保護(hù)地面道路

在每一年的不同季節(jié)影響下，降水量也有所差異，特別是夏季，降雨量的增多對(duì)于整個(gè)城市中的市政道路也會(huì)造成相對(duì)較為嚴(yán)重的影響。良好的管網(wǎng)系統(tǒng)能夠直接排走地面殘留的雨水，保護(hù)道路的使用壽命。如果所設(shè)計(jì)的管網(wǎng)不能及時(shí)排走地面的污水，那么在長(zhǎng)時(shí)間的聚集和堆積作用下，地面會(huì)產(chǎn)生淤泥的問(wèn)題，從而侵蝕路面結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致路面滲水的問(wèn)題發(fā)生，以至于引發(fā)城市道路路面的瀝青表層出現(xiàn)松散的問(wèn)題出現(xiàn)，對(duì)于城市交通的順暢性也會(huì)產(chǎn)生一定的影響，甚至?xí)l(fā)交通事故。

1.2 保護(hù)道路路基

對(duì)于市政道路管網(wǎng)的建設(shè)而言，對(duì)于路基的保護(hù)作用是無(wú)法替代的[1]。如在春秋時(shí)節(jié)，氣溫較低，雨水在滲透道路表層下后會(huì)結(jié)冰，損害路基，甚至?xí)?dǎo)致道路路基發(fā)生傾斜等問(wèn)題。因此做好城市管網(wǎng)的建設(shè)，能夠有效保障道路路基的安全，進(jìn)而延長(zhǎng)道路的使用壽命。

2 裂管法力學(xué)機(jī)理和工法流程

2.1 裂管法的基本原理

現(xiàn)有的管道非開(kāi)挖技術(shù)已經(jīng)在技術(shù)的創(chuàng)新背景下，達(dá)到了精準(zhǔn)控制的高水平工藝，特別在建筑物或市中心街道的穿越方面的表現(xiàn)尤為突出。而在非開(kāi)挖技術(shù)中，裂管法作為經(jīng)典技術(shù)之一，在管網(wǎng)施工期間既可以將開(kāi)挖法所造成的影響與問(wèn)題加以解決，同時(shí)也可擴(kuò)大原有的管道設(shè)備，成本較低，在目前的道路工程應(yīng)用中有著十分重要的意義和作用[2]。

目前所提及的裂管法主要是需要以舊管網(wǎng)為基礎(chǔ)，利用裂管設(shè)備從舊管內(nèi)部進(jìn)行切割，并且根據(jù)實(shí)際需求來(lái)更新具體的工藝，這種工藝在實(shí)際方法中屬于非開(kāi)挖技術(shù)的范圍。裂管法主要的施工原理在于：首先需將油頂和鉆桿安裝在上游接收井當(dāng)中，然后再在舊管線中逐段區(qū)插入鉆桿，這個(gè)過(guò)程以其前端進(jìn)入井內(nèi)為終止，隨后將裂管裝置安裝在下游井中，將鉆桿、新管節(jié)和拉管器等設(shè)備進(jìn)行連接，隨后將液壓頂進(jìn)設(shè)備安裝在下游井后壁處，隨后在舊管內(nèi)頂入裂管設(shè)備，進(jìn)行新管節(jié)的更換。在此期間需要明確的是，在裂管期間舊管道會(huì)被擠壓到其周邊區(qū)域的土壤內(nèi)部，形成新管網(wǎng)，可將其放置在新管道中。

2.2 脹管頭擠擴(kuò)力學(xué)機(jī)理分析

在目前的施工作業(yè)期間，如果使用裂管法，則需明確的是，脹管頭由于在拉桿拉力的作用下會(huì)向著接收井方向進(jìn)行移動(dòng)，且前端尖頭會(huì)結(jié)合末端的錐面法向力分量的作用，在橫向位置擠出舊管道，這樣周邊土壤會(huì)給予其一定的壓力，導(dǎo)致脹管頭變形，且舊管此時(shí)也會(huì)受到壓力的作用，再去卸載后僅會(huì)發(fā)生少量收縮的現(xiàn)象，進(jìn)而形成長(zhǎng)期永久性的擴(kuò)孔，這一點(diǎn)是需要重點(diǎn)關(guān)注的內(nèi)容。

土體塑性變形的原因分析，基于市政工程的特點(diǎn)和現(xiàn)有的工程需求，非線性塑性是其工程區(qū)域土體的重要性質(zhì)，在外部荷載力的作用下，基于荷載力的差異和性質(zhì)以及荷載力在土體上的作用時(shí)間，會(huì)導(dǎo)致其變形的性質(zhì)存在一定的差異性，同時(shí)也會(huì)因?yàn)楫?dāng)?shù)赝馏w受歷史應(yīng)力和特征的影響也會(huì)造成不同程度的變形。脹管頭擠擴(kuò)力學(xué)機(jī)理分析，對(duì)于裂管法使用過(guò)程中所導(dǎo)致的舊管擴(kuò)張現(xiàn)象，其實(shí)就是土體受到脹管頭擠壓力所導(dǎo)致的。且一般脹管頭在土體壓力作用下，會(huì)有三個(gè)方向的力作用在上面，如圖1所示。因此對(duì)于該過(guò)程中的力學(xué)機(jī)理研究，可以將其簡(jiǎn)化為在縱向移動(dòng)的局部外擴(kuò)力下圓形隧道發(fā)生的變形過(guò)程，進(jìn)而將隧道直徑加以擴(kuò)大。

圖1 脹管頭受力分析示意圖

如圖1所示，P表示拉桿所造成的綜合拉力；qN表示脹管頭在舊管擠擴(kuò)期間部分管道對(duì)其所產(chǎn)生的法向方向的壓力值；qs則表示對(duì)脹管頭作用的切向方向的摩擦力值。并且需要注意的是，此時(shí)脹管頭尾部會(huì)與部分管道直徑相互平行，因此在設(shè)計(jì)脹管頭期間，其需要較新管道直徑數(shù)值小。設(shè)布面的力形式均為qN和qs，1 表示斜向方向的作用長(zhǎng)度，D表示脹管頭可擁有的最大直徑;α 表示縱面和作用面之間的夾角，那么則可利用D?1sinα 來(lái)表示1 作用長(zhǎng)度的平均直徑。因此在縱向方向上，脹管頭的縱向受力平衡可利用下面方程進(jìn)行表示：

因?yàn)榉ㄏ驂毫蜋M向摩擦力二者成正比，此時(shí)可假設(shè)在斜向上的作用面位置綜合摩擦系數(shù)為μ，那么式（1）可以被改寫(xiě)為：

式（2）中：可以明確的是，如果α 角不變，且舊管和脹管頭之間的摩擦系數(shù)為定值時(shí)，此時(shí)的舊管受到錐面的法向壓力與欄桿的拉力P則為正比的形式。

3 基于案例分析市政道路管網(wǎng)施工技術(shù)的相關(guān)要點(diǎn)

3.1 工程概況

A 城F 片區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)項(xiàng)目中的當(dāng)?shù)毓芫W(wǎng)改造工程，該項(xiàng)目共涉及道路有25 條，長(zhǎng)度總計(jì)為25.4km，并且需要采取保障相鄰管線的措施，受到的社會(huì)輿論的壓力較大，施工難度與復(fù)雜程度以及資金支出額度都相對(duì)較高，因此為了實(shí)現(xiàn)工程的有效實(shí)施，本次所采取的裂管法施工的排污管道主要位于道路左側(cè)的人行道上，利用DN400PE 管代替原有的DN400 混凝土排水管，總體施工長(zhǎng)度為500m。在施工現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)過(guò)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)該段的管道存在損壞、變形、滲漏和上開(kāi)等多種缺陷。結(jié)合上文所介紹的裂管法工藝原理來(lái)實(shí)施段的管道施工。

3.2 施工方法

新管道節(jié)段加工，其一，管材選擇。結(jié)合工藝的要求，選擇外徑為D400 的PE 管作為新管道，該管道為3cm 厚度的管壁，在使用該管道前需現(xiàn)場(chǎng)抽檢，如果在現(xiàn)場(chǎng)檢查不合格，不允許進(jìn)入到施工場(chǎng)地內(nèi)。其二，管道加工。本次管道選擇高密度的高壓聚乙烯材料制作，型號(hào)為PE DN500，每一根管道長(zhǎng)度都為6m，且大小與厚度十分均勻。然后將該管道利用精密車床加工，使其形成長(zhǎng)度為54cm 的短管單元，利用承插子母鎖扣設(shè)計(jì)管道的接口位置，搭接長(zhǎng)度為10cm，其在每?jī)啥喂艿啦寰o之后，均需要保持0.15mm 的縫隙，且需要保障在短管上所使用的密封膠，其保持3mm的圈槽深度，10mm 的槽寬。

上游水源封堵、抽水，根據(jù)井內(nèi)檢查梯，施工人員需下井進(jìn)行施工作業(yè)，身穿防水服，隨后將上游的管道利用漿砌磚塊進(jìn)行封堵，隔離水源，將鉸刀污水泵進(jìn)行安裝，隨后將井內(nèi)所存有的積水抽到地面的雨水井中。修建油頂工作平臺(tái)，本次所選擇的頂進(jìn)設(shè)備分為油路、油管與油頂三項(xiàng)的控制系統(tǒng)。在井內(nèi)放入油頂、鋼板和工字鋼，保持貼實(shí)井壁的狀態(tài)。將這三者安裝完畢后進(jìn)行機(jī)械試驗(yàn)，在試驗(yàn)期間需要保障千斤頂能夠自由順利的伸縮，并且推拉力充足。采取破碎的器械，如風(fēng)鎬等設(shè)備，對(duì)井底位置進(jìn)行找平與清理工作。需要注意的是，在此過(guò)程中使用裂管法，檢查井內(nèi)的油頂系統(tǒng)是其主要力的來(lái)源。其中該油頂系統(tǒng)最大的拉力為200t，外徑為350mm。油芯內(nèi)徑為100mm，外徑為250mm，需要被特殊加工制成，上部需要鉆取φ25 的插銷孔，厚5cm 的法蘭盤(pán)。

頂桿頂進(jìn)，采取絲扣連接的方式將桿件單元之間進(jìn)行連接，隨后需要在頂桿上加工插銷孔，直徑為25mm，各個(gè)插銷孔之間需相距15cm。結(jié)合工藝原理和工程需求，頂桿的每一節(jié)需要保持50cm 的長(zhǎng)度，利用絲桿連接每一節(jié)段，且需要以一節(jié)頂進(jìn)再裝一節(jié)的方式在井內(nèi)進(jìn)行接長(zhǎng)處理。

斷裂管頂進(jìn)新管，其一，在井下順利頂進(jìn)頂桿之后，需要安裝長(zhǎng)度為50cm、直徑為450mm 的脹管頭，將破管需要的刀片安裝在脹管頭上，隨后與頂桿進(jìn)行直接連接，后面與D400PE 管進(jìn)行連接。其二，在脹管頭被拉入既有的管道內(nèi)部后，在插入井內(nèi)進(jìn)行新管道節(jié)段的拼裝。把加工好的54cm 長(zhǎng)的PE 管節(jié)單元子母扣套上密封膠圈，承插口對(duì)齊并逐段連接到脹管頭后面。新管段進(jìn)入舊管前在管道外層涂抹膨潤(rùn)土泥漿，以減小推進(jìn)過(guò)程中的摩阻力。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，市政道路建設(shè)管網(wǎng)施工的質(zhì)量是保障市政道路交通順暢和安全的重要環(huán)節(jié)，加強(qiáng)對(duì)管網(wǎng)施工技術(shù)的研究，從施工的各個(gè)環(huán)節(jié)入手，增強(qiáng)其施工質(zhì)量，是提高市政道路交通質(zhì)量、增強(qiáng)城市基礎(chǔ)設(shè)施質(zhì)量的重要措施。