廖 芳 (深圳市市政工程總公司 廣東 深圳 518109)

地下管道網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),是城市建設(shè)的重要組成部分。隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和城市人口的不斷增長,現(xiàn)存的市政設(shè)施與日益增長的人口之間的矛盾日漸突出,諸多城市現(xiàn)存設(shè)施不能滿足城市發(fā)展與人口增長的需要,如中水、自來水、煤氣、電力和通訊管道的鋪設(shè)、維修都是在需要的時候再對街道路面“開臘剖肚”,從而導(dǎo)致交通堵塞、破壞既有基礎(chǔ)設(shè)施、環(huán)境污染等一系列問題,對市民的生活和城市形象造成很大的影響。因此。地下管網(wǎng)建設(shè)的非開挖施工成為大勢所趨,無論是在管道的鋪設(shè)中還是管道的置換與修復(fù)中,都對推動城市建設(shè)發(fā)揮著積極意義。

一、非開挖頂管施工技術(shù)概述

所謂非開挖施工技術(shù),是在不挖開路面的前提下,實施地下鋪設(shè)管線,如剛性管道、光纖電纜、高壓電線等等,也可以在河底、建筑物地下,鋪設(shè)管線。

現(xiàn)今社會幾乎所有的人類活動都離不開地下管線,大量的新管線需要鋪設(shè),現(xiàn)有的管線需要及時的檢修、維護(hù)和修復(fù)。而傳統(tǒng)的開挖技術(shù)具有很大的局限性,已經(jīng)不能適應(yīng)新時代的需要,如造成交通不便、影響環(huán)境、施工周期長、成本高等。此外,如古跡保護(hù)區(qū)、鬧市區(qū)、農(nóng)作物和植物保護(hù)區(qū)、穿越鐵路、高速公路、建筑物、河流等地施工十分困難,甚至根本無法進(jìn)行施工。因此,非開挖技術(shù)運用而生。

非開挖技術(shù)源于20世紀(jì)70年代,并于90年代傳入我國,目前被廣泛應(yīng)用于給水、排水、電力、通信、燃?xì)獾阮I(lǐng)域的新管道建設(shè)和舊管道修復(fù),也可以應(yīng)用于文物、古建筑的保護(hù)等方面。

非開挖鋪設(shè)地下管線技術(shù)是指利用巖土鉆掘定向、測控等技術(shù)手段,在地表不挖槽和地層結(jié)構(gòu)破壞極小的情況下,對諸如供水、煤氣、天然氣、污水、電信電纜等公用管線進(jìn)行鋪設(shè)的施工技術(shù)。它的技術(shù)核心是導(dǎo)向鉆進(jìn)、定向鉆進(jìn)、微型隧道掘進(jìn)、沖擊矛、夯管法和頂管等技術(shù)。非開挖鋪管技術(shù)可用來鋪設(shè)直徑40mm 至2500mm 的各種地下管線,距離可達(dá)十幾米至上千米。

非開挖技術(shù)包括三方面內(nèi)容:新管線鋪設(shè),現(xiàn)有管線的檢查和維護(hù)以及陳舊管線的修復(fù)和替換,在動力電纜、通訊電纜和光纜、上下水道、輸油輸氣管道、環(huán)境治理工程和基礎(chǔ)工程等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。

非開挖技術(shù)的特點和應(yīng)用潛力,主要表現(xiàn)在四個方面:一是不阻礙交通、不污染環(huán)境、不破壞植被、不影響周邊建筑物、不影響居民的一切生活和工作秩序。二是可以按最短的合理途徑穿越河流、湖泊、公路、鐵路、城市建筑物等施工效率高,節(jié)約材料消耗,降低施工費用,而傳統(tǒng)的施工方法是無法做到的。三是由于使用了高精度的跟蹤定位技術(shù)或MWD技術(shù),可以控制鋪管的方向和路徑,從而避開地下原有的公共設(shè)施和施工復(fù)雜區(qū)。四是有較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。在可比性相同的條件下,非開挖管線鋪設(shè)、更換修復(fù)的綜合經(jīng)濟(jì)效益和社會效益均高于開挖施工,管徑越大埋深越大時越明顯。

二、非開挖頂管施工技術(shù)的基本理論依據(jù)

(一)氣壓平衡技術(shù)理論

在非開挖頂管施工技術(shù)的具體使用過程中,其在頂級管道技術(shù)組件之上,以及在挖掘作業(yè)面技術(shù)結(jié)構(gòu)之上應(yīng)當(dāng)存在和分布一定數(shù)量的壓力空氣物質(zhì)形態(tài)。借由對壓力空氣物質(zhì)形態(tài)的運用,能夠具體針對土層技術(shù)結(jié)構(gòu)或者是地下水施加一定強(qiáng)度的推動力,且借由開展全氣壓平衡處理技術(shù)環(huán)節(jié),以及局部氣壓平衡處理技術(shù)環(huán)節(jié),具體助推頂管技術(shù)組件能夠順利到達(dá)預(yù)先設(shè)定的接收技術(shù)空間位置。

(二)土壓平衡技術(shù)理論

為扎實且充分地平衡處置頂管掘進(jìn)機(jī)技術(shù)設(shè)備所處土層技術(shù)空間位置的地下水壓力因素和土層壓力因素,通常應(yīng)當(dāng)考慮在基于非開挖頂管施工技術(shù)的施工作業(yè)技術(shù)活動過程中,針對頂管掘進(jìn)機(jī)技術(shù)設(shè)備的土艙結(jié)構(gòu)組成部分施加適當(dāng)強(qiáng)度的壓力作用。

(三)泥水平衡技術(shù)理論

所謂泥水平衡,就是要在非開挖頂管施工技術(shù)具體運用過程中,始終控制確保實際引入運用的泥水施工材料,能夠在密度水平層面具備穩(wěn)定性,同時還要具備相對充分的粘性。在實際運用的泥水施工材料充實頂管掘進(jìn)機(jī)技術(shù)設(shè)備泥水艙組成結(jié)構(gòu)之后,通?？梢钥紤]基于外部對其施加一定表現(xiàn)強(qiáng)度的壓力負(fù)荷作用,繼而實現(xiàn)對地下水壓力強(qiáng)度與土層壓力強(qiáng)度的恰當(dāng)控制。

三、非開挖頂管施工技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢

(一)對非開挖頂管施工技術(shù)的引入運用,能夠有效提升施工活動的總體進(jìn)度,縮短施工活動過程的總體持續(xù)時間,避免具體推進(jìn)的施工作業(yè)活動過程給周邊環(huán)境造成不良影響。

(二)對非開挖頂管施工技術(shù)的引入運用,通常能夠控制規(guī)避針對周邊建筑物或者是構(gòu)筑物的不良影響作用,實現(xiàn)對原有管道線路技術(shù)組件網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的有效保護(hù),避免對原有民用建筑物的地基結(jié)構(gòu)組成部分施加影響破壞作用,保證民眾的正常生活秩序,確保具體化施工時間進(jìn)度和各項施工環(huán)節(jié)的順利推進(jìn)。

(三)對非開挖頂管施工技術(shù)的引入運用,有助于改善提升施工活動環(huán)節(jié)的文明程度。源于頂管施工活動環(huán)節(jié)開展過程中的開挖量,以及土方棄用量都相對較少,客觀上不會引致發(fā)生各種形式的不文明行為,還能控制降低施工活動推進(jìn)過程對施工現(xiàn)場周邊環(huán)境施加的污染破壞程度。

(四)對非開挖頂管施工技術(shù)的引入運用,有助于獲取良好工程施工質(zhì)量。頂管施工活動環(huán)節(jié)通常不會針對道路交通設(shè)施的路面結(jié)構(gòu)組成部分施加較大程度的影響,客觀上能夠有效控制維持總體施工質(zhì)量水平,并且支持具體推進(jìn)的施工任務(wù)環(huán)節(jié)順利獲取良好效果。

四、非開挖頂管施工技術(shù)的具體運用

(一)大磡河流域水環(huán)境綜合治理工程的基本情況概述

大磡河流域水環(huán)境綜合治理工程(初雨處理設(shè)施除外)項目位于深圳市南山區(qū)西麗街道大磡村,地處西麗水庫上游,為西麗水庫的主要入庫支流。大磡河治理范圍包括全流域面積為3.70km,包括建成區(qū)面積為1.10km,生態(tài)區(qū)面積為2.60km,也即是全流域治理,具體內(nèi)容包含河道整治、山洪解放、雨污分流、初雨收集處理,以及生態(tài)綠化和服務(wù)設(shè)施建設(shè)。本項目頂管均采用帶破巖功能的泥水平衡施工工藝,利用分洪溝中下游段經(jīng)建成區(qū),布置DN2000混凝土頂管及DN3000混凝土頂管連接至大磡河,頂管埋深介于5.5～12.0m,坡度介于3‰～5‰。DN2000頂管694m,DN3000頂管843m,共計1537m,頂管工作井采用圓形井,內(nèi)尺寸為Ф8500mm,共3座;頂管接收井采用Ф6000mm,共3座;頂管接收井采用Ф6500mm,共2座;頂管接收井5500mm*5000mm,共1座;頂管工作井施工采用沉井工藝,接收井施工采用逆作法工藝。

(二)施工過程的技術(shù)質(zhì)量控制要點及措施

施工前,全面認(rèn)真查閱分析設(shè)計圖紙及有關(guān)資料,走訪有關(guān)部門,摸清管線位置及埋深并予以標(biāo)明,提前辦理占道施工許可手續(xù)并與管線產(chǎn)權(quán)單位簽訂安全保護(hù)協(xié)議,及時辦理動土作業(yè)確認(rèn)表。對個別情況不明管線,采取人工探挖方式,確定對工程無干擾時再組織施工,必須摸清楚地下情況,做到施工前心中有數(shù),必要時建議建設(shè)單位委托勘察單位對沿線管線進(jìn)行勘探。

1.頂管施工遇孤石、頂管機(jī)頂進(jìn)過程中無法頂進(jìn)時的處理措施

在沿線頂管穿越的花崗巖層中可能存在差異風(fēng)化和球狀風(fēng)化現(xiàn)象,會對施工造成不利影響。遇球狀風(fēng)化體時,建議采取如下措施

(1)在地面具備條件時從地面鉆孔預(yù)裂爆破、沖孔清除。

(2)遇孤石群,則向土倉加氣壓穩(wěn)定工作面,采用低轉(zhuǎn)速、低扭矩、低推力謹(jǐn)慎掘進(jìn)。

(3)施工中遇到地勘未探明孤石時采取地面鉆孔靜爆預(yù)裂處理。預(yù)裂處理的施工方法為:

①分段引孔、分段爆破。引孔在頂管左右線結(jié)構(gòu)輪廓線外1m 范圍內(nèi)布置,填石層和孤石引孔深度穿透填石層,基巖突起處引孔深度進(jìn)入頂管底0.5m,寬度為頂管兩側(cè)各1m;引孔采用點陣式布置,間距300×300mm,靜態(tài)爆破引孔直徑為42mm。

②靜態(tài)爆破。靜態(tài)爆破施工方法由具體實施的相關(guān)單位完成;管線、重要建(構(gòu))筑物爆破安全震動速度1.5cm/s。

③爆破效果檢測。設(shè)置檢測孔,采用地質(zhì)鉆孔,對預(yù)裂爆破巖石進(jìn)行檢測,以確保頂管順利通過。

④引孔封堵。靜態(tài)爆破后需要對所有的爆破孔和檢測孔實施封堵,并確保密實。

⑤爆破監(jiān)測。爆破實施期間,對周邊重要建(構(gòu))筑物、管線、高壓線塔進(jìn)行振動頻率監(jiān)測。

⑥要求施工單位在設(shè)備采購時,結(jié)合地質(zhì)條件,選用硬巖破碎能力較強(qiáng)的頂管機(jī)。

2.頂管下穿越軟硬不均及硬巖地層處理措施

(1)頂管下穿越軟硬不均及硬巖地層的具體里程詳見頂管平面及縱斷面圖。

(2)頂管穿越軟硬不均及硬巖地層時需控制頂管自身各項掘進(jìn)參數(shù),控制好頂管推進(jìn)速度及姿態(tài),保持推進(jìn)速度的恒定和穩(wěn)定,加強(qiáng)同步注漿和二次注漿,采取信息化施工,加強(qiáng)建構(gòu)筑物的監(jiān)控量測,信息及時反饋,嚴(yán)格控制沉降和位移,確保頂管順利掘進(jìn)通過。

(3)其它輔助措施

頂管施工應(yīng)加強(qiáng)超前地質(zhì)預(yù)報,并做好相應(yīng)的措施。場坪平整、圍擋、管線臨時保護(hù)、苗木遷移等現(xiàn)場措施,苗木、溝壑、高邊坡等施工措施,按經(jīng)批準(zhǔn)的施工組織方案實施,以實際發(fā)生進(jìn)行確認(rèn)。

3.粉質(zhì)黏土層頂進(jìn)措施

采用清水頂進(jìn)攜渣,泥水平衡模式頂進(jìn)能有效排出刀盤渣土、減小刀盤油壓和防止刀盤泥餅的形成?？刂祈斶M(jìn)速度和刀具貫入度,降低泥水比重。泥水含土量與粘度超過要求時及時更換清水循環(huán)頂進(jìn),泥水中超細(xì)顆粒采取壓濾處理。

粉質(zhì)黏土頂管頂進(jìn)參數(shù)

4.雜填土土層頂進(jìn)措施

(1)雜填土條件下長距離頂管防止失穩(wěn)、保證工程質(zhì)量措施

①針對雜填土的特點,采用設(shè)備改造等手段設(shè)計合理的注漿減摩方案減小摩阻力。

②縮短中繼間之間的距離減小摩阻力。

③減小管道偏斜,在頂進(jìn)施工時做好監(jiān)測方案,做到邊施工邊監(jiān)測,基于雜填土的不均勻性特點,一定要提高監(jiān)測頻率。

④采取合理的糾偏措施,基于雜填土的不均勻性特點,一定要提高隨時糾偏頻率,同時提高糾偏精度,降低需要糾偏的誤差值標(biāo)準(zhǔn)。

⑤減小中繼間的偏斜,保證管道的偏斜在合理范圍內(nèi)。

⑥采用鋼承口管橡膠圈接口,它的最大張角可達(dá)30左右,也不會產(chǎn)生接口滲漏,可靠性較好。

(2)雜填土條件下大管徑泥水平衡頂管質(zhì)量保證措施

①針對雜填土及管徑的特點,采用設(shè)備改造等手段在合理范圍內(nèi)適當(dāng)提高注漿量,減小頂進(jìn)滑行阻力。

②提高了中繼間布置的可靠性,縮短了中繼間間距,減小頂力,當(dāng)總推力達(dá)到設(shè)計推力的50%,安裝第一個中繼間,以后當(dāng)總推力達(dá)到設(shè)計推力的70%時放置第二個中繼間。

③雜填土具有空隙大、材質(zhì)分布不均勻,存在跑漿(漿流入雜填土內(nèi)部)的現(xiàn)象,常規(guī)的注漿量不能滿足該工程的注漿需要,因此,應(yīng)提高注漿量。

④增加注漿孔密度。雜填土土體材質(zhì)不均勻性、空隙大,增加了注漿孔的數(shù)量,常規(guī)土體進(jìn)行施工時,注漿孔的數(shù)量為每三節(jié)相鄰管材設(shè)一節(jié)有注漿孔的管子,每根管材長2.5米,因此常規(guī)土體注漿時注漿密度為每7.5米設(shè)一組注漿孔,由于雜填土的特點需要提高注漿量,本項目注漿孔數(shù)量為每兩個相鄰管材設(shè)置一節(jié)有注漿孔的管子,即注漿密度為每5米設(shè)一組注漿孔。

⑤增大注漿機(jī)注漿能力。由于注漿量的增大,為了保證注漿壓力的均衡,必須增大注漿機(jī)的注漿能力,本項目注漿機(jī)由原來的揚程為100m 的UBH 型螺桿泵注漿機(jī)更換為揚程為300m 的1-1B型螺桿泵注漿機(jī)。

⑥測量控制管理技術(shù)?；陔s填土的不均勻特點,根據(jù)前文提出的雜填土條件下長距離大管徑泥水平衡頂管成套技術(shù)方案。提高高程與軸線偏差的測量頻率,對于管道軸線控采用紅外線經(jīng)緯儀測量,為糾偏提供依據(jù),管道高程則采用,水準(zhǔn)儀,每節(jié)管道測量2個點。

結(jié)束語

綜合分析現(xiàn)有研究成果可以知道,在基于非開挖頂管施工技術(shù)在城市地下管道網(wǎng)絡(luò)技術(shù)系統(tǒng)的施工過程中,要嚴(yán)格遵照執(zhí)行施工技術(shù)操作規(guī)程,控制各項施工技術(shù)參數(shù)。參與施工人員必須全面系統(tǒng)地學(xué)習(xí)和掌握非開挖頂管施工技術(shù)的基本理論和技術(shù),全面考量各類影響因素,積極開展基于施工技術(shù)細(xì)節(jié)層面和技術(shù)參數(shù)層面的調(diào)整優(yōu)化,提升總體施工效率和施工質(zhì)量。