顶管技术在市政给排水工程施工中的运用
时间：2023-06-26 11:30:04 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
业伟
昆明市政工程设计研究院（集团）有限公司 云南 昆明 650228
地下给排水系统的设置可为城市污水处理系统、自来水供水系统提供有效渠道，其是城市基础设施中不可或缺的一部分。近年来，随着城市化进程的不断加快，越来越多的人涌入城市，污水处理、路面排水等问题日益凸出，不仅会影响到城市居民生活用水和日常出行，而且会产生一定的环境污染，不利于城市可持续发展。因此，亟需采取相应的措施来改善和解决市政给排水问题。
1.1 顶管技术
顶管技术为非开挖管道敷设技术，该技术应用的主要优势在于无需开挖地面就可以完成地下管线、管道铺设等作业，尤其对于需深度开挖的工程，该技术的合理应用，不仅能够实现施工时间、成本的节约，而且可以减少工程建设期间产生的噪音、粉尘等污染，即对城市交通、环境及居民生活产生的负面影响较小。但该技术应用对施工机械设备、施工人员素质等要求较高，意味着该技术施工难度较大，需严格对各施工要点进行把控，才能达到预期的施工效果。
1.2 必要性分析
随着城市化进程的不断加快，城市规模的快速扩大，城市地下管道、管线老化等基础设施问题日益凸出，尤其是城市中心老城区位置，此类相关问题更加严重，迫切需要改造其市政给排水系统。而顶管施工技术在市政给排水工程中运用，可充分发挥其无需开挖这一施工特点，即无需开挖地面就可以完成地下管道铺设工作，施工面由以往的面转变为点，即施工范围缩小，挖工程量减少，施工周期缩短，实现工程整体成本的节约，从而在确保工程施工进度、安全性的同时，凸显出工程环境、经济效益。
1.2.2 对周围建筑物、居民生活产生的负面影响小
城市给排水工程管道通常铺设于公路、地下构筑物中，会对已铺设的管线、管道设施产生一定干扰。而顶管施工技术的应用，可将管道以曲线方式铺设于公路、地下构筑物中，从而减少对已铺管道管线设施的干扰，即不会干扰和破坏居住区所铺设的水、电及通讯管线，对周围建筑物、沿线交通等产生的影响小，同时，施工现场产生的噪音、粉尘等污染也会减少，不会对对城市环境和居民生活带来的较大影响[1]。
1.2.3 环境适应能力强
与传统给排水工程管道管线敷设技术相比较，顶管技术是在工作井中进行施工，其能降低外部天气等因素对施工进度、工艺技术产生的影响，确保市政给排水工程施工效率和质量，即该技术的运用，能够保证在合同规定内按时竣工。
2.1 工程概况
本文以某市政给排水工程为例，其位于城市主干道，车流量较大，顶管长度、管道管径及平均埋深分别为110m、8cm、6-7m，管道主要穿越的土质包括中细砂层、粉土、杂填土。本工程项目施工包括钢筋工程、模板工程及混凝土浇筑等内容，主要采取顶管技术，使用管径为8cm的混凝土管作为污水管，并且该工程项目施工位于河道附近，受流砂、地下水影响，开挖施工容易导致基坑、工作井塌陷，因而，顶管施工期间采取相应的保护措施。
2.2 顶管技术施工原理及工艺流程
顶管技术施工原理为：借助顶进力将工具管从工作土层顶入接收坑内，将掘进的管道埋设于2个工作坑之间。本工程顶管施工技术工艺流程如图1所示。
PP管：PP管材具有耐高温、管道连接方便(热熔接、电熔接、管件连接)可靠、可回收使用等特点。按照不同的PP聚合工艺条件可将其分为均聚聚丙烯 (PP-H)、嵌段共聚聚丙烯（PP-B）以及无规共聚聚丙烯(PPR)。PP-H管材因其低温下的脆性限制了其使用，而PP-B管材和PP-R管材较为常用，尤其是PP-R管的应用更为广泛。PP-R管的生产工艺简便易控制，管道布设对地形的适应性强。
图1 顶管技术施工工艺流程图
2.3 工程特点分析
本工程顶管技术施工中顶管需从引水箱涵底穿过，管子距离涵底分别为3.1m、3.3m，对地面隆起、沉降要求较高，并且该工程施工具有顶进距离段、作业面深等特点，需将地面沉降、隆起受力控制在规定范围，确保施工过程中不影响周围环境，且能够提高顶管施工水平。
3.1 施工准备
3.1.1 材料、设备准备
本文以某市政排污管道为例，考虑到污水本身具有一定的腐蚀性，所以本工程施工中，根据管道用途选用管径8cm，且具有耐腐蚀、高强度的混凝土管，从而避免因管道腐蚀而出现渗漏现象，确保市政给排水系统稳定、安全运行。同时，结合本工程工程量、施工要求，选用相关施工机械设备。由于本工程顶管施工一次顶进的距离较长，为了确保施工安全性，提供施工质量，选用日LEMOL型TCZ600顶管掘进机，充分发挥其破碎功能将砾石破碎，且只需一人通过地面遥控就可以操作完成，并加大机械设备进场验收力度，以试运行的方式来检测其工作状态。
3.1.2 地形勘测
管顶施工技术作为地下施工技术，在施工前，需先了解本工程土质状况、水文、地下管线埋设等情况，且做好记录，一旦发现不良土体，需进行改良，满足工程建设要求。同时，要对施工图纸进行检查，开展测量放线工作，以工作井为中心对施工场地进行平整、压实，铺设碎石。
3.2 工作井、后背墙施工
工作坑作为材料、机械设备集中场所，也是顶管施工所搭建的临时设施，由于本工程工作井井底设计标高、顶管内底设计高程落差较大，为了确保顶管施工作业顺利实施，先结合工作井、接受井设计图进行混凝土浇筑，将15×15cm的方木作为轨枕埋设于混凝土内。同时，后背墙起到支撑的作用，本工程施工中，可将后背墙高度、厚度分别控制在2.8m、30cm，使工作井内墙得以加宽，同时可在后背墙上铺上钢板，确保其受力更加均匀，墙壁面与管道顶进方向要处于垂直状态，并要由专业人员对其检测，将其垂直度偏差控制在0.1%之内。顶管工作坑施工允许偏差，如表1所示。
表1 顶管工作坑施工允许偏差
3.3 导轨设置、安装
本工程采取管顶施工技术，为了确保管道系统正常、安全运行，需合理设计导向轨迹，按照设计的导向轨迹，要求顶管水平条件在±12℃之内，充分发挥导轨的引导作业，确保管节按照设计的中心线顶进到位，本工程施工中，使用槽钢、双排工字钢作为导轨材料，以焊接的方式进行组装，此外，导轨安装作为顶管施工重要工作内容，其安装是否正确，会直接关系到顶进质量，所以，要求两导轨与管道设计高程等高、平行，与管道坡度保持一致，要将轴线位置的偏差控制在3mm之内，并对导轨进行加固，从而防止在施工期间发生位移。
3.4 安装千斤顶、顶铁
本工程施工中，选用3台200t的千斤顶，先将其放置于稳固的支架上，与管道中心的垂线保持对称，并选用型号为ZB50的高压油泵，各台千斤顶的进油管以并联方式进行连接，确保其活塞出力、行程保持一致。同时，在千斤顶与管道端部间设置顶铁，旨在均匀地将千斤顶合力分布于管端，便于灵活地对千斤顶与管端间距进行调节。在安装环节，要先对导轨接触面、顶铁进行清理，待顶铁安装后，对其安装情况进行全面检测，确保管道中心线与顶铁轴线保持垂直。
3.5 管道施工
3.5.1 穿墙施工
当施工顶铁、千斤顶等安装完成后，就可以开展机头穿墙施工，施工时，应对穿墙速度进行合理控制，尽量减少土体暴露时间，穿墙前，要将适量的混凝土注入土体内，以增强土层稳定性，并且为了提高穿墙施工质量，可使用工具管进行止水。
3.5.2 顶进施工
本市政给排水工程采取手掘式顶进技术进行顶进施工。施工前，先调整地下水位，调至管道底部0.5m水位，并采取防水处理措施，防止地下水进入顶管内影响顶管整体施工质量。当工具管接触土层后，以自上到下的顺序进行分层开挖，将挖掘的坑道、管前超挖量分别控制在30-50cm、0.15cm内[2]。
3.5.3 出洞顶进施工
出洞位置的顶进作业为整个顶管施工中的核心工序。顶管机出洞前，要预先在封闭门施工前埋设一排钢板桩，将其埋入工作井底部钢板下方，从而保证顶管机顺利进出洞内，防止出现土体坍塌问题。顶管设备出洞时，要先拆除封闭门，当其距离封闭门0.5-1cm时，要充分发挥避水圈的作用，依次进行钢板桩的拆除，并及时开展顶管作业，防止钢板桩拆除作业破坏土体。此外，顶管机出洞施工初期，其承受的土体压力较大，容易出现坍塌问题，为了解决这一问题，施工人员需按照正确方向继续推动顶管机，或者通过在洞口增设手拉葫芦装置，且加固末端管节，避免出洞施工过程出现位移现象。
3.5.4 洞口止水
顶板施工中，为了确保管道顺利从工作井中出洞，通常会根据管子外径扩大预留洞口，一般会将洞口扩大1cm，而在这种情况下，顶板间隙会增大，会出现漏水现象，将影响顶管施工质量。为了解决这一问题，沉井施工时，需对洞口预留的缝隙进行封堵处理。洞口止水处理包括：工作井设置时，在预留洞口位置埋设厚度为0.1cm的钢制法兰，对其螺栓进行焊接，同时安装厚度为0.16cm的橡胶法兰，并使用厚度为0.1cm的钢压板对法兰进行稳固处理，从而防止泥浆、地下水等进入工作井内。
3.6 注浆减阻
注浆施工的目的是消除管线周围的孔隙，使管线使用寿命延长。注浆施工作为顶管施工中的重要环节，其施工质量会直接影响整个排水管道施工质量，所以，要严格按照设计标准来选择注浆材料，确保泥浆粘性、稳定性符合施工要求，本工程施工中选用优质的膨润土，根据膨润土：水=1:8的比例配制泥浆[3]，并将泥浆搅拌均匀，防止出现离析现象，泥浆压入前，进行二次搅拌；
然后在管节一端设置3个注浆孔，且将注浆孔间距控制在7.2m，安装注浆管后，按照注浆流程进行作业，对地表、地下水变化情况进行实时观测，以此为依据灵活地调整压浆量、注浆压力，当顶进曲线段时，可通过增加注浆量的方式，使泥浆套更加完整，并将单向阀设置于泥浆出口位置，避免出现回浆、注浆压力减小等问题，同时，要确保土体间隙被完全填充，形成不易变形的泥浆保护套，从而降低管道的摩擦阻力，即减轻顶进施工的阻力。
3.7 设置中继间
在顶管施工中，为了减轻沉井受力，防止管道出现漏水问题，需设置中继间，以环状的形式将中继油缸均匀分布，完成接力顶管作业，从而提高顶管施工效率。本工程项目中，由于顶管机顶进期间，土质条件会发生变化，施工环境处于波动状态，因而，需在靠前位置设置第1个中继间，当顶管机推动力达到预设推力的60%时，设置第1个中继间，当达到预设推力80%时[4]，设置第2个中继间，实际顶进过程中，应结合顶力情况来使用中继间。
3.8 管线纠偏
顶管施工中容易出现管道位移问题，即管道实际与规定位置二者出现偏差，从而降低市政给排水各施工质量的情形。因此，在顶管施工中，需对轴线位置、管道内径、管道内底高程等参数进行严格控制。若顶管施工中管位偏差为0.1cm时，可通过管线纠偏手段来确保顶管施工质量，具体纠偏为：其一，先借助所设置的纠偏千斤顶组对机头端面的方向进行调整，使其向轴线靠近，缩小管位偏差，确保轴线与机头端面运行方向重合，达到管道复位的目的；
其二，在顶进中顶管机头发生旋转时，可将压重块设置于机头旋转的反方向，或者通过中继站中所设置的旋转纠正力矩来调节管道位置，从而使管道逐渐处于正确位置。
表2 顶管施工中轴线、管道内径等参数的允许偏差
3.9 管道试压
在市政给排水管道顶进作业完成后，可采取单向水压测试的方式来检测管道综合水压，具体测试为：先将管道空气排出，接着加水、加压，当施加的压力达到规定值后停止加压，从而了解管道是否存在渗漏问题，接着在此基础上以增压、减压的方式来判断管道安装是否合理，若管道能够承受正常工作压力的1.5倍，则意味着管道满足给排水系统使用要求。
综上所述，顶管技术作为市政给排水工程施工中常用的施工技术，无需进行大范围开挖土方，就可以完成地下管道施工作业，不仅对周围建筑物、环境及居民生活带来的负面影响小，而且工程量较小，所投入的机械设备、人力等少，能够实现施工成本的节约。然而，顶管技术的施工难度较大，因此，该技术在市政给排水工程中运用时，需结合工程土质特性、施工要求及地下管线敷设情况等，制定合理的施工方案，并严格按照顶管施工工艺流程、方法进行操作，对各施工阶段技术要点严格把控，从而提高市政给排水工程整体施工质量，凸显出顶管技术在市政给排水工程中应用的优势。
猜你喜欢顶管市政管线顶管工程土体沉降计算的分析与探讨河北水利(2022年4期)2022-05-17市政给排水工程施工质量控制简述建材发展导向(2021年6期)2021-06-09BIM技术在市政给排水设计中的应用建材发展导向(2021年6期)2021-06-09挪威Bodø市政大厅现代装饰(2020年3期)2020-04-13市政园林绿化设计创新思考建材发展导向(2019年5期)2019-09-09高级别管线钢X80的生产实践山东冶金(2019年2期)2019-05-11球墨铸铁顶管喷敷工艺探讨中国铸造装备与技术(2017年6期)2018-01-22夹套管线预制安装石油化工建设(2017年2期)2017-06-05浅谈通信管线工程建设电子制作(2017年10期)2017-04-18浅谈通信管线工程建设电子制作(2017年9期)2017-04-17
