劉巖

（天津城建集團(tuán)有限公司，天津市　300073）

津南污水處理廠配套頂管工程施工技術(shù)研究

劉巖

（天津城建集團(tuán)有限公司，天津市300073）

以天津市津南污水處理廠配套管網(wǎng)頂管工程為依托，在大管徑頂管、長(zhǎng)距離頂進(jìn)、雙排頂進(jìn)、穿越高速公路、新型管材施工等方面進(jìn)行深入探討。針對(duì)頂管施工設(shè)備及方法的選擇、施工中的控制技術(shù)及施工中的技術(shù)難題進(jìn)行了多方面研究。

污水處理廠；頂管；施工技術(shù)

0　引言

隨著城市建設(shè)的不斷發(fā)展，地下給排水改造工程日益增多。頂管施工技術(shù)以其不開(kāi)挖地面、不破壞地面建筑物及環(huán)境、不受氣候和環(huán)境影響，以及省時(shí)、高效、安全、綜合造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用到地下給排水工程中。天津津南污水處理廠配套管網(wǎng)工程為市重點(diǎn)工程，采取頂管施工方式，管道直徑在2 600～3 200 mm。在施工過(guò)程中，針對(duì)頂管施工設(shè)備及方法的選擇、施工中的控制技術(shù)及施工中的技術(shù)難題進(jìn)行了多方面研究。

1　工程概況及難點(diǎn)分析

天津津南污水處理廠配套管網(wǎng)工程連接西青、津南、河西三區(qū)，覆蓋了天津市區(qū)進(jìn)出水網(wǎng)絡(luò)的1/3，是關(guān)系到該區(qū)域市民生活用水供給和生活污水排放的一項(xiàng)市重點(diǎn)民生工程。該工程地處華北平原，屬?zèng)_積、海積低平原，場(chǎng)地內(nèi)埋深40.00 m深度范圍內(nèi)均由黏性土和粉土組成。本次頂管穿越土層為粉質(zhì)黏土，其土質(zhì)易液化，擾動(dòng)后易失穩(wěn)，具有高度的敏感性。該工程施工過(guò)程中遇到了大管徑、雙排頂進(jìn)、穿越高速公路頂進(jìn)、新型管材焊接等多項(xiàng)難題，其中1標(biāo)段工程大管徑達(dá)到2 600 mm，頂管表面平均覆土深度8.89 m，覆土層部分在現(xiàn)場(chǎng)地面下有雜填層6～8 m，有效覆土深度最薄處只有幾十厘米，周?chē)h(huán)境是最為復(fù)雜的一段。管線右側(cè)為池塘，左側(cè)距鐵路最近距離不到20 m。由于受周邊環(huán)境、拆遷及鐵路部門(mén)要求等限制，不能采用傳統(tǒng)的中間設(shè)工作坑的方式。經(jīng)與設(shè)計(jì)單位研究，采取了不采用中繼間，一次頂進(jìn)576 m的施工工藝，一次頂進(jìn)長(zhǎng)度為天津之最。

2　頂管施工設(shè)備及方法選型

成敗的關(guān)鍵在于頂管機(jī)設(shè)備的選擇。施工中可供選擇的頂管機(jī)類型多樣，合理選型應(yīng)該以頂管機(jī)本身的特性與工程實(shí)際情況相適應(yīng)為原則來(lái)進(jìn)行。尤其是對(duì)各種底層適應(yīng)性的不同，使得變形控制精度及施工效率有很大差別。該工程頂管所處的地層地質(zhì)特點(diǎn)是以粉土和粉質(zhì)黏土為主，頂管兩側(cè)分布有池塘、鐵路、高速公路等，受到周邊環(huán)境影響以及鐵路部門(mén)的相關(guān)要求限制，施工采用長(zhǎng)距離頂管施工的方式，最長(zhǎng)頂距為一次性頂進(jìn)576 m，這就對(duì)頂進(jìn)設(shè)備提出了較高的要求。

為此，對(duì)泥水平衡頂管機(jī)、土壓平衡頂管機(jī)、氣壓式頂管機(jī)等進(jìn)行多方面綜合比較后，選擇了泥水平衡頂管機(jī)。主要是由于：（1）泥水平衡頂管機(jī)適用范圍廣，此處工程所處地層以粉土和粉質(zhì)黏土為主，地下水位較高，水壓力較大，對(duì)頂管機(jī)的要求比較高，泥水平衡頂管機(jī)完全適用［1］；（2）頂管兩側(cè)分布有池塘、鐵路、高速公路，頂進(jìn)過(guò)程中不能有太大擾動(dòng)，泥水平衡頂管機(jī)施工可有效保持地面穩(wěn)定，對(duì)周?chē)馏w擾動(dòng)較小，引起的地面沉降小，滿足施工要求；（3）與其他類型頂管比較，泥水頂管施工時(shí)的總推力比較?。?］，尤其在黏土層表現(xiàn)得最為突出，是最能達(dá)到“頂距為一次性頂進(jìn)576 m”要求的頂進(jìn)方式。因此，選擇泥水平衡頂管機(jī)進(jìn)行頂進(jìn)施工。

3　頂管施工中的控制技術(shù)

3.1頂管施工頂力計(jì)算與控制［3］

頂進(jìn)阻力計(jì)算：

式中：FP為頂進(jìn)阻力，kN；Do為管道的外徑，m；fk為管道外壁與土的單位面積平均摩阻力，kN/m2；NF為頂管機(jī)的迎面阻力。

掘進(jìn)機(jī)正面阻力計(jì)算：

式中：NF為頂管機(jī)的迎面阻力，kN；Dg為頂管掘進(jìn)機(jī)外徑，m；Pt為控制土壓力，kN/m2。

經(jīng)計(jì)算，576 m頂管施工頂進(jìn)阻力23 066.7 kN，工程中需布置最大頂力為200 t、行程為3.0 m的千斤頂不少于12支。12支該型號(hào)千斤頂總頂力2 400 t，但根據(jù)試頂分析，頂進(jìn)施工中通過(guò)泥漿減阻可降低頂管頂進(jìn)過(guò)程阻力，因此工程采用可容納12支千斤頂?shù)闹Ъ?，先布?0支千斤頂進(jìn)行頂管施工，隨頂力增加可增加千斤頂支數(shù)來(lái)滿足工程要求。

3.2出洞控制

在工具管出洞時(shí)，將工具管與后面的兩節(jié)管用拉桿連接起來(lái)，使之成為一個(gè)整體，并在導(dǎo)軌上拉緊，從而使工具管沿著導(dǎo)軌方向順利頂進(jìn)。

出洞時(shí)姿態(tài)控制至關(guān)重要，如初始頂進(jìn)方向掌握不好，將影響后續(xù)頂進(jìn)姿態(tài)控制，容易產(chǎn)生較大偏移，因此需嚴(yán)格控制。出洞頂進(jìn)控制要點(diǎn)：基坑導(dǎo)軌的安裝精度應(yīng)符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，軸線與設(shè)計(jì)值一致；保持開(kāi)挖面土體穩(wěn)定，開(kāi)挖面穩(wěn)定才能保證頂管機(jī)導(dǎo)向正確；出洞過(guò)程盡量做到連續(xù)慢速頂進(jìn)。在此，將速度控制在15 mm/min之內(nèi)，保證出洞穩(wěn)定。

3.3正常頂進(jìn)控制

為了便于糾偏且不影響施工進(jìn)度，該工程頂進(jìn)速度控制在30 mm/min之內(nèi)。頂進(jìn)過(guò)程中，隨時(shí)觀測(cè)千斤頂油壓、后背墻、頂進(jìn)管道的標(biāo)高及位置變化，以便于及時(shí)糾偏。頂進(jìn)過(guò)程中，還要始終注意觀察掘進(jìn)機(jī)與導(dǎo)軌的接觸情況是否密實(shí)，有無(wú)翹起或偏斜現(xiàn)象，如果不正?；蛴写蟮淖兓?，立即停止頂進(jìn)，經(jīng)原因分析后，調(diào)整頂進(jìn)施工技術(shù)參數(shù)，再繼續(xù)頂進(jìn)。

3.4進(jìn)洞控制

頂管機(jī)進(jìn)洞前應(yīng)進(jìn)行土體加固，并復(fù)核位置及姿態(tài)，以便保證頂管在施工中按預(yù)定方案實(shí)施，以良好的姿態(tài)進(jìn)洞，準(zhǔn)確就位。該工程施工中采用雙液注漿的方式對(duì)進(jìn)出洞方向3～5 m寬范圍內(nèi)土體進(jìn)行加固，保證工具管進(jìn)出洞時(shí)姿態(tài)穩(wěn)定。在頂進(jìn)接近接收井前，完成接收井施工，等待頂管機(jī)的接收。當(dāng)頂進(jìn)到接收井邊圍護(hù)樁時(shí)，放慢頂進(jìn)速度，復(fù)核位置及姿態(tài)，速度控制在15 mm/min以內(nèi)，保持勻速頂進(jìn)，待頂管機(jī)慢慢切削攪拌樁樁體，形成一個(gè)較完整的止水孔時(shí)，采用風(fēng)鎬破除圍護(hù)樁體，直至頂管機(jī)完全頂出接收井。

4　施工難點(diǎn)及措施

4.1穿越高速公路

頂管穿越津晉高速期間，必然會(huì)引起土層損失，若頂管結(jié)束后注漿未及時(shí)跟上，管壁與土體間隙得不到及時(shí)填充，將導(dǎo)致路面沉降，影響高速公路的正常通行，因此必須采取嚴(yán)格監(jiān)控、及時(shí)注漿等有效措施，做好路面沉降控制。

在高速公路受頂管影響區(qū)域，應(yīng)科學(xué)合理地布設(shè)沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)布置直接決定對(duì)觀測(cè)對(duì)象狀態(tài)的體現(xiàn)程度。觀測(cè)點(diǎn)過(guò)密導(dǎo)致測(cè)量時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，同一觀測(cè)點(diǎn)觀測(cè)間隔過(guò)大，觀測(cè)點(diǎn)過(guò)疏則導(dǎo)致觀測(cè)不全面。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)段觀察確定，觀測(cè)點(diǎn)自基坑邊開(kāi)始每10 m布置一個(gè)觀測(cè)點(diǎn)，直至高速邊坡角，邊坡上共設(shè)置3個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，高速主路兩側(cè)車(chē)道各設(shè)置3個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，高速另一側(cè)與之前相同，具體布置方式見(jiàn)圖1。

圖1　高速公路監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置示意圖

工程開(kāi)始前，應(yīng)對(duì)高速路各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行原始標(biāo)高的測(cè)定，自基坑降水開(kāi)挖開(kāi)始對(duì)施工范圍內(nèi)的各個(gè)觀測(cè)點(diǎn)及觀測(cè)井水位進(jìn)行監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)頻率為每天1次；開(kāi)始頂進(jìn)后，監(jiān)測(cè)頻率改為每天3次，直至頂管完成；置換泥漿完成后繼續(xù)對(duì)所處區(qū)域進(jìn)行監(jiān)測(cè)，頻率為每天1次，直至監(jiān)測(cè)30天或連續(xù)5天不出現(xiàn)標(biāo)高的變化為止。在頂管過(guò)程中，若發(fā)現(xiàn)高速公路的沉降超過(guò)預(yù)警值，馬上對(duì)高速公路路基進(jìn)行注雙液漿加固。根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)，注漿壓力不宜大于0.4 MPa，注漿壓力過(guò)大會(huì)增加地層的擾動(dòng)，從而增加地層的后期沉降。

根據(jù)該工程監(jiān)測(cè)結(jié)果，經(jīng)過(guò)泥漿置換后最大沉降量不超過(guò)5 mm，且在頂管完成后23天達(dá)到穩(wěn)定。

4.2雙排頂管施工

該工程涉及到的雙排頂管管徑為3 000 mm，頂進(jìn)長(zhǎng)度155 m，兩管中心距離為6.6 m，覆土厚度11.7 m，近距離頂進(jìn)將會(huì)產(chǎn)生相互的擾動(dòng)影響。該工程采用了配有主頂速度檢測(cè)儀、頂管機(jī)本體傾斜儀等的頂管機(jī)頭，能夠?qū)斶M(jìn)速度、機(jī)頭旋轉(zhuǎn)、水平傾角進(jìn)行自動(dòng)測(cè)量。頂進(jìn)過(guò)程中，每頂進(jìn)1 m對(duì)軸線方向與頂進(jìn)姿態(tài)測(cè)量1次，檢查頂進(jìn)軸線是否和設(shè)計(jì)軸線相吻合。

頂進(jìn)過(guò)程中，應(yīng)嚴(yán)格遵循“密切注意，及時(shí)糾偏，小角度糾偏”的原則，勤出報(bào)表、勤糾偏，每次糾偏角度不得大于0.22°，爭(zhēng)取在非重要路線進(jìn)行糾偏，盡量避免由于工具管大幅度糾偏而造成頂進(jìn)困難、管節(jié)剪切破裂等情況發(fā)生。

當(dāng)頂進(jìn)機(jī)頭尚未全部出洞時(shí)，若偏差在2 cm以內(nèi)，則不必進(jìn)行糾偏，待全部出洞后再觀察確定；反之，若大于2 cm，則應(yīng)立即停止頂進(jìn)，采取措施進(jìn)行偏移調(diào)整。

當(dāng)項(xiàng)進(jìn)機(jī)頭全部進(jìn)洞后，若偏差大于1 cm，則必須及時(shí)進(jìn)行糾偏，左右方向偏差控制在5 mm以內(nèi)，垂直方向偏差控制在10 mm以內(nèi)。

當(dāng)糾偏動(dòng)作失效時(shí)，應(yīng)立即停止頂進(jìn)，并會(huì)同電工、機(jī)修工檢查電路和液壓管路，盡早排除故障，嚴(yán)防軸線超差。

4.3新型管材焊接

津南污水處理廠（紀(jì)莊子污水處理廠遷建）配套進(jìn)出水管網(wǎng)工程5標(biāo)段，污水管線全長(zhǎng)2.57 km，管徑為1350 mm的內(nèi)襯PVC鋼筋混凝土管，其中有1.8 km管道位于現(xiàn)狀河道與魚(yú)塘范圍內(nèi)。污水管全部采用內(nèi)襯PVC鋼筋混凝土承插口管，內(nèi)襯層相互搭接后，采用專用熱熔工具將連接邊面部進(jìn)行加熱，使其熔化連接一體。

受溫度影響，-5℃以下勻質(zhì)PVC卷材收縮變形較大，施工時(shí)伸展不開(kāi)，會(huì)在第二年開(kāi)春天氣轉(zhuǎn)暖時(shí)出現(xiàn)大量的折皺，對(duì)焊接質(zhì)量和美觀有很大的影響，因此焊接施工前應(yīng)盡量保證PVC的初始溫度，使其最大限度地接近理想狀態(tài)。溫度較低時(shí)，熱熔PVC粘接性會(huì)有所損失，在大面積施工前應(yīng)先做粘接實(shí)驗(yàn)，若無(wú)法粘接牢固，粘接前需用焊槍把PVC卷材加熱，在保證卷材充分軟化、熔漿飽滿后再移動(dòng)焊槍，并在焊接完成后用壓輥壓實(shí)，避免虛焊的發(fā)生。

5　體會(huì)與建議

目前，頂管施工工藝發(fā)展迅速，一次連續(xù)頂進(jìn)的距離越來(lái)越長(zhǎng)，頂管管徑越來(lái)越大，需要在長(zhǎng)距離頂進(jìn)控制、監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)分析、頂進(jìn)過(guò)程對(duì)周邊環(huán)境影響等方面進(jìn)行深入研究，把頂管施工技術(shù)越做越好。

［1］余彬泉，陳傳燦.頂管施工技術(shù)［M］.北京：人民交通出版社，1998.

［2］葛金科，沈水龍，許燁霜.現(xiàn)代頂管施工技術(shù)及工程實(shí)例［M］.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2009.

［3］GB 50268-2009，給排水管道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范［S］.

TU990.3

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1009-7716（2016）07-0226-03

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2016.07.066

2016-03-04

劉巖（1979-），女，河北唐山人，高級(jí)工程師，從事施工技術(shù)和科研管理工作。