馬世波

(遼寧省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽(yáng) 110006)

頂管技術(shù)是在盾構(gòu)技術(shù)之后，逐步發(fā)展的一種地下管道施工技術(shù)。這個(gè)施工技術(shù)是把掘進(jìn)機(jī)或工具管吊入工作坑，通過(guò)主千斤頂，把掘進(jìn)機(jī)或工具管頂入土層，然后通過(guò)人工挖土，或者機(jī)械掘進(jìn)，連續(xù)把掘進(jìn)機(jī)或工具管穿越土層，同時(shí)把緊隨其后的需要敷設(shè)的管道依次連接，在土層中埋設(shè)，一直敷設(shè)到對(duì)面接收井的地下管道埋設(shè)方法。頂管技術(shù)在市政給排水管道施工中得到廣泛的應(yīng)用，原因在于在敷設(shè)管道施工不需要開(kāi)槽，這可以減少土方開(kāi)挖數(shù)量，施工成本降低，在穿越公路、河流、鐵路等障礙物時(shí)不破壞地面交通，敷設(shè)管道的直徑也在不斷加大，能夠滿足給水排水管道敷設(shè)的需求[1-4]。

1 工程概況

鐵嶺縣凡河新區(qū)污水管網(wǎng)維修改造工程，頂管內(nèi)污水管道施工越過(guò)天水河為DN1600鋼筋混凝土三級(jí)柔性接頭鋼承口管(DRCP Ⅲ 1600×2000 GB/T 11836)頂管結(jié)構(gòu)，施工長(zhǎng)度是100 m。建設(shè)已完成，現(xiàn)在需要進(jìn)行DN1000HDPE污水管連接。所提出的解決方案是在HDPE管道下部的寬度為500 mm的小型車，間距為2 m，總共50套。需要現(xiàn)場(chǎng)焊接組裝小車，車輪直徑是60 mm，車輪連接到具有40 mm×40 mm的方形鋼管，方形鋼管長(zhǎng)度為500 mm。每輛小車的方鋼兩側(cè)均需要焊接上長(zhǎng)度為400 mm的Φ12鋼筋，并且每輛車都是焊接四根。在穿管之前，必須在砂漿強(qiáng)度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)后鋪設(shè)混凝土管內(nèi)部的砂漿。在混凝土管道內(nèi)側(cè)，鋪設(shè)一層砂漿進(jìn)行找平，等砂漿強(qiáng)度達(dá)標(biāo)后，再進(jìn)行穿管作業(yè)。砂漿強(qiáng)度達(dá)標(biāo)之后，要先進(jìn)行軌道鋪設(shè)，軌道采用寬度為40 mm的角鋼，鋪設(shè)兩道間距為500 mm。把管道放置在小車上，從工作井送入混凝土管道內(nèi)，采取從工作井向接收井推進(jìn)方式。管道連接，在工作井內(nèi)對(duì)管道進(jìn)行熔接，在焊接完全冷卻之后，然后將其推入接收井。

在安裝管道并推進(jìn)之后，在管道兩端各連接一個(gè)300 mm長(zhǎng)盲板，封堵接頭。在接收井端盲板上方，設(shè)置排氣孔，在工作井端盲板處，設(shè)置灌水閥、泄水閥，由工作井向管內(nèi)注水。盲板封堵后，需用型鋼對(duì)封堵進(jìn)行加固。管內(nèi)注水完成后，封堵收井洞門，由工作井引入注漿管，從接收井向工作井注漿，先注到管道高度的1/3處，等砂漿穩(wěn)定成型之后，再對(duì)剩余2/3泥漿進(jìn)行澆筑，目的是防止管道浮動(dòng)。在所有泥漿完成澆筑后，通過(guò)工作井泄水閥，把水泄出。等泥漿全部注完穩(wěn)定成型后，再把兩段盲板封頭拆除，工作井封閉洞門。等一體化泵站和設(shè)備安裝完成后，再進(jìn)行一體化泵站管道連接。

2 污水管道頂管法施工

污水管道頂管法施工程序?yàn)椋簻y(cè)量放線； 混凝土管道內(nèi)鋪設(shè)砂漿找平；放置木墊塊以及鋼軌；焊接小車；管道連接；管道注水；接收井洞門封堵；泥漿包封；工作井洞門封堵。

2.1 軌道及小車制作安裝

運(yùn)輸小車，共需要50臺(tái)，布置的間距是2 m。運(yùn)輸小車需要現(xiàn)場(chǎng)焊接組裝，運(yùn)輸小車的車輪直徑是60 mm，橫向用40 mm×40 mm的方形鋼管，把車輪進(jìn)行連接，方鋼的長(zhǎng)度是500 mm。每輛小車的方鋼兩側(cè)，都需要焊接上長(zhǎng)度為400 mm的Φ12鋼筋，每一輛車，焊接四根，具體見(jiàn)圖1。

圖1 小車制作立面圖(單位:mm)

運(yùn)輸軌道，雙向布置，采用寬度為40 mm的角鋼，軌道采用500 mm的間距，把管道放置在小車上，通過(guò)工作井送入混凝土管道內(nèi)部。

軌道下方，方形墊木是用60 mm×60 mm的，墊木的長(zhǎng)度為0.6 m，按2.0 m一根的間距布置均勻。

2.2 管道施工

天水河穿越頂管工程，管道是采用DRCP Ⅲ 1600×2000的鋼筋混凝土，采用柔性鋼承口承插連接方式。頂管施工完，在其內(nèi)部敷設(shè)管道的規(guī)格為φ1000聚乙烯PE100，連接方式是通過(guò)熱熔。在兩管中間，填充泥漿，配合比是按照水泥+粉煤灰∶水∶砂子∶減水劑=1∶1.07∶4.96∶0.009的比例。頂管工程管道長(zhǎng)度是100 m。

(1)材料設(shè)備驗(yàn)收、布管。在工程施工時(shí)，要充分做好各班組工種的技術(shù)工作。每個(gè)工種負(fù)責(zé)人，要熟悉施工圖紙，了解施工現(xiàn)場(chǎng)的現(xiàn)狀與實(shí)際情況。要做好干部職工的教育工作，牢固樹(shù)立安全、質(zhì)量意識(shí)等。在組織機(jī)具設(shè)備及挖機(jī)進(jìn)場(chǎng)前，要做好檢修和試用，必須在確保無(wú)故障、驗(yàn)收合格后才可以施工。

(2)φ1000聚乙烯PE100管道安裝。頂管內(nèi)部敷設(shè)管道，是采用直徑為φ1000，PE100聚乙烯管道。在頂管施工后敷設(shè)在其內(nèi)部，管道的長(zhǎng)度是100 m。安管作業(yè)是沿管道中線進(jìn)行。在安裝管道時(shí)，要先檢驗(yàn)管道的成品質(zhì)量，內(nèi)外表面沒(méi)有裂紋和碰傷。測(cè)量人員直接跟班作業(yè)，具體負(fù)責(zé)控制管道的中線和高程。在下管的時(shí)候，設(shè)專人指揮用吊車吊裝。管道的接口采用聚乙烯PE100熱熔。由專人察看管道的吊入情況，用起重機(jī)吊起管，把管慢慢拉入，牽引時(shí)要用力均勻，慢慢進(jìn)行。

比方咬著小吸管傳橡皮筋的游戲，原本應(yīng)該貼近青春女孩的臉龐，聞到她身上陣陣幽香，感受她吹氣如蘭，光幻想一下就覺(jué)得亢奮。然而現(xiàn)在卻是跟臭男生耳鬢廝磨，我猜我和對(duì)方都很想死。

(3)管道推入。管道連接完成后，用小車從工作井送入混凝土管道，按照從工作井向接收井推進(jìn)方式，具體見(jiàn)圖2。

圖2 管道推入平面示意圖(單位：mm)

2.3 管道墊壓

(1)管道封堵。等管道安裝、推進(jìn)完，在管道兩端，各連接一個(gè)300 mm長(zhǎng)盲板，封堵接頭，見(jiàn)圖3。在接收井端盲板的上方，設(shè)置排氣孔，在工作井端盲板的地方，設(shè)置灌水閥、泄水閥，由工作井向管內(nèi)注水。在盲板封堵后，加固需用GB-H400×400×13×21的型鋼封堵，盲板堵頭焊接采用10 mm厚鋼板，見(jiàn)圖4。

圖3 盲板大樣圖(單位：mm)

圖4 封堵支撐示意圖(單位：m)

(2)管內(nèi)注水。管內(nèi)注水完，把接收井洞門封堵，通過(guò)工作井引入注漿管，注漿從接收井到工作井，先注到1/3管道高度，等砂漿穩(wěn)定成型，再進(jìn)行澆筑剩余2/3泥漿，避免管道漂浮。

(3)注水計(jì)算。當(dāng)注水到管道1/3高度時(shí)，按照浮力計(jì)算，見(jiàn)式(1)：

F0=ρgV

(1)

F0≤M0g+M1g

(2)

式中：F0為管道浮力,kN；M0為管道重量，取5.4 t；g為重力加速度，取9.8 m/s2；M1為水總重量，t；ρ為砂漿密度，取2000 kg/m3；V為管道排除砂漿體積，取26.18 m3。

計(jì)算出M1≥46.96 t。根據(jù)計(jì)算，管道內(nèi)注滿水后，水重量M1=78.5 t，M1/M2=0.59，那么設(shè)計(jì)管內(nèi)注入2/3水，M1=52.34 t≥46.96 t，滿足要求，見(jiàn)圖5； HDPE鋼帶增強(qiáng)塑料管道重量見(jiàn)表1。

圖5 管道注水?dāng)嗝媸疽鈭D

表1 HDPE鋼帶增強(qiáng)塑料管道重量

2.4 泥漿填充

頂套管內(nèi)，填充密實(shí)要采用泥漿。泥漿填充物，要通過(guò)試驗(yàn)確定。其彈性模量小于5MPa，假設(shè)沒(méi)有試驗(yàn)資料，配合比為:水∶砂子∶減水劑=1∶1.07∶4.96∶0.009，可采用設(shè)計(jì)建議，每立方泥漿材料用量:水泥29 kg，粉煤灰264 kg,水313 kg，砂子1454 kg，減水劑2.637 kg。

2.5 洞門封堵

洞口整體封堵用標(biāo)準(zhǔn)磚進(jìn)行，從下到上依次壘砌的砌筑方式。壘砌完，用防水砂漿抹面縫隙，避免在使用過(guò)程中洞口漏水，見(jiàn)圖6。

圖6 管道洞口封堵示意圖

管端部的防水措施，在填充泥漿后，拆除封閉模板，端部可砌筑240 mm磚墻，采用與基座同強(qiáng)度的水泥砂漿搗實(shí)空照部分，水泥砂漿的強(qiáng)度等級(jí)M20,并采用防水砂漿抹面厚度5 cm。

2.6 閉水試驗(yàn)

2.6.1 閉水試驗(yàn)應(yīng)具備條件

管道及井室內(nèi)無(wú)積水；管道除了預(yù)留進(jìn)出水管外，要封堵堅(jiān)固，不能滲水；管道和井室外觀質(zhì)量，已驗(yàn)收合格；所有的預(yù)留孔要封堵，不能滲水；管道的兩端堵板承載力，經(jīng)核算大于水壓力的合力。

2.6.2 閉水試驗(yàn)方法

當(dāng)計(jì)算出的試驗(yàn)段水頭小于10 m時(shí)，并且已超過(guò)上游檢查井井口，試驗(yàn)水頭要以上游檢查井井口高度為準(zhǔn)。當(dāng)試驗(yàn)段上游設(shè)計(jì)水頭，超過(guò)管頂內(nèi)壁的時(shí)候，試驗(yàn)水頭要以試驗(yàn)段上游設(shè)計(jì)水頭加2 m計(jì)算。試驗(yàn)段上游設(shè)計(jì)水頭，不超過(guò)管頂?shù)膬?nèi)壁，試驗(yàn)水頭要以試驗(yàn)段上游管頂內(nèi)壁加2 m 計(jì)算。先把被試驗(yàn)的管段，起點(diǎn)和終點(diǎn)檢查井的管子兩端，用鋼制堵板堵好。在上游井管溝邊設(shè)置一個(gè)試驗(yàn)水箱，把進(jìn)水管接到堵板的下側(cè)。管道要嚴(yán)密，從水箱向管內(nèi)充水。管道充滿水后先浸泡24 h，再進(jìn)行試驗(yàn)。量好水位，觀察管口接頭的地方嚴(yán)密不漏。當(dāng)觀察半小時(shí)后，測(cè)量滲水量，要滿足要求規(guī)范。閉水試驗(yàn)完成，要及時(shí)把水排出。

(1)準(zhǔn)備工作。在灌水之前，先清理干凈井室內(nèi)，防止充水后井內(nèi)浮渣漂浮在水面，影響測(cè)試精度。對(duì)于預(yù)留孔洞，預(yù)埋管口和進(jìn)出口全要增加臨時(shí)封堵，嚴(yán)格檢查充水和排水的閘口，不能發(fā)生滲漏現(xiàn)象。在完成上面的工作后，計(jì)算出設(shè)計(jì)水頭標(biāo)高。試驗(yàn)水頭的選取按照設(shè)計(jì)水頭與管頂內(nèi)壁和上游檢查井井口標(biāo)高相比的結(jié)果來(lái)決定。最后設(shè)置灌水水量觀測(cè)標(biāo)尺，仔細(xì)觀察灌水時(shí)水量所達(dá)到的滲水量。

(2)灌水。水源選取現(xiàn)場(chǎng)施工取水點(diǎn)，通過(guò)試驗(yàn)管段上游水箱內(nèi)灌水。在試驗(yàn)水頭達(dá)到規(guī)定水頭時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)，觀測(cè)管道的滲水量，在觀測(cè)結(jié)束時(shí)，如果發(fā)生滲漏嚴(yán)重,要保持試驗(yàn)段水頭恒定,不斷地向試驗(yàn)管段內(nèi)補(bǔ)水，做標(biāo)注，便于更好地查找滲漏的地方。滲水量的觀測(cè)時(shí)間，不得小于半小時(shí)。

(3)水位觀測(cè)。水位的觀測(cè)方法：可用水位標(biāo)尺測(cè)定灌水時(shí)的水位。灌水到設(shè)計(jì)水深后，到開(kāi)始進(jìn)行滲水量測(cè)定的間隔時(shí)間，要不少于24 h。灌水到設(shè)計(jì)水位，滲水量測(cè)定，要采用水位測(cè)針測(cè)定水位，水位測(cè)針的讀數(shù)精度，要達(dá)到1/10 mm。測(cè)讀水位的初讀數(shù)，與沒(méi)讀數(shù)的時(shí)間間隔是1 d。

(4)滲水量的測(cè)定。實(shí)測(cè)滲水量按式(3)計(jì)算:

q=W/TL

(3)

式中：q為實(shí)測(cè)滲水量，L/(min·m)；W為補(bǔ)水量，L；T為實(shí)測(cè)滲水量觀測(cè)時(shí)間，min；L為試驗(yàn)管段的長(zhǎng)度，m。

在進(jìn)行滿水試驗(yàn)時(shí)，要進(jìn)行外觀檢查，不得出現(xiàn)漏水現(xiàn)象。當(dāng)試水合格后，就可以緩慢放水。閉水試驗(yàn)，要填寫試驗(yàn)記錄，填寫格式要符合《給水排水管道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》(GB 50268—2008)附錄D中附表D.0.2表的規(guī)定。檢查井內(nèi)，不要出現(xiàn)漏水，管道的最大滲水量q=0.0046D=4.6 m3/(24 h·km)，D代表管徑,。當(dāng)閉水試驗(yàn)合格之后，才能進(jìn)行下一道工序。對(duì)于不合格的管道，要緩慢放水，當(dāng)重新處理后，再做閉水試驗(yàn)檢測(cè),直到合格。

3 結(jié) 語(yǔ)

此項(xiàng)工程，施工線路比較長(zhǎng)，管道敷設(shè)，所穿越的土質(zhì)地下水位豐富、條件復(fù)雜，為工程的施工帶來(lái)了很大的難度。針對(duì)管道敷設(shè)時(shí)，所處位置的施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境和水文地質(zhì)條件，應(yīng)該合理選擇不同的施工方案，施工參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。凡是出現(xiàn)異?，F(xiàn)象的，要及時(shí)查找原因并提出解決的措施。上面關(guān)于頂管施工的工藝流程，對(duì)其施工中的技術(shù)要點(diǎn)，以及控制措施，進(jìn)行了詳細(xì)的分析，這為類似的工程施工提供了很好的示范，具有參考價(jià)值。在今后的項(xiàng)目施工過(guò)程中，對(duì)頂管技術(shù)的應(yīng)用應(yīng)該進(jìn)一步完善。既要保證施工進(jìn)度，合理控制施工成本，還要進(jìn)一步完善施工技術(shù)，比如頂管的安全管控，頂管的偏移監(jiān)測(cè)技術(shù)，頂管的糾正方法和材料設(shè)備選型等方面。