朱 屹（上海宏波工程咨詢(xún)管理有限公司， 上海 201707）

0 引 言

習(xí)近平總書(shū)記在黨的十九大報(bào)告中指出：“加快生態(tài)文明體制改革，建設(shè)美麗中國(guó)。”我們要建設(shè)的現(xiàn)代化是人與自然和諧共生的現(xiàn)代化，既要?jiǎng)?chuàng)造更多物質(zhì)財(cái)富和精神財(cái)富以滿(mǎn)足人民日益增長(zhǎng)的美好生活需要，也要提供更多優(yōu)質(zhì)生態(tài)產(chǎn)品以滿(mǎn)足人民日益增長(zhǎng)的優(yōu)美生態(tài)環(huán)境需要。

隨著城市的不斷發(fā)展、人民生活水平的不斷提高，生活環(huán)境受到的關(guān)注日益增多。由于過(guò)去未曾受到重視的雨、污水管混接直接排放問(wèn)題已經(jīng)嚴(yán)重影響到周邊流域和近岸海域的生態(tài)環(huán)境，全國(guó)各地方已經(jīng)開(kāi)始全面規(guī)劃并進(jìn)行雨污分流大改造行動(dòng)，力求有效提升城市水環(huán)境治理，改善城市居民生活條件。雨污分流的關(guān)鍵在于重新改造原本合流的管道，將污水與雨水分開(kāi)排放或收集，以達(dá)到最大的再生利用效果。由于歷史原因，之前的城市基礎(chǔ)設(shè)施投入較少，各方面建設(shè)都比較落后，采用的是污水和雨水合用一條排放管道的排水系統(tǒng)，即合流制排水系統(tǒng)，未能對(duì)排水系統(tǒng)中的水進(jìn)行來(lái)源分類(lèi)就直接排放。隨著城市化的不斷推進(jìn)，目前，我國(guó)的城市發(fā)展已經(jīng)初具規(guī)模，再不進(jìn)行雨污分流，城市水流域等將不堪重負(fù)，難以消除黑臭情況，因此，城市居民區(qū)以及周邊道路的雨污分流項(xiàng)目被不斷提上日程。隨著各項(xiàng)目的開(kāi)展，城市中雨污分流施工與道路交通壓力的矛盾也層出不窮，如，在中心城區(qū)進(jìn)行大面積的占地施工往往不太現(xiàn)實(shí)。在施工中，常見(jiàn)的管道施工方法為開(kāi)挖與非開(kāi)挖工藝，本文將主要介紹非開(kāi)挖施工工法中的微頂管施工技術(shù)，探討該施工技術(shù)在實(shí)際施工中的應(yīng)用，以期在城市管網(wǎng)改造中施工方法及施工工藝的擇優(yōu)選擇等方面提供參考。

1 微型頂管概述

微型頂管技術(shù)亦稱(chēng)“二次工法”（即地箭式工法），其早期技術(shù)源于德國(guó)與日本，是一種在地下敷設(shè)管道的技術(shù)。在避免損壞地上既有建筑物、不開(kāi)挖原有地面的情況下，分兩次施工：第一次施工時(shí)，先將先導(dǎo)管推進(jìn)貫通；第二次施工時(shí)，則以先導(dǎo)管作為導(dǎo)體，利用擴(kuò)大切削頭或簡(jiǎn)易機(jī)頭擴(kuò)孔，頂進(jìn)管道，完成管道鋪設(shè)的施工工藝。

2 微型頂管工藝在項(xiàng)目中的運(yùn)用

2.1 工程概況

莘莊南廣場(chǎng)交通樞紐周邊道路雨污分流改造項(xiàng)目（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“本項(xiàng)目”）位于上海市閔行區(qū)莘莊南廣場(chǎng)交通樞紐周邊，是地鐵、公交綜合換乘樞紐的重要通道，周邊是多個(gè)大型商業(yè)中心和居民區(qū)的主要出入通道，且緊鄰?fù)猸h(huán)與高速的出入通道，交通壓力非常大。為盡可能減小道路通行壓力，施工方采用非開(kāi)挖微型頂管施工工藝。工程內(nèi)容包括搖管井18座，搖管鋼筒型號(hào)為φ2590，壁厚為20 mm，采用C35水下混凝土封底，厚度為1.0 m，搖管井深度8 m～9 m，管徑為DN400/DN600的微型頂管（管材采用樹(shù)脂混凝土管）施工共20段，合計(jì)長(zhǎng)度849 m，管道敷設(shè)深度約3.27 m～6.52 m，根據(jù)地勘報(bào)告數(shù)據(jù)顯示，管道敷設(shè)層的土層為②層褐黃色～灰黃色粉質(zhì)黏土及③1T灰色砂質(zhì)粉土。

2.2 微型頂管施工的主要工藝流程

微型頂管施工的主要工藝流程：現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)→工作坑制作→搖管井安裝→鋼筒焊接沉設(shè)→開(kāi)挖封底→安裝加固后靠背→架設(shè)機(jī)臺(tái)→安裝激光經(jīng)緯儀→先導(dǎo)管頂進(jìn)→黑管頂進(jìn)→管道頂進(jìn)→拆除管路→拆除管路→路面恢復(fù)。

2.3 微型頂管施工的主要設(shè)備投入

在一般的微型頂管施工中，為滿(mǎn)足施工條件，主要需投入以下設(shè)備（如表1所示）。

表1 微型頂管施工所需設(shè)備一覽表

2.4 搖管井施工

根據(jù)微型頂管推進(jìn)臺(tái)及管材尺寸的特點(diǎn)可知，工作井及接收井的尺寸較小，難以滿(mǎn)足施工作業(yè)空間的要求，只有采用搖管機(jī)鋼管沉管作為井，才能滿(mǎn)足施工作業(yè)空間要求。本項(xiàng)目工作井及接收井采用機(jī)械施工進(jìn)行操作，所采用的機(jī)械設(shè)備名稱(chēng)為2590搖管機(jī)，輔助設(shè)備為伸縮臂挖掘機(jī)。鋼筒壁厚為20 mm，內(nèi)徑為2 590 mm，每節(jié)鋼筒的長(zhǎng)度為2.0 m，鋼筒之間采用焊接方式連接，鋼筒的下部切割為鋸齒狀，齒深為5 cm。根據(jù)施工設(shè)計(jì)圖紙，放出工作坑中心點(diǎn)位置。施工時(shí)，需查明工作坑范圍內(nèi)地下管線情況，與相鄰管線保持足夠的安全距離。

工作坑位置確定后，清障開(kāi)挖至距原地面1.6 m處，放入第一節(jié)鋼筒，將搖管機(jī)安放在鋼筒上方。搖管機(jī)安放完成后，安放第二節(jié)鋼筒，將第二節(jié)鋼筒與第一節(jié)鋼筒接口對(duì)齊，采用坡口焊接的方式與挖掘機(jī)油路連接，隨后下沉搖管，直至鋼管底達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高。搖管機(jī)將鋼筒安裝至設(shè)計(jì)標(biāo)高后，（如不需坑底加固）使用挖掘機(jī)將鋼筒內(nèi)的土取出，取土結(jié)束后將井內(nèi)滲水抽干，采用C35水下混凝土封底，厚度為1 m，頂管工作井及接收井嵌入土層不少于1 m。搖管施工過(guò)程中所采用的是鋼制護(hù)筒，自重較輕，根據(jù)設(shè)計(jì)工作井位置，先對(duì)周?chē)呀ü芫€進(jìn)行管線探測(cè)，并人工開(kāi)挖探坑，確保安全距離。主要工藝流程：工作坑放樣→搖管機(jī)安裝→鋼筒焊接沉設(shè)→開(kāi)挖封底。

2.5 工作坑及后背安裝

工作坑底板澆筑完成后，首先安裝頂管后背。

（1）微型頂管配套工作坑一般需要兩座（推進(jìn)坑與接收坑各一座）。工作坑深度為管底標(biāo)高以下0.8 m左右?？拥诐仓?.0 m厚混凝土做基坑底板，預(yù)留深50 cm的集水坑一座。

（2）機(jī)械頂管后背為鋼筒井井壁。

（3）頂進(jìn)坑后背與機(jī)臺(tái)間隙用三角鐵焊接加固后才能進(jìn)行頂管施工。

（4）后背墻為鋼筒，安裝時(shí)鋼筒中心與頂進(jìn)管道的軸線要調(diào)整好，避免產(chǎn)生偏心受壓。

（5）后背安裝允許偏差：垂直度為0.1%H（H為后背高度），水平扭轉(zhuǎn)度為0.1%L（L為后背寬度）。

2.6 頂力計(jì)算

確定機(jī)械頂管總頂力時(shí)，通常使用經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式

式1和式2中：F為總頂力（kN）；Do為管道外徑（m）；Dg為頂管機(jī)外徑（mm）；L為頂距；fk為管道外壁與土的單位面積平均阻力（kN/m2）；Nf為頂管機(jī)的迎面阻力（kN）；P為土倉(cāng)壓力（kN/m2）。

運(yùn)用式1和式2進(jìn)行頂力計(jì)算，選用合適的頂管推進(jìn)臺(tái)提供頂力。結(jié)合工程實(shí)際計(jì)算頂力計(jì)算：Do＝0.55 m，Dg＝0.73 m，L＝79 m，fk＝7.0 kN/m2，P＝60 kN/m2設(shè)定土倉(cāng)壓力；預(yù)測(cè)總頂力為Nf＝π×(0.71)2×60/4≈23.7 kN；F＝π×0.71×79×7.0＋23.7≈1 256.5 kN。計(jì)算得出，需1 256.5 kN的頂力推動(dòng)；本項(xiàng)目中實(shí)際選用的頂管推進(jìn)臺(tái)指標(biāo)為160 t，轉(zhuǎn)換成頂力為1 600 kN，能夠達(dá)到頂進(jìn)的頂力要求。

2.7 推進(jìn)機(jī)臺(tái)、機(jī)臺(tái)底座和激光經(jīng)緯儀的安裝及先導(dǎo)管、黑管和管道的頂進(jìn)施工

與管道中心軸線安裝的推進(jìn)機(jī)臺(tái)底座及機(jī)臺(tái)相匹配的推進(jìn)設(shè)備主要是液壓油缸系統(tǒng)。激光經(jīng)緯儀根據(jù)管線中心及高程架設(shè)完畢后，依據(jù)設(shè)計(jì)坡度調(diào)整坡比。儀器設(shè)定好后開(kāi)始先導(dǎo)管頂進(jìn)施工。

先導(dǎo)管頂進(jìn)：先導(dǎo)管箭頭采用90 mm中空斜坡面的鋼管，導(dǎo)桿采用90 mm中空鋼管，在頂進(jìn)過(guò)程中通過(guò)先導(dǎo)管箭頭斜面旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的切削力調(diào)整行進(jìn)方向，全程采用激光經(jīng)緯儀定向糾偏操作，可精確的按設(shè)計(jì)坡度進(jìn)行頂進(jìn)，直至達(dá)到接收井。

黑管（前導(dǎo)管外管）頂進(jìn)：采用220 mm中空鋼管，以先導(dǎo)管作為導(dǎo)體，利用擴(kuò)大孔徑將管道推進(jìn)，過(guò)程中不排土，同步在接收井中拆除先導(dǎo)管。黑管頂進(jìn)前安裝鏡面框，防止頂進(jìn)過(guò)程中漏水漏泥。

管道頂進(jìn)：黑管進(jìn)入接收井后，在工作井中安裝好簡(jiǎn)易機(jī)頭并頂進(jìn)洞內(nèi)，待機(jī)頭全部進(jìn)洞后，安裝機(jī)頭所用的液壓油管及高壓水管，通過(guò)改良式簡(jiǎn)易機(jī)頭進(jìn)一步擴(kuò)孔（不排土），將工程管道頂進(jìn)直至接收井，同步在接收井中拆除黑管。管線按照設(shè)計(jì)長(zhǎng)度施工完成后，機(jī)頭進(jìn)入接收坑，卸下機(jī)頭，此段管線頂管完成，管道頂進(jìn)結(jié)束后，用水不漏封堵管壁，防止漏水漏泥。

2.8 進(jìn)出洞口施工措施

微型頂管施工時(shí)，應(yīng)根據(jù)不同的施工工序，在鋼筒井壁上切割相應(yīng)直徑的洞口。不同管徑開(kāi)孔尺寸比相應(yīng)的機(jī)頭外徑大2 cm。施工時(shí)，鋼筒井壁開(kāi)孔后，為防止土體從孔洞流出，使相鄰路面及構(gòu)筑物發(fā)生沉降，應(yīng)加裝橡膠鏡面框。鏡面框?yàn)榭刹鹦兜亩鄬訄A環(huán)橡膠制品，能夠起到止水止泥的作用。如果施工區(qū)域地層為淤泥質(zhì)土且含水量大，涌水涌砂嚴(yán)重，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，對(duì)出入洞口一定范圍內(nèi)進(jìn)行壓密注漿加固。

2.9 頂管進(jìn)出洞口、坑底加固措施

頂管工作井和接收井坑底一般采用D800高壓旋噴樁滿(mǎn)堂加固，加固厚度3 m；管道進(jìn)出洞位置進(jìn)行壓密注漿加固，加固范圍為管道軸線方向2 m、管外側(cè)2 m的長(zhǎng)方體范圍內(nèi)。微型頂管工作井壓密注漿及高壓旋噴平面圖和剖面圖，如圖1和圖2所示。

圖1 微型頂管工作井壓密注漿及高壓旋噴平面布置圖

圖2 微型頂管工作井壓密注漿及高壓旋噴剖面圖

2.10 檢查井砌筑

在頂管完成后，澆筑窨井墊層及基礎(chǔ)，并進(jìn)行管道流槽，檢查井體施工。根據(jù)設(shè)計(jì)需要，后續(xù)待回填后可以對(duì)鋼管井進(jìn)行拔除或不拔除處理。

3 幾種常用的施工工法優(yōu)劣勢(shì)比較

以口徑300 mm～600 mm的污水管道為例，對(duì)常用的施工方法進(jìn)行比較，具體如表2所示。

表2 常用施工法優(yōu)劣勢(shì)比較表

4 微型頂管施工法的優(yōu)劣勢(shì)

4.1 優(yōu) 勢(shì)

（1）管道鋪設(shè)精度高，誤差一般小于30 mm，激光經(jīng)緯儀制導(dǎo)滿(mǎn)足管道重力流要求。

（2）施工占用場(chǎng)地小。以2 590 mm的工作井為參考，總體施工占用場(chǎng)地面積一般不超過(guò)40 m2。

（3）應(yīng)急處置響應(yīng)快，如遇道路特殊通行需求，能馬上采取鋼板覆蓋洞口等措施，立即恢復(fù)道路通行。

（4）施工速度快。單段（長(zhǎng)度50 m）施工不超過(guò)2 d，土層越軟施工速度越快；另外,與傳統(tǒng)工作井制作中采用工法樁或鉆孔灌注樁加高壓旋噴樁的方法相比，時(shí)間大大減少，省去了樁基完成后需等待28 d，強(qiáng)度達(dá)標(biāo)后才能進(jìn)入下道工序的時(shí)間。

（5）整體沉降小。機(jī)頭外直徑尺寸大于管道外直徑30 mm，如需減少阻力也可注漿填充，沉降可忽略；頂管時(shí)擠土不擴(kuò)孔，管壁與土層之間不存在沉降隱患。

（6）施工污染小、噪聲低。頂進(jìn)過(guò)程中、頂管完成后不需要泥漿置換，施工過(guò)程中污染小，利于環(huán)?！，F(xiàn)場(chǎng)可采用靜音發(fā)電機(jī)供電，管節(jié)頂進(jìn)過(guò)程中利用小型龍門(mén)吊進(jìn)行吊裝，減少大型機(jī)械作業(yè)，極大地降低了噪聲影響。因施工對(duì)周邊的環(huán)境影響小，可夜間進(jìn)行搖管及頂管的施工，白天恢復(fù)交通，盡可能地減小交通壓力。

（7）施工造價(jià)低。相對(duì)于采用傳統(tǒng)樁基圍護(hù)結(jié)構(gòu)工藝的工作井，搖管井施工極大程度地降低了造價(jià)，同時(shí)鋼筒可以在檢查井砌筑后根據(jù)設(shè)計(jì)要求拔除，進(jìn)行重復(fù)利用。

（8）搖管井施工過(guò)程中采用的是鋼制護(hù)筒，自重較輕，搖井過(guò)程中不會(huì)發(fā)生不均勻沉降及突沉現(xiàn)象，不會(huì)造成周?chē)馏w流失，對(duì)已建構(gòu)筑物、管線沉降影響較小。

4.2 劣 勢(shì)

（1）管道材質(zhì)受限。通常管材為樹(shù)脂混凝土管、玻璃鋼夾砂管、鋼筋混凝土管和球墨管，因工作井與接收井的尺寸限制，管材長(zhǎng)度一般為1m/節(jié)。

（2）管徑受限。因工藝限制，目前管徑的最大尺寸為DN600，超過(guò)尺寸的管徑則不適用。

（3）頂距不長(zhǎng)且只能為直線。工作井與接收井通常不宜大于100 m；受工藝限制，頂進(jìn)方向只能為直線。

（4）適用土層限制較多，只能適用于粘土層及砂層,如遇卵石粒徑≤8 cm，含量≤30%的砂卵石地層，可謹(jǐn)慎選用。卵石粒徑較大或存在較大塊石的地層不適用此工藝。

（5）破障能力差。先導(dǎo)管一般為90 mm～105mm的中空鋼管，遇到較大障礙物基本沒(méi)有辦法破障，就算先導(dǎo)管與黑管恰巧能頂過(guò)，但是擴(kuò)大口徑的管道未必能過(guò)，存在一定風(fēng)險(xiǎn)。

5 結(jié) 語(yǔ)

本文以上海莘莊南廣場(chǎng)交通樞紐周邊道路雨污管道分流改造項(xiàng)目為例，介紹了微型頂管的主要施工工藝，得出了微型頂管的適用范圍：微型頂管施工工藝較為適用于DN600及以下管道施工，對(duì)于較軟土質(zhì)（標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)錘擊數(shù)≤15）亦可采取不排土的方式。分析了微型頂管工藝相對(duì)于常規(guī)施工工藝的優(yōu)勢(shì)：鋪管精度高、作業(yè)面小、工期短、對(duì)周邊環(huán)境及各類(lèi)管道等影響小、投資相對(duì)少。筆者認(rèn)為，在城市雨污分流改造管網(wǎng)施工中，微型頂管工藝是一項(xiàng)十分有意義的非開(kāi)挖工藝，將微型頂管工藝引入城市管網(wǎng)改造項(xiàng)目中，將大大減少施工對(duì)周邊環(huán)境的影響，進(jìn)一步改善城市居民生活條件。