陳彬皓

（中國市政工程中南設(shè)計研究總院有限公司南京分院，江蘇 南京 210000）

0 引言

隨著城市化進程的加速推進，當(dāng)面對曲率半徑較小或多種曲線組合的復(fù)雜地形時，傳統(tǒng)頂管施工技術(shù)的施工難度會顯著增加。這可能導(dǎo)致施工進程受阻，甚至無法順利進行，從而影響整個工程的進度和效率。在軟土地層等地質(zhì)條件較差的區(qū)域，傳統(tǒng)頂管施工容易發(fā)生偏差。一旦發(fā)生偏差，糾偏工作會變得相當(dāng)困難，不僅增加了施工成本，還可能對管道造成不均勻沉降等損害，進而影響其使用壽命和安全性導(dǎo)致結(jié)果難以符合預(yù)期。在施工中，鄧婷等[1]通過非開挖或微開挖的方式，實現(xiàn)了對地下管道的精準安裝與調(diào)試，有效避免了大規(guī)模開挖對城市交通和居民生活的影響。夏洋洋等[2]采用皮帶輸送機進行土壤的輸送，頂管機的累積頂進長度已經(jīng)超過 400m。朱衛(wèi)杰等[3]引進頂管機，實現(xiàn)了曲線頂管的頂進施工，曲線的形狀向著復(fù)雜化的方向發(fā)展。王焱等[4]運用土壓平衡頂管機應(yīng)用于給排水工程，在整個頂進過程中，各個監(jiān)測點的沉降都在允許的范圍內(nèi)。因此，長距離頂管施工技術(shù)的出現(xiàn)，克服了傳統(tǒng)施工方法的諸多弊端，更為城市給排水管道的建設(shè)提供了全新的解決方案。為此現(xiàn)階段，以市政道路給排水管道長距離頂管施工技術(shù)為研究目標(biāo)，結(jié)合實際情況進行分析與檢測。

1 長距離頂管施工技術(shù)

1.1 選擇施工材料與設(shè)備

在市政道路給排水管道長距離頂管施工中，考慮到現(xiàn)場地質(zhì)條件的復(fù)雜性，特別是遇到碎石層等硬層時，沖管機切割頭的調(diào)整必須進行調(diào)整。隨著時間的推移進行調(diào)整。根據(jù)地質(zhì)特點，適配管材頂進機切割頭，提高頂進效率[5]。由于施工過程中可能會出現(xiàn)磨損，因此刀盤外圈必須添加優(yōu)質(zhì)合金鋼耐磨刀具，以保證工程順利進行。切割頭在土壤中旋轉(zhuǎn)，特別是在礫石層中，會不斷地與土壤中的硬質(zhì)顆粒發(fā)生摩擦，從而導(dǎo)致刀具磨損更快。耐磨刀具與切削頭采用焊接連接，降低螺釘因沖擊而折斷的風(fēng)險，提高刀具的穩(wěn)定性和使用壽命。具體改造后如圖1 所示。

圖1 頂管機刀盤改造圖

增加耐磨刀具的數(shù)量可以進一步分散磨損，延長刀具壽命。同時，在頂進管材施工中，頂進管材所選用的材料必須具有較高的強度和耐久性。其次，管材頂進材料應(yīng)具有良好的密封性能。選擇帶有橡膠密封件的材料，以確保管道系統(tǒng)良好的密封。管道頂進材料還應(yīng)耐腐蝕[6]。給水和污水系統(tǒng)中可能存在各種腐蝕性介質(zhì)，會引起管道材料的腐蝕，從而影響管道的使用壽命和穩(wěn)定性。因此，選擇具有防腐涂層的管道，以抵抗腐蝕，保證管道長期穩(wěn)定運行。在鋼材的選擇上，應(yīng)考慮采用高強度鋼材，以滿足施工時的應(yīng)力和荷載要求。對于鋼管的接頭，應(yīng)注意密封設(shè)計，防止廢水泄漏。選擇混凝土材料時，應(yīng)采用高強混凝土，使管道有足夠的強度承受地下水壓力和土壤荷載。通過優(yōu)化外加劑的配比和使用，可以提高混凝土的耐腐蝕和耐磨性能。連接管道時，塑料管選用聚氯乙烯，既能滿足系統(tǒng)的壓力要求，又具有良好的連接密封性，避免泄漏問題。

1.2 管道頂進糾偏

在項目現(xiàn)場，準確標(biāo)記出頂出井和儲存井的施工位置。開始局部土方開挖，并在開挖的坑內(nèi)搭設(shè)模板，為后續(xù)混凝土澆筑做準備。井的結(jié)構(gòu)是通過分幾個階段的澆鑄逐漸形成的[7]。使用葉片底部作為澆注起點，可確保井結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和強度。待混凝土強度超過設(shè)計強度的80%后，繼續(xù)澆筑井壁上部混凝土結(jié)構(gòu)，保證整個井道結(jié)構(gòu)的強度和穩(wěn)定性?；炷翝仓戤吅螅M行養(yǎng)護操作，確保混凝土達到預(yù)期強度?；炷两Y(jié)構(gòu)中的缺陷和損壞區(qū)域已得到修復(fù)?；炷翉姸瘸^設(shè)計強度 85%后，安裝起重設(shè)備，開始頂進作業(yè)。為了確定管道沖孔斷面的單位長度，需要將給排水管道沖孔結(jié)構(gòu)區(qū)域劃分為若干單元，以便分步完成管道沖孔作業(yè)。

首先將給水、排水管道順利鋪設(shè)在基坑導(dǎo)軌上，然后啟動沖孔設(shè)備，繼續(xù)挖掘隧道并吊裝管道。將第一段管子推至設(shè)計位置后，必須測量并調(diào)整管子的水平位置和高度，然后將提升裝置切換到回油模式。接下來，重復(fù)上述操作，繼續(xù)吊裝剩余的水管和排水管，直至整個吊裝作業(yè)完成。然后清理管道內(nèi)的灰塵和污垢，并精確對準相鄰管段的噴嘴，使這些單元段可以連接成一個整體的管道結(jié)構(gòu)[8]。

為了降低作業(yè)難度，保證一次完成頂管作業(yè)，必須采取設(shè)立中繼站和注水減少阻力兩項技術(shù)措施。但在給排水管道打孔施工過程中，由于管道打孔距離較長，有時會出現(xiàn)打孔方向偏移的情況。如果不能及時解決偏移問題，將會影響施工質(zhì)量。因此，在制定施工方案時應(yīng)采取頂進糾偏措施，同時對整個吊裝過程進行監(jiān)控。一旦檢測到偏差，應(yīng)根據(jù)偏差值采取適當(dāng)?shù)拇胧?。具體來說，當(dāng)沖管軸線偏差不超過40mm 時，通常采用開挖修正法，即對沖管一側(cè)土體進行過度開挖，而另一側(cè)則限制或不進行開挖作業(yè)。從而調(diào)整管道的軸線位置[9]。當(dāng)立管偏差超過40mm 時，可對千斤頂?shù)纳踢M行修正。千斤頂糾偏是在推管開挖側(cè)端壁安裝千斤頂，規(guī)格控制在5 ～10t 之間。在隨后的推送過程中，第一管段逐漸回到設(shè)計位置，并多次完成管偏的修正。通過這些措施，可以保證上水、下水管道的推進順利進行，滿足預(yù)期的質(zhì)量和施工進度要求。

1.3 中繼間布置

在實際應(yīng)用中，必須設(shè)置至少一個中繼間。應(yīng)根據(jù)管道吊裝結(jié)構(gòu)設(shè)計的總吊力、主吊的供電能力、管道的抗壓強度和后墻的承載能力進行評估，確定是否需要設(shè)置中繼間[10]。中繼間不僅要承擔(dān)頂進時的正面阻力，還要減少頂進管道的摩擦阻力。因此，根據(jù)中繼間的頂進能力和前管的摩擦阻力來確定布置位置。采用排土頂進式掘進機頂進，在頂進過程中，頂管推進的頂力計算公式為：

公式中：F為刀具正面阻力；D為頂管外徑；p為控制土壓力；f0 為摩擦力；L為管道長度。計算完成一次頂進過程所需的最大頂推力，當(dāng)總頂推力大于管道允許頂力工作井的承受范圍時，設(shè)置中繼間來進行過渡，這樣能夠保證長距離頂管工程安全施工。在施工過程中，通過將頂進管線分段，并采用不間斷頂進的方式，來延長頂進距離。然后，根據(jù)現(xiàn)場情況判斷是否繼續(xù)布置中繼間。如果管道長度加上主千斤頂能夠頂進的最大距離在總頂進距離范圍內(nèi)，則不需要繼續(xù)布置中繼間[11]。否則，就需要根據(jù)具體情況繼續(xù)進行。在實際施工過程中，還需要根據(jù)現(xiàn)場的具體情況對中繼間的位置進行調(diào)整。在頂進距離較長的情況下，可以在使用中繼間后備用一個，以防止中繼間損壞造成工程進度拖延。同時，根據(jù)管節(jié)的長度對中繼間的布置位置進行微調(diào)，以達到最佳的頂進效果。通過合理的中繼間布置，可以確保頂管施工的順利進行，提高施工效率和質(zhì)量。

2 實例分析

2.1 工程概況

該工程位于某市污水管網(wǎng)工程某標(biāo)段，標(biāo)段的工程樁號范圍為3K+420 ～4K+152，全長1 023m。主要管道直徑有D1010、D1020 和D1050。在此區(qū)間設(shè)置了12 座沉井，其中包括8 座工作井，并使用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。關(guān)于頂進區(qū)間的詳細信息，具體如表1 所示：

表1 頂進區(qū)間分布情況

根據(jù)實際情況，工程中的頂進段屬于長距離頂管，能夠適應(yīng)復(fù)雜的地層變化。結(jié)合施工現(xiàn)場的地質(zhì)條件，選擇既滿足施工需求又不會影響周邊環(huán)境的機械頂管設(shè)備。同時，選擇具有較強抗腐蝕性能的頂管材料，根據(jù)設(shè)計要求做好直徑和管節(jié)的管理，確保管道的施工質(zhì)量。門式起重機選用20t，為了保持土壓力的控制，需要將頂進速度調(diào)節(jié)在標(biāo)準范圍內(nèi)。初始頂進時，必須進行反復(fù)測試。根據(jù)地面沉降確定控制土壤排放量程度，并嚴格監(jiān)控每段管道產(chǎn)生的實際土壤量。電機電流控制在50A 以內(nèi)時頂管機能夠正常啟動。

為了驗證本文施工技術(shù)的適用性，對市政道路給排水管道的頂管工程進行合理監(jiān)測。采用RGE124 智能測斜儀進行深層土體水平位移測定。在工作井前將測斜管埋入支護土體中，使得導(dǎo)向輪卡在測斜管內(nèi)，連續(xù)測定測斜管的水平位移變化。校準測斜管方位時，應(yīng)垂直基坑邊安裝。在監(jiān)測過程中，自下而上間隔30cm進行拉線讀數(shù)，根據(jù)測斜儀與拉線之間的角度變化，獲得不同深度中的水平位移。當(dāng)水平位移變化在14mm 之內(nèi)時，能夠滿足具體的施工要求。

2.2 結(jié)果與分析

設(shè)置5 個測試小組，運用本文施工技術(shù)進行頂管工程施工，通過測斜儀測量不同深度部位的水平位移情況。在雙向觀測后，得到具體結(jié)果如圖2 所示。

圖2 水平位移監(jiān)測結(jié)果

由圖中結(jié)果可知，5 個小組監(jiān)測到的水平位移均在10 ～14mm 范圍內(nèi)，結(jié)果符合預(yù)期設(shè)定。說明運用本文施工技術(shù)應(yīng)用后能夠有效控制水平位移在預(yù)定范圍內(nèi)，進一步體現(xiàn)了其在實際工程應(yīng)用中的實用性。土體水平位移變化比較穩(wěn)定，頂管施工后期，整個監(jiān)測期間測量值在規(guī)定范圍之內(nèi)，達到了良好的施工效果。

同時，為了驗證本文施工技術(shù)的可靠性，需要對支護結(jié)構(gòu)側(cè)的土壓力進行監(jiān)測。首先選定圍護樁，并在每隔3m 的間距處埋設(shè)土壓力計。埋設(shè)土壓力計需朝向基坑的外側(cè)，以確保準確監(jiān)測準確。同時，測線需直接引出至地面，探井需進行分層夯實回填。在監(jiān)測過程中，采用RT455 型頻率測定儀在基坑開挖后進行監(jiān)測，圍護樁受到周圍土體的側(cè)向壓力。根據(jù)事先標(biāo)定的測力計應(yīng)力與頻率之間的關(guān)系，通過測得頻率計算具體的應(yīng)力值。在測量土壓力時，根據(jù)率定曲線將土壓力計的頻率計算為壓力計所受到的力，從而得到準確的土壓力數(shù)據(jù)。根據(jù)支護樁結(jié)構(gòu)側(cè)土壓力的變化情況，得到具體如表2 所示。

表2 支護結(jié)構(gòu)側(cè)土壓力

由表中結(jié)果可知，經(jīng)過10 次測試得到的土壓力結(jié)果均在25.4 ～25.9kPa 之間。這樣能夠滿足具體的土壓力范圍，使得施工結(jié)果達到預(yù)期。說明運用本文施工技術(shù)能夠使得支護結(jié)構(gòu)側(cè)面的土壓力分布規(guī)律合理，控制土壓力大小滿足要求，減少異常情況的發(fā)生。通過不斷加強支護結(jié)構(gòu)的監(jiān)測，確保支護結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)定，加強現(xiàn)場排水措施，降低地下水位，使得土壓力對頂管工程支護結(jié)構(gòu)的影響最小。這樣不僅能夠及時發(fā)現(xiàn)和處理安全隱患，還能夠提升頂管工程的施工質(zhì)量。

綜上所述，市政道路給排水管道長距離頂管施工技術(shù)能夠更好達到要求的施工效果。在施工過程中，充分考慮地質(zhì)條件以及管道使用要求，應(yīng)用本文技術(shù)來確保管道的穩(wěn)固性和耐久性。通過科學(xué)規(guī)劃，長距離頂管施工技術(shù)能夠高效地完成市政道路的給排水管道建設(shè)任務(wù)，為城市的排水系統(tǒng)和供水系統(tǒng)提供穩(wěn)定可靠的基礎(chǔ)設(shè)施支持。

3 結(jié)論

本次研究從頂管施工出發(fā)，深入分析施工的有關(guān)問題，從而完成對于市政道路給排水管道長距離頂管的關(guān)鍵技術(shù)研究。針對市政管路施工，在保證工程質(zhì)量的同時，不斷增加施工進度，實例證明：

（1）無論是泥質(zhì)地層、硬土地層還是砂礫地層，它都能有效應(yīng)對，使得施工范圍更加廣泛，確保了管道的穩(wěn)定運行和長久使用；

（2）頂管施工技術(shù)對施工工程路況的要求較低，能夠在各種復(fù)雜路況中順利施工，表現(xiàn)出強大的適應(yīng)性和靈活性；

（3）本文方法中還存在著不足，比如管道設(shè)計的精細度有待提升，頂進導(dǎo)軌的布設(shè)問題，水準儀校正等問題。今后應(yīng)更加完善方法，使其更加具有廣泛的適用性和實用性。