王 智

（安徽省公路工程建設監(jiān)理有限責任公司，安徽 合肥 230051）

引言

給排水工程是保證城市給水、供水、污水處理的基礎，此類項目在施工中，不僅要做到對工程質量全面的、嚴格的把控，確保工程的各項質量達到國家規(guī)定的要求，又要保證工程的按時完工[1]。為解決傳統(tǒng)施工技術在應用中存在的不足，在此期間，有關單位要對城市給水工程中出現的各種問題和缺陷進行了分析，例如：施工中設備運行中存在高損耗問題、建設工程項目的有效使用壽命較短等[2]。因此，有必要重視到市政給排水工程的建設，嚴格按照相關規(guī)范進行，為確保城市排水、污水處理等各項工作的實施提供保障。

1 市政給排水工程實例

所選的工程項目為某地區(qū)四標段管網工程項目，工程項目施工標號為3K+456-5K+478，通過對施工現場的勘驗，明確了該項目的施工段全長為4 092 m，工程全線共由40 個沉井構成，主要包括15 個接收井與15 個工作井[3]。在深入此項工作的研究中發(fā)現，施工段共由4 個區(qū)段構成，對4 個施工段進行描述，見表1。

表1 市政給排水工程4 個施工段描述

按分級標準，該項目有3 個長距離頂管施工段。

2 市政給排水工程非開挖頂管施工技術

2.1 設置頂管施工導向軌跡

采用非開挖頂管技術，對其進行合理的導向軌道設計是保證其安全運行的前提。與傳統(tǒng)的施工工藝相比，采用非開挖頂管施工技術，對管線、重力管等的要求更高。在此過程中，應嚴格控制導軌軌道設計中可能存在的誤差，以有效地掩蓋施工過程中的不利因素，減少施工的風險[4]。在對頂管施工導向軌跡設置時，按照圖1 所示內容進行。

圖1 頂管施工導向軌跡設置

按照設置的導向軌跡，在實際施工中，要求頂管水平條件范圍在-12°～+12°以內，調整后的水平精度應當在-30''～+30'' 范圍內，兩軸跟蹤速率在6'/s～8'/s 范圍內。采用多個測控機器人在隧道中構成一根支線，將工作井的參考點的工程坐標傳至頂管機首棱鏡，最后得到目前頂管頭的立體定位[5]。同為管線工程，頂管與埋管是完全不同的，它是一種非開挖的管道鋪設。在頂管工程中，管身與土體之間的相互作用十分復雜，既要經受巖石的摩擦、土的壓力，又要經受管節(jié)頂推、管身前面的土壓力、地表的載荷[6]。根據最常見的方法，采用一條與管外徑相同的假定管溝作為計算方法，其數值偏小。由于頂管施工和礦井掘進工程一樣，都是在結構的掩護下進行，但襯板和盾構是靜止的，而頂管的管體卻在不停地運動，而且要承擔軸向的載荷。

2.2 頂管材料選擇與焊接、防腐處理

根據施工現場的實際情況以及給排水工程的施工要求，確定管材的具體長度以及直徑。在設置頂管長度時，可按照下述公式計算得出

式中：L 為非開挖頂管的長度；l 為實際測量得到的直線距離；τ 為系數，通常情況下，τ 的取值在1.3～1.5 范圍內，若頂管施工的深度在4 m 以內，則根據施工參與方的要求τ 的取值最低不小于1.1。在確定頂管橫截面的直徑時，可按照下述公式計算得出

式中：D 為非開挖頂管橫截面直徑；B 為工作坑寬度；b為施工區(qū)域內安好管節(jié)后兩側的工作空間；c 為頂管護壁厚度。在完成對頂管長度和直徑等參數的設定后，還需要綜合考慮頂管材料的承受力。在對頂管材料承受力計算前，明確頂管上方土體的荷載向相鄰土層力量傳遞的原理，見圖2。

圖2 頂管上方土體荷載向相鄰土層力量傳遞原理

結合上述傳遞原理，確定頂管的承受力計算公式為

式中：F 為頂管承受力；F0為初始推力；R 為頂管綜合摩阻系數；S 為頂管外圍周長；L 為推進長度。根據上述公式計算得出頂管的承受力，在選擇頂管材料時確保材料的抗壓能力在計算數值之上[7]。頂管由有資質的生產廠家加工，加工后的鋼管要經過監(jiān)督檢驗，然后進行防腐處理。為了便于焊接，管末端的100 mm處沒有進行防腐，在頂管施工中，每隔兩個相鄰的鋼管都要進行一次防腐。

2.3 非開挖頂管頂進施工

頂進施工要根據設計的線路，用超提刀不斷向前推進，并密切關注切土刀盤和千斤頂的運行狀況，及時進行頂進作業(yè)的糾偏，要做到及時、精確，將垂直和橫向偏差控制在+30～-40 mm，≤±50 mm 的范圍內。通過修正頂板施工中的誤差，使鋼管原位得到了修復[8]。當然，也要小心，不能有太大的修正。如果頂管機的頭部與設計軸線有顯著的偏差，應進行適當的調節(jié)，糾正千斤頂，并間接糾正頭部的位置，使誤差減少，便于管線沿設計的軸線方向進行頂入。如果在施工中遇到方向和高程的同時發(fā)生偏移，首先要進行方向校正，然后再進行高程校正。方位誤差校正，按照小角度、分級方法進行，而對標高的誤差修正，則要靠加壓塊或轉動校正力矩來完成。頂進作業(yè)是非開挖頂管施工中的一個關鍵環(huán)節(jié)，其頂進作業(yè)將直接影響到后續(xù)的施工處置，并嚴格遵守施工規(guī)程。

2.4 洞口止水處理

在頂板施工中，為了保證管子能夠及時排出，工作井會根據管子的外徑，將預留的洞口擴大到100 mm，這樣的話，頂板的縫隙就會越來越大，如果不能及時堵住，就會造成漏水，從而影響到頂管的施工。遇到這樣的狀況，在沉井施工時，必須考慮到洞口的防滲。預先在洞口留出空隙，用10 mm 厚的鋼板固定住。然后用鋼板將其固定，厚度為16 mm，用鋼板將其快速壓縮。對已完工的頂管進行檢查，如果沒有地下水滲出，也沒有淤泥，則拆卸橡膠凸緣，并將壓板收回，完成封口的防水處理。出入孔的處理也是頂管施工中的一個重要環(huán)節(jié)。在頂管施工過程中，由于穿壁作業(yè)的影響，會使掘進機的方向發(fā)生偏移，因此必須加強對管線的方向控制，同時也要有效地協調頂管施工中的管節(jié)裝配。在隧道穿越過程中，要加強對泥漿和水流的控制，防止其進入和流出，并對崩塌現象進行預防，防止流沙。根據計算結果，觀測管線與軸線是否一致，如有偏差，應適當調整頂進方向，使頂板方向與軸線一致。

3 實證分析

施工機械選型：

在施工機械挑選中，要對頂管的供貨商進行考察，挑選有資質的廠家。同時，對所選的產品進行試驗，以確保施工機械所有工藝指標均達到設計要求。選用耐腐蝕性強的頂管材料，以確保在復雜工作環(huán)境中的穩(wěn)定工作。另外，還應嚴格控制管徑、節(jié)段、配筋等參數，保證工程質量和工程進度。

在選用頂管設備時，應根據工程地質情況，在施工前進行現場地質調查，并對周圍環(huán)境進行調查，進行多型號設備的優(yōu)選。設計頂管施工所需設備，見表2。

表2 非開挖頂管施工機械

在施工過程中，在頂管施工段進行變形監(jiān)測，監(jiān)測中，考慮到該項目最大工作深度可達26 m，因此，頂管施工變形監(jiān)測難度較大，必須制定可行的監(jiān)控方案，并結合現場作業(yè)情況，對施工過程進行科學地分析，以便掌握設計方法在施工中應用是否具有可行性。監(jiān)測實驗參數，見表3。

表3 變形監(jiān)測實驗指標

記錄在非開挖頂管施工過程中軸向地表變形，見圖3。

圖3 在非開挖頂管施工過程中軸向地表變形

根據統(tǒng)計的非開挖頂管施工過程中軸向地表變形結果，對地表沉降過程進行描述，見圖4。

圖4 非開挖頂管施工過程中地表沉降過程描述

本工程項目采用了非開挖式頂管施工技術，相比傳統(tǒng)的給排水施工技術，本文技術的經濟優(yōu)勢顯著，從施工中的土層加固、投入機械、開挖成本、土方運輸成本、減阻措施等多個方面，進行本文施工方法在應用中經濟效益的綜合分析，其結果見圖5。

圖5 經濟效益對比分析

4 結論

通過以上研究，得到如下幾個方面的結論：

（1） 根據圖4 在非開挖頂管施工過程中軸向地表變形結果可以看出，在頂進施工5～10 m 范圍內，地表變形較為明顯，此時施工段周圍土層受到機械施工作業(yè)的擾動出現了明顯的沉降。但隨著施工的穩(wěn)定實施，地表變形發(fā)生了回歸，并在50 m 施工后穩(wěn)定在地表變形接近于0。由此證明了此次設計的施工方法在應用中具有可行性，可以起到控制地表變形的效果。

（2） 根據經濟效益對比分析結果，本研究方法的平均成本低于傳統(tǒng)方法的平均成本，即相比傳統(tǒng)方法而言，本研究方法的經濟效益更佳。應用此方法進行施工，不僅可以降低場地費用，還可以減少人工、機械、土方開挖與搬運等多方面費用的支出，實現為工程項目施工創(chuàng)造更高的收益，降低或避免工程施工存在超額支出的問題。