丁偉東

摘 要：近年來(lái)，我國(guó)城市發(fā)展迅速，城市人口、規(guī)模不斷擴(kuò)大，地下管網(wǎng)交織密布、部分管路出現(xiàn)老化現(xiàn)象，部分城市出現(xiàn)內(nèi)澇現(xiàn)象，制約了我國(guó)城市安全發(fā)展。然而，在市政管道的施工中，不管是對(duì)原有管道進(jìn)行修復(fù)，還是對(duì)新管道進(jìn)行鋪設(shè)，都使城市商業(yè)活動(dòng)、環(huán)境以及交通受到影響。為將其影響降到最低，本文以廣州市白云區(qū)云城東路污水管道完善工程施工為背景，對(duì)不開(kāi)槽施工技術(shù)在市政管道施工進(jìn)行探討，旨在為今后市政管道施工奠定基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：市政管道;非開(kāi)挖施工技術(shù);頂管

0 前言

在現(xiàn)有城市排水體制下，水環(huán)境污染較為嚴(yán)重，需對(duì)城市老化管路進(jìn)行修復(fù)，因地制宜的改善排水體制。若采用管道開(kāi)槽施工，既導(dǎo)致周?chē)虡I(yè)活動(dòng)和交通受到影響，還會(huì)干擾周?chē)用癯鲂?、生活。借助不開(kāi)槽施工技術(shù)以少開(kāi)挖或不開(kāi)挖為主要原則，常采用頂管法、定向鉆、夯管法以及內(nèi)襯法等施工方法對(duì)市政管道進(jìn)行維修、替換或者鋪設(shè)施工。不開(kāi)槽施工技術(shù)與管道開(kāi)槽施工技術(shù)相比，具有影響小、干擾小、速度快的優(yōu)點(diǎn)，除此之外，以不開(kāi)槽施工技術(shù)組織施工，不但會(huì)減少上層土層受到的擾動(dòng)，還可以對(duì)管道進(jìn)行防護(hù)，使其使用壽命進(jìn)一步提高。由此可知，在對(duì)市政管道實(shí)施施工時(shí)，采用不開(kāi)槽施工技術(shù)，可以使其社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)一步提高。

1 項(xiàng)目概況

云城東路是廣州市白云區(qū)的一條市政道路，連接機(jī)場(chǎng)路與黃石路（東），北延線通往永平街道，道路周邊環(huán)境及地下管線復(fù)雜，人流量大，施工區(qū)域不具備封閉道路開(kāi)挖的條件，故采用頂管法施工。廣州市白云區(qū)云城東路污水管道完善工程包含三大段，管徑均為DN800，總長(zhǎng)度約1.2 km，具體施工范圍分別為：①起點(diǎn)位于金園路與云城東路交叉口，終點(diǎn)位于云城南四路與云城東路交叉口;②起點(diǎn)位于白蘭花園停車(chē)場(chǎng)西側(cè)，終點(diǎn)位于云城南一路與云城東路交叉口;③起點(diǎn)位于惠民二手車(chē)，終點(diǎn)位于黃石東路與云城東路交叉口。

2 頂管施工工藝

2.1 工作井、接收井逆作法施工

本項(xiàng)目采用逆作法護(hù)壁施工工作井、接收井結(jié)構(gòu)。土方開(kāi)挖采用人工配合機(jī)械分層作業(yè)，每層開(kāi)挖深度不超過(guò)1.0 m，每層開(kāi)挖完成后及時(shí)施做井護(hù)壁混凝土。在一般土層中每次開(kāi)挖的深度宜為1.0 m，在不利地質(zhì)區(qū)每次開(kāi)挖的深度宜不大于0.5 m。每節(jié)護(hù)壁墻完成閉合且混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的75%以上后，開(kāi)始進(jìn)行下一節(jié)護(hù)壁井內(nèi)土方開(kāi)挖及護(hù)壁墻施工;依次循環(huán)施工直至設(shè)計(jì)井底。

工作井、接收井開(kāi)挖中遇到不可切斷或不能遷移的管線（供水、供電、電信、燃?xì)饧捌渌r(shí)，可針對(duì)不同管線性質(zhì)、管道材質(zhì)、管徑等點(diǎn)采取懸吊法保護(hù)管道，延著被保護(hù)管長(zhǎng)方向，間距2 m布置橫向36a槽鋼，槽鋼與地面之間有22×160×2 500 mm的枕木，通過(guò)16 mm厚鋼板懸掛，被保護(hù)管道通過(guò)在懸吊過(guò)程中確保懸吊件與被保護(hù)管道直接接觸，應(yīng)加木楔體。

2.2 頂管施工

2.2.1 頂管頂力計(jì)算

（1）頂進(jìn)總頂力計(jì)算：

根據(jù)勘察結(jié)果，施工段均屬于粉質(zhì)黏土。頂管施工段最大段長(zhǎng)部位為JW172-JW320，管徑800 mm，長(zhǎng)度78.1 m，按如下計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算頂進(jìn)的頂力，具體如下：

F0=π·D1·L·fk +NF，NF=1/4·π·Dr2·rs·Hs

式中：

F0—總頂力標(biāo)準(zhǔn)值（kN）;

D1—管節(jié)外徑（m），本項(xiàng)目D1為0.96（m）;

L—管道設(shè)計(jì)頂進(jìn)長(zhǎng)度（m），本項(xiàng)目L為78.1 m（JW172-JW320）;

fk—管道外壁與土的平均摩阻力（kN/m2），取6.0 kN/m2;

NF—頂管機(jī)的迎面阻力（kN）;

rs—土的重度（kN/m3），取18.8 kN/m3;

Hs—管中心埋深（m），取6.32 m。

F0=3.14×0.96×78.1×6.0+1/4×3.14×0.982×18.8×6.32=1 502.12 kN

（2）后靠背承載力計(jì)算：

后靠背采用高3.5 m，寬3 m鋼筋混凝土，厚50 cm，配筋為水平向配筋C16@100和縱向配筋C16@100執(zhí)行。

R=A×b×（γ×H2×KP/2+2×C×h×√KP+γ×h×H×Kp）

式中：

R—總推力的反力（一般大于頂管總推力的1.2～1.6）;

A—系數(shù)（1.5～2.5），此處取2;

b—后座墻的寬度，本項(xiàng)目b為3 m;

γ—土的重度kN/m3，此處取19.4;

H-后座墻的高度，本項(xiàng)目H為3.5 m;

KP—被動(dòng)土壓力系數(shù)，此處取1.65;

C—土的內(nèi)聚力，此處取25.4 kPa;

h—地面到后座墻頂部土體的高度，4.3 m。

R=2×3×（19.4×3.52×1.65/2+2×25.4×4.3×√1.65+19.4×4.3×3.5×1.65）=4 912.08 kN

計(jì)算得，R=4 912.08 kN>F0=1 502.12 kN，后墻背頂力滿(mǎn)足要求，且安全有效。

（3）管道允許頂力計(jì)算：

頂管管材采用d800Ⅲ級(jí)鋼筋混凝土管，頂管穿力面允許最大頂力可按下式計(jì)算：

Fdc=0.5φ1φ2φ3fcAp/γQdφ5

式中：

Fdc—混凝土管道允許頂力設(shè)計(jì)值（N）;

φ1—混凝土材料受壓強(qiáng)度折減系數(shù)，本項(xiàng)目取0.90;

φ2—偏心受壓強(qiáng)度提高系數(shù)，本項(xiàng)目取1.05;

φ3—材料脆性系數(shù)，本項(xiàng)目取0.85;

φ5—混凝土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)調(diào)整系數(shù)，本項(xiàng)目取0.79;

fc—混凝土受壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值（N/mm2）;

Ap—管道最小有效傳力面積（mm2），Ap=π×（1 0002-8002）/4=282 600 mm2;

γQd—頂力分項(xiàng)系數(shù)，可取1.3。

Fdc=（0.5×0.9×1.05×0.85×23.1×282 600）/（1.3×0.79）=2 552 903.7 N=2 552.9 kN>F0=1 502.12 kN，管道允許頂力滿(mǎn)足要求。

2.2.2 頂進(jìn)施工

本工程頂管進(jìn)出洞口采用兩排Φ500@350 mm高壓旋噴樁加固土體，搭接150 mm，加固范圍為管外徑上下左右側(cè)各1.0 m。頂管機(jī)初始頂進(jìn)是頂管施工的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，在頂管機(jī)出洞前，重點(diǎn)對(duì)洞圈外部土體的加固效果，仔細(xì)檢查洞口處安裝的環(huán)形橡膠止水圈的止水效果，該止水圈不僅可以阻止洞門(mén)處的水土順著工具管的外壁與洞門(mén)之間的空隙涌入到工作井內(nèi)，還可以防止頂進(jìn)過(guò)程中減摩泥漿從空隙處流失，形成完整的泥漿套減小頂進(jìn)阻力。頂管出洞時(shí)，連接機(jī)頭處的混凝土涵管應(yīng)與機(jī)頭剛性連接，從而提高頂進(jìn)作業(yè)的直線度。頂管剛出洞受周邊環(huán)境條件、頂管長(zhǎng)度、機(jī)頭重量、洞口土體擾動(dòng)、參數(shù)設(shè)定值等因素影響，頂管機(jī)頭部還是會(huì)經(jīng)常向下傾斜，遵循“勤測(cè)量、勤糾偏、微糾偏”原則，通過(guò)采取控制出土量、保持勻速前進(jìn)、調(diào)整頂進(jìn)合力等措施控制其前進(jìn)的姿態(tài)和方向。

2.2.3 頂進(jìn)糾偏監(jiān)控

測(cè)量靶的網(wǎng)格尺寸通常為10 mm，頂管機(jī)的斜率可以通過(guò)頂管機(jī)測(cè)量靶的激光點(diǎn)偏移量計(jì)算，并按計(jì)算值相應(yīng)調(diào)整糾偏千斤頂組，控制頂管機(jī)的推進(jìn)方向。鑒于頂管機(jī)的機(jī)頭處安裝有測(cè)量靶，可以將激光全站儀放置在頂管機(jī)后的觀測(cè)臺(tái)上，按設(shè)計(jì)坡度發(fā)出的激光束不僅能夠作為管道中心線，還可作為頂進(jìn)的導(dǎo)向基準(zhǔn)線。正常施工時(shí)，激光光斑中心應(yīng)與測(cè)量靶中心相重合;當(dāng)頂進(jìn)過(guò)程中出現(xiàn)偏位，測(cè)量靶中心就會(huì)與光斑中心偏離，偏離信號(hào)將傳送到操作臺(tái)的監(jiān)示器上，操作人員糾正頂進(jìn)方向，確保頂管機(jī)沿著激光束的方向正常前進(jìn)。

2.2.4 觸變泥漿減摩

本工程頂管施工中，利用觸變泥漿在混凝土管周?chē)纬蓾{套減小鋼管外壁與地層之間的摩擦力，是長(zhǎng)距離頂管施工至關(guān)重要的技術(shù)措施。在頂管施工過(guò)程中，通過(guò)多點(diǎn)對(duì)稱(chēng)壓注的方式向管節(jié)的外壁壓注適量的減摩泥漿，使得管節(jié)外壁和周?chē)貙娱g的空隙都均勻的填充了泥漿，降低了管節(jié)與周?chē)貙拥哪Σ磷枇?。?jiān)持“先壓后頂、隨頂隨壓、及時(shí)補(bǔ)漿”的壓漿原則，保證壓漿泵的輸出壓力維持在0.3 MPa～0.4 MPa。

工序：地面拌漿→浸泡水發(fā)→開(kāi)壓漿泵→開(kāi)送漿閥→送漿（頂進(jìn)作業(yè)開(kāi)始）→關(guān)管節(jié)閥門(mén)（頂進(jìn)作業(yè)停止）→關(guān)總管閥門(mén)→拆除井內(nèi)快速接頭→下管→總管接長(zhǎng)→循環(huán)施工。

2.2.5 觸變泥漿置換

為防止管道頂進(jìn)結(jié)束后出現(xiàn)滯后沉降的現(xiàn)象，需要用1：1純水泥漿及時(shí)置換出頂進(jìn)過(guò)程中的觸變泥漿。從第一節(jié)管節(jié)開(kāi)始向后壓注置換的水泥漿，在前一節(jié)管壓注水泥漿時(shí)，應(yīng)開(kāi)啟后續(xù)的管節(jié)壓漿孔，在新注入水泥漿的壓力下，管路中原有的觸變泥漿會(huì)從后續(xù)管節(jié)的壓漿孔內(nèi)陸續(xù)溢出，直到所有的注漿孔內(nèi)流出的都是水泥漿，便可以停止壓注水泥漿，保證用水泥漿完成全部觸變泥漿的置換。

3 本工程采用頂管法施工與管道開(kāi)槽施工可行性對(duì)比

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，市政管線施工不開(kāi)槽施工與管道開(kāi)槽施工的選取要結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況及經(jīng)濟(jì)條件，對(duì)于已通車(chē)道路且交通繁忙不具備封路施工、地下管線較多、地下水位較高且無(wú)降水條件時(shí)，應(yīng)優(yōu)先選取不開(kāi)槽施工技術(shù)。

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