業(yè)偉

昆明市政工程設(shè)計(jì)研究院（集團(tuán)）有限公司 云南 昆明 650228

地下給排水系統(tǒng)的設(shè)置可為城市污水處理系統(tǒng)、自來(lái)水供水系統(tǒng)提供有效渠道，其是城市基礎(chǔ)設(shè)施中不可或缺的一部分。近年來(lái)，隨著城市化進(jìn)程的不斷加快，越來(lái)越多的人涌入城市，污水處理、路面排水等問(wèn)題日益凸出，不僅會(huì)影響到城市居民生活用水和日常出行，而且會(huì)產(chǎn)生一定的環(huán)境污染，不利于城市可持續(xù)發(fā)展。因此，亟需采取相應(yīng)的措施來(lái)改善和解決市政給排水問(wèn)題。

1 頂管技術(shù)及其在市政給排水工程施工中運(yùn)用的必要性分析

1.1 頂管技術(shù)

頂管技術(shù)為非開(kāi)挖管道敷設(shè)技術(shù)，該技術(shù)應(yīng)用的主要優(yōu)勢(shì)在于無(wú)需開(kāi)挖地面就可以完成地下管線(xiàn)、管道鋪設(shè)等作業(yè)，尤其對(duì)于需深度開(kāi)挖的工程，該技術(shù)的合理應(yīng)用，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)施工時(shí)間、成本的節(jié)約，而且可以減少工程建設(shè)期間產(chǎn)生的噪音、粉塵等污染，即對(duì)城市交通、環(huán)境及居民生活產(chǎn)生的負(fù)面影響較小。但該技術(shù)應(yīng)用對(duì)施工機(jī)械設(shè)備、施工人員素質(zhì)等要求較高，意味著該技術(shù)施工難度較大，需嚴(yán)格對(duì)各施工要點(diǎn)進(jìn)行把控，才能達(dá)到預(yù)期的施工效果。

1.2 必要性分析

隨著城市化進(jìn)程的不斷加快，城市規(guī)模的快速擴(kuò)大，城市地下管道、管線(xiàn)老化等基礎(chǔ)設(shè)施問(wèn)題日益凸出，尤其是城市中心老城區(qū)位置，此類(lèi)相關(guān)問(wèn)題更加嚴(yán)重，迫切需要改造其市政給排水系統(tǒng)。而頂管施工技術(shù)在市政給排水工程中運(yùn)用，可充分發(fā)揮其無(wú)需開(kāi)挖這一施工特點(diǎn)，即無(wú)需開(kāi)挖地面就可以完成地下管道鋪設(shè)工作，施工面由以往的面轉(zhuǎn)變?yōu)辄c(diǎn)，即施工范圍縮小，挖工程量減少，施工周期縮短，實(shí)現(xiàn)工程整體成本的節(jié)約，從而在確保工程施工進(jìn)度、安全性的同時(shí)，凸顯出工程環(huán)境、經(jīng)濟(jì)效益。

1.2.2 對(duì)周?chē)ㄖ?、居民生活產(chǎn)生的負(fù)面影響小

城市給排水工程管道通常鋪設(shè)于公路、地下構(gòu)筑物中，會(huì)對(duì)已鋪設(shè)的管線(xiàn)、管道設(shè)施產(chǎn)生一定干擾。而頂管施工技術(shù)的應(yīng)用，可將管道以曲線(xiàn)方式鋪設(shè)于公路、地下構(gòu)筑物中，從而減少對(duì)已鋪管道管線(xiàn)設(shè)施的干擾，即不會(huì)干擾和破壞居住區(qū)所鋪設(shè)的水、電及通訊管線(xiàn)，對(duì)周?chē)ㄖ?、沿線(xiàn)交通等產(chǎn)生的影響小，同時(shí)，施工現(xiàn)場(chǎng)產(chǎn)生的噪音、粉塵等污染也會(huì)減少，不會(huì)對(duì)對(duì)城市環(huán)境和居民生活帶來(lái)的較大影響[1]。

1.2.3 環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)

與傳統(tǒng)給排水工程管道管線(xiàn)敷設(shè)技術(shù)相比較，頂管技術(shù)是在工作井中進(jìn)行施工，其能降低外部天氣等因素對(duì)施工進(jìn)度、工藝技術(shù)產(chǎn)生的影響，確保市政給排水工程施工效率和質(zhì)量，即該技術(shù)的運(yùn)用，能夠保證在合同規(guī)定內(nèi)按時(shí)竣工。

2 工程案例

2.1 工程概況

本文以某市政給排水工程為例，其位于城市主干道，車(chē)流量較大，頂管長(zhǎng)度、管道管徑及平均埋深分別為110m、8cm、6-7m，管道主要穿越的土質(zhì)包括中細(xì)砂層、粉土、雜填土。本工程項(xiàng)目施工包括鋼筋工程、模板工程及混凝土澆筑等內(nèi)容，主要采取頂管技術(shù)，使用管徑為8cm的混凝土管作為污水管，并且該工程項(xiàng)目施工位于河道附近，受流砂、地下水影響，開(kāi)挖施工容易導(dǎo)致基坑、工作井塌陷，因而，頂管施工期間采取相應(yīng)的保護(hù)措施。

2.2 頂管技術(shù)施工原理及工藝流程

頂管技術(shù)施工原理為：借助頂進(jìn)力將工具管從工作土層頂入接收坑內(nèi)，將掘進(jìn)的管道埋設(shè)于2個(gè)工作坑之間。本工程頂管施工技術(shù)工藝流程如圖1所示。

PP管：PP管材具有耐高溫、管道連接方便(熱熔接、電熔接、管件連接)可靠、可回收使用等特點(diǎn)。按照不同的PP聚合工藝條件可將其分為均聚聚丙烯 (PP-H)、嵌段共聚聚丙烯（PP-B）以及無(wú)規(guī)共聚聚丙烯(PPR)。PP-H管材因其低溫下的脆性限制了其使用，而PP-B管材和PP-R管材較為常用，尤其是PP-R管的應(yīng)用更為廣泛。PP-R管的生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)便易控制，管道布設(shè)對(duì)地形的適應(yīng)性強(qiáng)。

圖1 頂管技術(shù)施工工藝流程圖

2.3 工程特點(diǎn)分析

本工程頂管技術(shù)施工中頂管需從引水箱涵底穿過(guò)，管子距離涵底分別為3.1m、3.3m，對(duì)地面隆起、沉降要求較高，并且該工程施工具有頂進(jìn)距離段、作業(yè)面深等特點(diǎn)，需將地面沉降、隆起受力控制在規(guī)定范圍，確保施工過(guò)程中不影響周?chē)h(huán)境，且能夠提高頂管施工水平。

3 市政給排水工程施工中頂管技術(shù)的具體應(yīng)用

3.1 施工準(zhǔn)備

3.1.1 材料、設(shè)備準(zhǔn)備

本文以某市政排污管道為例，考慮到污水本身具有一定的腐蝕性，所以本工程施工中，根據(jù)管道用途選用管徑8cm，且具有耐腐蝕、高強(qiáng)度的混凝土管，從而避免因管道腐蝕而出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象，確保市政給排水系統(tǒng)穩(wěn)定、安全運(yùn)行。同時(shí)，結(jié)合本工程工程量、施工要求，選用相關(guān)施工機(jī)械設(shè)備。由于本工程頂管施工一次頂進(jìn)的距離較長(zhǎng)，為了確保施工安全性，提供施工質(zhì)量，選用日LEMOL型TCZ600頂管掘進(jìn)機(jī)，充分發(fā)揮其破碎功能將礫石破碎，且只需一人通過(guò)地面遙控就可以操作完成，并加大機(jī)械設(shè)備進(jìn)場(chǎng)驗(yàn)收力度，以試運(yùn)行的方式來(lái)檢測(cè)其工作狀態(tài)。

3.1.2 地形勘測(cè)

管頂施工技術(shù)作為地下施工技術(shù)，在施工前，需先了解本工程土質(zhì)狀況、水文、地下管線(xiàn)埋設(shè)等情況，且做好記錄，一旦發(fā)現(xiàn)不良土體，需進(jìn)行改良，滿(mǎn)足工程建設(shè)要求。同時(shí)，要對(duì)施工圖紙進(jìn)行檢查，開(kāi)展測(cè)量放線(xiàn)工作，以工作井為中心對(duì)施工場(chǎng)地進(jìn)行平整、壓實(shí)，鋪設(shè)碎石。

3.2 工作井、后背墻施工

工作坑作為材料、機(jī)械設(shè)備集中場(chǎng)所，也是頂管施工所搭建的臨時(shí)設(shè)施，由于本工程工作井井底設(shè)計(jì)標(biāo)高、頂管內(nèi)底設(shè)計(jì)高程落差較大，為了確保頂管施工作業(yè)順利實(shí)施，先結(jié)合工作井、接受井設(shè)計(jì)圖進(jìn)行混凝土澆筑，將15×15cm的方木作為軌枕埋設(shè)于混凝土內(nèi)。同時(shí)，后背墻起到支撐的作用，本工程施工中，可將后背墻高度、厚度分別控制在2.8m、30cm，使工作井內(nèi)墻得以加寬，同時(shí)可在后背墻上鋪上鋼板，確保其受力更加均勻，墻壁面與管道頂進(jìn)方向要處于垂直狀態(tài)，并要由專(zhuān)業(yè)人員對(duì)其檢測(cè)，將其垂直度偏差控制在0.1%之內(nèi)。頂管工作坑施工允許偏差，如表1所示。

表1 頂管工作坑施工允許偏差

3.3 導(dǎo)軌設(shè)置、安裝

本工程采取管頂施工技術(shù)，為了確保管道系統(tǒng)正常、安全運(yùn)行，需合理設(shè)計(jì)導(dǎo)向軌跡，按照設(shè)計(jì)的導(dǎo)向軌跡，要求頂管水平條件在±12℃之內(nèi)，充分發(fā)揮導(dǎo)軌的引導(dǎo)作業(yè)，確保管節(jié)按照設(shè)計(jì)的中心線(xiàn)頂進(jìn)到位，本工程施工中，使用槽鋼、雙排工字鋼作為導(dǎo)軌材料，以焊接的方式進(jìn)行組裝，此外，導(dǎo)軌安裝作為頂管施工重要工作內(nèi)容，其安裝是否正確，會(huì)直接關(guān)系到頂進(jìn)質(zhì)量，所以，要求兩導(dǎo)軌與管道設(shè)計(jì)高程等高、平行，與管道坡度保持一致，要將軸線(xiàn)位置的偏差控制在3mm之內(nèi)，并對(duì)導(dǎo)軌進(jìn)行加固，從而防止在施工期間發(fā)生位移。

3.4 安裝千斤頂、頂鐵

本工程施工中，選用3臺(tái)200t的千斤頂，先將其放置于穩(wěn)固的支架上，與管道中心的垂線(xiàn)保持對(duì)稱(chēng)，并選用型號(hào)為ZB50的高壓油泵，各臺(tái)千斤頂?shù)倪M(jìn)油管以并聯(lián)方式進(jìn)行連接，確保其活塞出力、行程保持一致。同時(shí)，在千斤頂與管道端部間設(shè)置頂鐵，旨在均勻地將千斤頂合力分布于管端，便于靈活地對(duì)千斤頂與管端間距進(jìn)行調(diào)節(jié)。在安裝環(huán)節(jié)，要先對(duì)導(dǎo)軌接觸面、頂鐵進(jìn)行清理，待頂鐵安裝后，對(duì)其安裝情況進(jìn)行全面檢測(cè)，確保管道中心線(xiàn)與頂鐵軸線(xiàn)保持垂直。

3.5 管道施工

3.5.1 穿墻施工

當(dāng)施工頂鐵、千斤頂?shù)劝惭b完成后，就可以開(kāi)展機(jī)頭穿墻施工，施工時(shí)，應(yīng)對(duì)穿墻速度進(jìn)行合理控制，盡量減少土體暴露時(shí)間，穿墻前，要將適量的混凝土注入土體內(nèi)，以增強(qiáng)土層穩(wěn)定性，并且為了提高穿墻施工質(zhì)量，可使用工具管進(jìn)行止水。

3.5.2 頂進(jìn)施工

本市政給排水工程采取手掘式頂進(jìn)技術(shù)進(jìn)行頂進(jìn)施工。施工前，先調(diào)整地下水位，調(diào)至管道底部0.5m水位，并采取防水處理措施，防止地下水進(jìn)入頂管內(nèi)影響頂管整體施工質(zhì)量。當(dāng)工具管接觸土層后，以自上到下的順序進(jìn)行分層開(kāi)挖，將挖掘的坑道、管前超挖量分別控制在30-50cm、0.15cm內(nèi)[2]。

3.5.3 出洞頂進(jìn)施工

出洞位置的頂進(jìn)作業(yè)為整個(gè)頂管施工中的核心工序。頂管機(jī)出洞前，要預(yù)先在封閉門(mén)施工前埋設(shè)一排鋼板樁，將其埋入工作井底部鋼板下方，從而保證頂管機(jī)順利進(jìn)出洞內(nèi)，防止出現(xiàn)土體坍塌問(wèn)題。頂管設(shè)備出洞時(shí)，要先拆除封閉門(mén)，當(dāng)其距離封閉門(mén)0.5-1cm時(shí)，要充分發(fā)揮避水圈的作用，依次進(jìn)行鋼板樁的拆除，并及時(shí)開(kāi)展頂管作業(yè)，防止鋼板樁拆除作業(yè)破壞土體。此外，頂管機(jī)出洞施工初期，其承受的土體壓力較大，容易出現(xiàn)坍塌問(wèn)題，為了解決這一問(wèn)題，施工人員需按照正確方向繼續(xù)推動(dòng)頂管機(jī)，或者通過(guò)在洞口增設(shè)手拉葫蘆裝置，且加固末端管節(jié)，避免出洞施工過(guò)程出現(xiàn)位移現(xiàn)象。

3.5.4 洞口止水

頂板施工中，為了確保管道順利從工作井中出洞，通常會(huì)根據(jù)管子外徑擴(kuò)大預(yù)留洞口，一般會(huì)將洞口擴(kuò)大1cm，而在這種情況下，頂板間隙會(huì)增大，會(huì)出現(xiàn)漏水現(xiàn)象，將影響頂管施工質(zhì)量。為了解決這一問(wèn)題，沉井施工時(shí)，需對(duì)洞口預(yù)留的縫隙進(jìn)行封堵處理。洞口止水處理包括：工作井設(shè)置時(shí)，在預(yù)留洞口位置埋設(shè)厚度為0.1cm的鋼制法蘭，對(duì)其螺栓進(jìn)行焊接，同時(shí)安裝厚度為0.16cm的橡膠法蘭，并使用厚度為0.1cm的鋼壓板對(duì)法蘭進(jìn)行穩(wěn)固處理，從而防止泥漿、地下水等進(jìn)入工作井內(nèi)。

3.6 注漿減阻

注漿施工的目的是消除管線(xiàn)周?chē)目紫?，使管線(xiàn)使用壽命延長(zhǎng)。注漿施工作為頂管施工中的重要環(huán)節(jié)，其施工質(zhì)量會(huì)直接影響整個(gè)排水管道施工質(zhì)量，所以，要嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)選擇注漿材料，確保泥漿粘性、穩(wěn)定性符合施工要求，本工程施工中選用優(yōu)質(zhì)的膨潤(rùn)土，根據(jù)膨潤(rùn)土：水=1:8的比例配制泥漿[3]，并將泥漿攪拌均勻，防止出現(xiàn)離析現(xiàn)象，泥漿壓入前，進(jìn)行二次攪拌；然后在管節(jié)一端設(shè)置3個(gè)注漿孔，且將注漿孔間距控制在7.2m，安裝注漿管后，按照注漿流程進(jìn)行作業(yè)，對(duì)地表、地下水變化情況進(jìn)行實(shí)時(shí)觀測(cè)，以此為依據(jù)靈活地調(diào)整壓漿量、注漿壓力，當(dāng)頂進(jìn)曲線(xiàn)段時(shí)，可通過(guò)增加注漿量的方式，使泥漿套更加完整，并將單向閥設(shè)置于泥漿出口位置，避免出現(xiàn)回漿、注漿壓力減小等問(wèn)題，同時(shí)，要確保土體間隙被完全填充，形成不易變形的泥漿保護(hù)套，從而降低管道的摩擦阻力，即減輕頂進(jìn)施工的阻力。

3.7 設(shè)置中繼間

在頂管施工中，為了減輕沉井受力，防止管道出現(xiàn)漏水問(wèn)題，需設(shè)置中繼間，以環(huán)狀的形式將中繼油缸均勻分布，完成接力頂管作業(yè)，從而提高頂管施工效率。本工程項(xiàng)目中，由于頂管機(jī)頂進(jìn)期間，土質(zhì)條件會(huì)發(fā)生變化，施工環(huán)境處于波動(dòng)狀態(tài)，因而，需在靠前位置設(shè)置第1個(gè)中繼間，當(dāng)頂管機(jī)推動(dòng)力達(dá)到預(yù)設(shè)推力的60%時(shí)，設(shè)置第1個(gè)中繼間，當(dāng)達(dá)到預(yù)設(shè)推力80%時(shí)[4]，設(shè)置第2個(gè)中繼間，實(shí)際頂進(jìn)過(guò)程中，應(yīng)結(jié)合頂力情況來(lái)使用中繼間。

3.8 管線(xiàn)糾偏

頂管施工中容易出現(xiàn)管道位移問(wèn)題，即管道實(shí)際與規(guī)定位置二者出現(xiàn)偏差，從而降低市政給排水各施工質(zhì)量的情形。因此，在頂管施工中，需對(duì)軸線(xiàn)位置、管道內(nèi)徑、管道內(nèi)底高程等參數(shù)進(jìn)行嚴(yán)格控制。若頂管施工中管位偏差為0.1cm時(shí)，可通過(guò)管線(xiàn)糾偏手段來(lái)確保頂管施工質(zhì)量，具體糾偏為：其一，先借助所設(shè)置的糾偏千斤頂組對(duì)機(jī)頭端面的方向進(jìn)行調(diào)整，使其向軸線(xiàn)靠近，縮小管位偏差，確保軸線(xiàn)與機(jī)頭端面運(yùn)行方向重合，達(dá)到管道復(fù)位的目的；其二，在頂進(jìn)中頂管機(jī)頭發(fā)生旋轉(zhuǎn)時(shí)，可將壓重塊設(shè)置于機(jī)頭旋轉(zhuǎn)的反方向，或者通過(guò)中繼站中所設(shè)置的旋轉(zhuǎn)糾正力矩來(lái)調(diào)節(jié)管道位置，從而使管道逐漸處于正確位置。

表2 頂管施工中軸線(xiàn)、管道內(nèi)徑等參數(shù)的允許偏差

3.9 管道試壓

在市政給排水管道頂進(jìn)作業(yè)完成后，可采取單向水壓測(cè)試的方式來(lái)檢測(cè)管道綜合水壓，具體測(cè)試為：先將管道空氣排出，接著加水、加壓，當(dāng)施加的壓力達(dá)到規(guī)定值后停止加壓，從而了解管道是否存在滲漏問(wèn)題，接著在此基礎(chǔ)上以增壓、減壓的方式來(lái)判斷管道安裝是否合理，若管道能夠承受正常工作壓力的1.5倍，則意味著管道滿(mǎn)足給排水系統(tǒng)使用要求。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，頂管技術(shù)作為市政給排水工程施工中常用的施工技術(shù)，無(wú)需進(jìn)行大范圍開(kāi)挖土方，就可以完成地下管道施工作業(yè)，不僅對(duì)周?chē)ㄖ?、環(huán)境及居民生活帶來(lái)的負(fù)面影響小，而且工程量較小，所投入的機(jī)械設(shè)備、人力等少，能夠?qū)崿F(xiàn)施工成本的節(jié)約。然而，頂管技術(shù)的施工難度較大，因此，該技術(shù)在市政給排水工程中運(yùn)用時(shí)，需結(jié)合工程土質(zhì)特性、施工要求及地下管線(xiàn)敷設(shè)情況等，制定合理的施工方案，并嚴(yán)格按照頂管施工工藝流程、方法進(jìn)行操作，對(duì)各施工階段技術(shù)要點(diǎn)嚴(yán)格把控，從而提高市政給排水工程整體施工質(zhì)量，凸顯出頂管技術(shù)在市政給排水工程中應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)。