儲曉亮

(中交二航局成都城市建設工程有限公司,四川 成都 610000)

1 市政工程頂管施工技術開發(fā)應用的發(fā)展歷程

1.1 頂管施工技術的雛形階段

世界上普遍認為史上最早應用頂管施工技術的是古羅馬人,從中東地區(qū)出土的古羅馬時代的汲取水資源木質管道證實,古羅馬人就會用杠桿的作用力,將木制管道從土體的側面頂進,開辟汲取水源通道,說明古羅馬時代人們就能夠不開挖地面,進行管道頂進施工,這是對頂管施工技術的雛形階段。

1.2 早期的頂管施工技術

有確切文字記載頂管施工的歷史要追溯到美國太平洋鐵路公司1896-1900 年間修筑鐵路過程的頂管施工作業(yè)。之后,有位美國工程師在研究穿越鐵路灌溉工程時,應用了鑄鐵管道頂進穿越鐵路的施工方式,頂管施工技術逐漸被推廣應用。

1.3 普遍應用的頂管施工技術

1818 年法國有位叫M·L·布律內爾的工程師受船蛆打洞的啟發(fā),研究出隧道開掘盾構施工方法,之后,隨著盾構機械的研發(fā)成功,頂管施工技術開始普及應用。

1.4 頂管施工技術在我國的應用

中華人民共和國成立后,京包鐵路路基下鋼筋混凝土頂管穿越施工方式開始出現,“一五”期間,在上海黃浦江堤下首次進行手掘式鋼管頂管施工,1964 年國家建設部與上海市支持部分單位開展機械頂管施工試驗,20 世紀中后期,上海市政公司、市政工程研究所共同研制成功了小口徑頂管掘進機,之后,隨著頂管機頭的研制成功,頂管百米施工技術難題得以破解；改革開放后,在引進國外頂管施工機械的過程中,有關頂管施工技術理論和成功的施工管理經驗也得到借鑒,我國頂管施工技術水平得到大幅度提升。目前,我國的市政頂管施工技術在世界上已經遙遙領先,尤其是大口徑、遠距離頂管施工業(yè)績更是舉世矚目。

2 市政工程頂管施工技術操作規(guī)程

2.1 機械設備安裝及控制標準

工作井施工完成后,頂管施工的機械安裝必須根據操作規(guī)程操作。一是根據巖土地層結構特點、隧道口徑大小以及地面附著物的種類、抗震條件等選用型號較為合適的盾構機械設備；二是選用鋼質材料制作導軌,鋪設平直,固定措施到位,確保頂進管道運行過程,不走樣；三是千斤頂與管道中心的垂線對稱并在支架上固定好,需要一臺以上的千斤頂合力作業(yè),一般要求配對安裝,型號相同,以滿足同步作業(yè)的要求；頂鐵軸線與管道軸線保持平行并對稱,頂鐵與導軌的接觸面要確保干凈,不許有油污、泥土等；四是千斤頂的油壓控制系統(tǒng)分臺設置,并聯安裝,保持油泵與千斤頂型號相符,選擇最佳匹配。四是試運行合格后才允許組織施工。

2.2 施工中需掌握的操作技術標準

一是安全啟動。頂管施工開始前,進行安全施工警示,要求所有人員不得在頂鐵上方和側面停留。邊啟動邊觀察頂鐵運行是否標準、正常；二是緩緩啟動機械設備,慢慢頂進,機頭與接觸面完全吻合,逐漸調整頂進速度,開始正常生產；三是頂進施工過程發(fā)現油壓升高或者降低,應立即停工查找故障原因,切勿堅持使機械設備帶病作業(yè),避免引發(fā)事故；四是正常施工作業(yè)過程常見的問題：(1)機頭遇到障礙物；(2)后背墻持續(xù)變形；(3)頂鐵扭曲；(4)管位偏差難以匡正；(5)頂力不斷擴大難以控制；(6)油壓油路發(fā)生故障；(7)接縫之間漏泥漏漿。一旦發(fā)現這幾類問題應立即停工檢查,解決問題,不得盲目繼續(xù)作業(yè)。2.3中繼間設備安裝技術要點：(1)工具方向安裝凹頭,工作井一方安裝凸頭；有效防止頂進作業(yè)時泥沙油污混入中繼間,損壞密封膠,導致防水效果質量不保,設備發(fā)生故障；(2)中繼間的操作必須有專門的操作技術人員,專門作業(yè)；(3)中繼間的油壓、頂力嚴格按設計標準,增大壓力會導致中繼間變形；(4)中繼間的單次推進距離、行程限位裝置嚴格按設計標準進行,嚴防不標準操作造成的密封膠拉出中繼間,破壞設備的止水功能；(5)在中繼間穿過的排泥軟管、高壓進水軟管等要與中繼間保持合適的距離,避免作業(yè)過程造成管線損傷。

3 市政工程頂管施工技術及質量控制措施

3.1 科學制定施工方案,確定各項技術控制標準

根據項目設計圖紙,結合施工場地的再次實際勘察結果,制定、優(yōu)化施工方案,確定頂進施工工序和作業(yè)技術方式。

3.2 施工前的各項準備工作

施工前必須做好相關的準備工作,確保規(guī)范施工,安全施工。一是技術準備工作。包括三項工作內容：(1)崗前培訓,技術交底。根據項目設計圖紙的技術要求,組織員工按照崗位要求進行技術交底、安全生產培訓；(2)控制點加密,測線放量；根據設計圖紙設置的控制點,實地核準,對控制點進行加密,根據規(guī)范要求的標準精度,閉合和引測水準點；反復測量核準控制點后測量放線；(3)搞好地面沉降監(jiān)測。在頂管沿線以及工作井附近,布置地面沉降觀測點,隨時掌握地面沉降變化動態(tài)；二是調查施工作業(yè)區(qū)域的障礙物；首先結合探測與主管部門就地下管線設施障礙物進行排查,弄清燃氣管道、生產生活用水、通信線纜等鋪設的走向、位置、埋深距離等,其次對地層結構變化充分了解,對自然發(fā)育過程產生的障礙、人為干擾地層結構形成的障礙等摸清查實,分類想辦法解決,確保頂進施工順利；三是準備好頂管施工需要的物資材料；結合項目設計圖紙確定的工程規(guī)模、工期、工程質量等要求標準,編制機械設備表和物資材料表,對設備材料的規(guī)格、型號、數量做嚴格的控制,確保有序進入,不影響順利施工；四是電能供應和照明設備的準備工作。頂進施工是地下作業(yè),沒有自然光線保證,需要配備相應的照明設備,同時,頂進機械設備也需要電能動力,因此,必須圍繞安全生產做好電能供應與照明設備的準備。(1)工作井欄桿固定鈉燈設備,挖土作業(yè)佩戴礦燈照明燈；(2)電氣設備由專人布置線路,固定控制裝置；(3)所有電氣設備均設置漏電保護器,確保安全使用；(4)工作井內的配電箱固定安裝的位置不低于距井底90cm,電線。線纜嚴禁在水中浸泡,要采取空中懸架。五是通風設備和毒氣監(jiān)測檢測裝置的準備。(1)選擇型號合適的鼓風機,放置工作坑地面,鼓風量700L/min；(2)布置O2濃度、CH4濃度、CO、H2S 濃度的監(jiān)測檢測設備監(jiān)測點,設置安全范圍,O2濃度≥19%為安全,≤17%為警示值,≤12%為危險狀態(tài)；0≤CH4濃度≤0.25%為正常,濃度0.25%-0.5%為不安全,0.5%以上為危險濃度；CO 濃度35ppm 為警戒線；H2S 濃度＜7ppm 為正常,10ppm＜為警戒值,六是通訊設備的準備。所有作業(yè)人員一律配置專用無線通訊設備,頂進、吊車、指揮人員保持聯系暢通,為避免網絡信號質量問題導致的通訊問題,配置施工專用通信設備。七是明確頂進施工過程的各類技術參數。根據地層勘測、工程質量和設備工藝的要求,編制地層參數表、頂管參數表、頂管井/接收井參數表、工程參數表等。

表1 地層參數

(1)惠王陵站污水頂管工程施工技術參數。

表2 頂管參數表

(2)頂管井/接收井施工技術參數詳見表3。

表3 頂管井/接收井參數表

(3)頂管工程技術參數詳見表4。

表4 頂管工程參數表

3.3 詳細制定施工工藝流程圖。

圖1

3.4 主要的施工方法和質量控制措施

市政管道施工工程施工項目可分為排水工程施工、工作井接收井工程施工、頂進工程施工、碰管工程施工、檢查井工程施工、閉水實驗施工等內容,現將具體的施工方法和質量控制措施進行分析：一是排水工程施工方法與質量控制措施。根據地層結構和地下水埋深特點,相應采取明排降水施工方式,或者特殊的降水方式,確保工作井施工和頂管施工處于無水環(huán)境即可。技術質量控制措施就是在底部最低地面挖積水坑,在用抽水機或者泥漿泵把水或泥漿全部抽干,考慮到頂管過程巖土地層的滲水外溢,降水排水必須無間斷進行,確保施工地面不存積水。

3.5 工作井、接收井的施工及質量控制措施

結合施工圖設計要求,一般采取逆作法施工方式,接收井采取深基坑支護結構,工作井和接收井壁分層循環(huán)施工,上一層井壁施工完成,達到質量要求標準后,在進行下一層施工。接下來就是土方開挖,開挖施工過程隨時做好支護、圍擋、防水排水措施,坑底設集水坑,坑口預備蓋板,施工完成后,及時封底,覆蓋井口；施工場地周圍設置安全圍擋和防雨排水設施,井內留有安全上下通道,確保施工過程人員能夠安全撤離。

3.6 頂進施工技術及質量控制措施

工作井、接收井施工完成后,吊裝盾構機械設備、千斤頂、鋼板、導軌等下井施工。(1)鋼板后背墻的質量控制措施：規(guī)格：200×200×2cm。保證后背墻能夠均勻受力；(2)導軌安裝的質量控制措施：狀態(tài)穩(wěn)固,軌距要求、高程要求、流水方向數據精度必須滿足頂進施工需要；(3)千斤頂的方向位置推進力度必須均勻；(4)頂鐵安裝及注意問題：頂鐵是千斤頂與管道之間具有“力”的組織協(xié)調能力的設備,根據工程規(guī)模選擇適宜的橫頂鐵、豎頂鐵、U 型頂鐵或圓形頂鐵,確保頂力均勻,平穩(wěn)推進管道；(5)工具管試頂結束,安裝第一節(jié)管道,處理好防水止水措施,先挖后頂,即挖即頂,循序漸進,穩(wěn)妥施工,啟動油泵,千斤頂活塞伸出一個沖程,推進管道；停止油泵,打開控制閥,活塞抽回,在啟動油泵,繼續(xù)頂進,循環(huán)施工。

4 結論

市政工程頂管技術在城市建設和城鎮(zhèn)建設的基礎設施建設中的應用越來越廣泛,新形勢下,必須不斷研究創(chuàng)新,才能確保有效保障工程質量,因此,要與時俱進,不斷探究。