申百合

（深圳市利源水務(wù)設(shè)計咨詢有限公司，廣東 深圳 518000）

1 引言

城市給排水系統(tǒng)的建設(shè)是一個復(fù)雜的系統(tǒng)工程， 因此，在城市給排水系統(tǒng)的建設(shè)中必須采用科學(xué)的施工工藝，以確保整體工程的質(zhì)量[1]。 作為一種常見的施工形式，頂管法以其獨特的優(yōu)點，在現(xiàn)實的城市給排水系統(tǒng)建設(shè)中得到了廣泛的應(yīng)用，其不僅可以大幅度減少城市路面的開挖量，還可以有效減少對周邊環(huán)境的干擾，從而有效提升實際工程施工的質(zhì)量[2]。 但在城市建設(shè)中，因反復(fù)性施工和對道路的破壞，對人們的生產(chǎn)和生活造成了很大的影響，以此制約著頂管施工技術(shù)的發(fā)展[3]。 同時，當(dāng)前地下給排水施工工程中的施工技術(shù)難以應(yīng)對復(fù)雜地質(zhì)條件。 因此，本文研究長距離機械頂管技術(shù)在給排水工程中的應(yīng)用，其目的是解決當(dāng)前地下頂管施工中的難題，并在保證實際工程質(zhì)量的同時提升頂管技術(shù)的經(jīng)濟與社會效益。

2 給排水工程中的長距離頂管技術(shù)研究

2.1 機械頂管工藝與土壓均衡控制分析

以中國南部某市污水管網(wǎng)工程為例， 該工程整條布局線路總計設(shè)有28 座沉井，其中，接收井和工作井均為14 座，且均采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。 在該項目中，根據(jù)以往給排水項目機械頂管的實際經(jīng)驗，對其進行了細致的整理與優(yōu)化，以此制訂出一套更為科學(xué)、合理的機械頂管施工方案，使各個工序之間的銜接更為緊密。 在流程中主要對頂管機進行了流量調(diào)節(jié)，并對頂管過程進行改進。 在頂管施工中，強化了對頂管機械的質(zhì)量控制，對頂進工序進行了糾偏管理，使工作重點明確，提高了工作效率，推動了機械頂管施工的安全生產(chǎn)，全面提高了施工的實際質(zhì)量和經(jīng)濟效益。 優(yōu)化后的頂進流程如圖1 所示。

圖1 優(yōu)化后的頂進流程示意圖

從圖1 中可以看出， 工程開始后首先進行測量放樣并對其進行復(fù)核， 復(fù)核過之后制作相應(yīng)的頂管坑并安裝相應(yīng)的工作井設(shè)備。 其次，在頂管機就位之后利用千斤頂進行推進，在頂管機進洞之后開始注漿、測量，以此進行下管和接口安裝操作。 接著開始頂進并測量，測量若達到標(biāo)準(zhǔn)則安管，不通過則糾偏重新頂進。 然后頂管機觸動并將相應(yīng)的設(shè)備移除，同時進行相應(yīng)的防腐及管縫處理。 最后進行全線測量并驗收，制作檢查井并完成工程。 另外，在機械頂管工程中，要結(jié)合相關(guān)的地層特征與多年來的給排水工程頂管施工經(jīng)驗對土壓均衡管控流程進行優(yōu)化，將頂進控制壓力保持在0.1~0.5 MPa。

土壓均衡管控主要包含壓力管控與地層損失管控。 壓力管控中需要考慮頂壓的實際速度與土壓管控之間的關(guān)系、螺旋挖掘機實際挖土量與土壓管控之間的關(guān)系。 要對土壤挖除標(biāo)準(zhǔn)進行更進一步的檢驗，參考需要地面沉陷結(jié)果，因此，研究工程的最大沉降量設(shè)定為±5 mm， 螺旋挖掘機實際的工作效率設(shè)定為30 m3/h，實際頂進速度維持在3~4 cm/min。 地層損失管控通過實際探查發(fā)現(xiàn)本工程地層損失原因主要包含頂進過程造成的損失、 接頭密封破壞造成的損失以及直管機的糾正造成的損失。

因此， 實際給排水工程施工中首先需要對每一段管線施工引發(fā)的地表沉降進行嚴密監(jiān)測。 地層為碎石層時，盡量封閉地面交通，尤其是重車通過的路段，以降低地面動力負荷對地層的影響。 然后，在每一次頂板工作結(jié)束后，及時采用水泥粉煤灰砂漿進行固化、注漿，以填補管壁空隙并減小后期地表沉降。 最后，需要記錄頂管機前端的實際壓力、電機的實際電流以及氣缸實際的頂進速度。

2.2 頂管施工中的灌漿減阻與中繼間設(shè)定

土壓均衡管控措施實施之后， 最重要的是對頂管作業(yè)中的灌漿工程進行管控。 在常規(guī)的給排水灌漿工程中，膨潤土與水的質(zhì)量比為1∶10， 而礫石層中膨潤土與水的質(zhì)量比為1∶8，觸變泥漿密度維持在1.05～1.06 g/cm3。在實際施工中，為了保證注漿質(zhì)量，還要充分掌握觸變泥漿的制備工藝要點，才能達到預(yù)期的效果。 按一定的次序?qū)⒏鞣N原料加到攪拌槽中，然后再加水。 攪拌時，必須設(shè)定合理的攪拌時間，如果不能對攪拌時間進行控制， 就很難確保漿液達到實際需要。 在漿料攪拌后，應(yīng)按照實際漿料狀況實施相應(yīng)的靜置水合，使鈉膨潤土有充分的吸水性，而對于后續(xù)的泥漿，應(yīng)采取適當(dāng)?shù)谋Ｗo措施來確保其濃度不受影響。 在對觸變泥的實驗中，應(yīng)確保每周的濃度檢測不少于2 次。 另外，為了實現(xiàn)灌漿減阻，需要確定灌漿管道的安放位置及間隔，并控制灌漿時間與壓力。

依據(jù)具體布局方法與實際的頂進過程來看，第二、第三繼電器投入運行時，二、三保護間所剩的安全頂力比例與實際最小余量比例相近，能很好地滿足頂進要求。 在一次沖擊中，受地質(zhì)情況等多種因素影響， 沖擊載荷與設(shè)計沖擊載荷之間存在很大的偏差。 但其所占比重仍為22.4%，可完全滿足推壓工藝中對最大推力的需求。 進行施工時，要確保有充足的儲備頂力，在預(yù)留頂力下降到22.4%時，在不改變繼電器的形狀也不超過管道允許的頂力的前提下， 對5 臺繼電器缸間汽缸進行調(diào)整和安裝，從而提高儲備頂力系數(shù)，同時也保證頂進過程的安全，有效減輕中繼間相關(guān)設(shè)備的負載。 電瓶車結(jié)渣時，要進行繼電器間的往復(fù)伸縮運動。 當(dāng)采用一般的軌道時，保護裝置不能很好地工作。 在此背景下，研究繼續(xù)對中繼之間的軌道進行研究與改進。 從最開始采用槽鋼作為伸縮軌道，研究項目中采用槽鋼與輕軌和鋼板相結(jié)合的逐步伸縮軌道， 從而極大地提高了伸縮軌道的工作效率和可靠性。

該工程的實際頂管施工過程中， 管道中的最深工作井能達到26 m，在監(jiān)測過程中存在很大的難度。 因此，必須制訂深基坑監(jiān)測方案，之后再以實際監(jiān)測結(jié)果為依據(jù)，對工程的施工狀況進行準(zhǔn)確的把握， 進而對工程的施工過程進行合理的調(diào)整，這樣才能確保工作井的穩(wěn)定，推動頂管施工的順利進行。因此，在研究工程的地面監(jiān)測實施過程中，按照現(xiàn)場的具體情況，從始發(fā)井起每隔7 m 設(shè)置一個監(jiān)測斷面，每個監(jiān)測斷面將實際的頂管中心位置正對地面的監(jiān)測點作為起點， 沿著實際的頂管橫截面方向，每隔7 m 設(shè)置一個監(jiān)測點，一個監(jiān)測斷面共有7 個監(jiān)測點，設(shè)定編號為1~7。

3 長距離頂管技術(shù)實際應(yīng)用監(jiān)測分析

為了驗證研究提出的長距離機械頂管技術(shù)在實際給排水工程的應(yīng)用效果，以中國南部某市污水管網(wǎng)工程為例，對其軸向與橫向地面變形進行監(jiān)測，軸向監(jiān)測中以監(jiān)測點1 為例，橫向監(jiān)測中對7 個監(jiān)測點進行監(jiān)測。

由監(jiān)測結(jié)果可以看出，在頂管實際頂進10 m 時，地面變形量在0~5 mm，變形量并不大。 當(dāng)長距離頂管頂進20 m 時，與頂進10 m 的情況相比，工作面相關(guān)后面的土體沉降呈現(xiàn)持續(xù)增大的現(xiàn)象，工作面前面的土體隆起值也隨之增大。 而在長距離頂管頂進40 m 時， 后方土體的實際沉降量超過15 mm，但沉降量基本穩(wěn)定下來。 另外，當(dāng)工作面到達5 m 時，監(jiān)測點處出現(xiàn)沉降， 這是因為隨著頂進的深入， 在實際的工作過程中，也會出現(xiàn)比較大的橫截面積，從而導(dǎo)致地表的沉降。

綜合來看， 長距離機械頂管技術(shù)在實際的給排水施工過程中， 并未出現(xiàn)土倉內(nèi)部實際壓力過大而導(dǎo)致地面隆起或者土體水平平移的現(xiàn)象， 同時也未出現(xiàn)土倉內(nèi)部實際壓力過小為導(dǎo)致的地面沉降現(xiàn)象，因此，具備較好的施工效果。 為了進一步驗證該工程中長距離機械頂管技術(shù)的優(yōu)越性， 研究對其施工成本與工期進行了對比分析，結(jié)果如圖2 所示。

圖2 長距離機械頂管技術(shù)與傳統(tǒng)施工方法成本與工期對比

圖2 中，1~3 分別表示明挖法、 淺埋暗挖法以及長距離機械頂管法。 綜合圖2 可以看出，研究提出的長距離機械頂管技術(shù)在實際總工期在95~110 d， 遠遠低于明挖法的150~175 d和淺埋暗挖法的210~230 d。 而成本對比中，在該工程中總造價節(jié)約90 萬元左右。 綜合來看，長距離機械頂管技術(shù)具備最低的總成本與總工期，具備較高的經(jīng)濟效益與社會效益。

4 結(jié)論

針對當(dāng)前地下給排水施工工程中的施工技術(shù)難以應(yīng)對復(fù)雜地質(zhì)條件的問題，將長距離頂管技術(shù)應(yīng)用在給排水工程中，并對其有效性與優(yōu)越性進行了驗證。 實際工程案例結(jié)果表明，在頂管實際頂進10 m 時，地面變形量維持在0~5 mm，變形量并不大。 當(dāng)長距離頂管頂進20 m 時， 與頂進10 m 的情況相比，工作面相關(guān)后面的土體沉降持續(xù)增大，當(dāng)工作面到達5 m時，監(jiān)測點都出現(xiàn)沉降，該結(jié)果表明其在實際工程中具備有效性。 另外，與其他傳統(tǒng)方法進行成本與工期對比時，其實際總工期在95~110 d，少于其他方法，總造價在1 667 萬~1 880 萬元，同樣低于其他方法。 綜合來看，長距離機械頂管技術(shù)在給排水工程中的實際應(yīng)用中具備有效性和優(yōu)越性。 但是，實際采用的頂管機泥漿相關(guān)材料還無法應(yīng)對超長距離的施工，因此，后續(xù)需要考慮對其進行優(yōu)化。