王 懷 斌

(北京市自來水集團(tuán)禹通市政工程有限公司，北京 100120)

隨著城市的發(fā)展，城區(qū)內(nèi)各類管道施工的難度逐漸增大，往常采用的大開挖技術(shù)由于城區(qū)內(nèi)條件限制，使用越來越困難，非開挖施工技術(shù)應(yīng)運而生。非開挖施工技術(shù)是指在不開挖、少開挖的條件下進(jìn)行地下各類管網(wǎng)敷設(shè)、維修和更換的施工技術(shù)。主要應(yīng)用于電力、通訊、市政管道在穿越高速公路、鐵路、建筑物、河流、湖泊等既有區(qū)域的非破壞性施工技術(shù)。隨著工程物探、計算機(jī)技術(shù)、巖土工程技術(shù)及新材料等技術(shù)的快速發(fā)展，非開挖技術(shù)也得到了進(jìn)一步的發(fā)展。

1 常見非開挖管道施工技術(shù)介紹

非開挖施工技術(shù)的選擇往往取決于管道的管徑，大口徑管道的鋪設(shè)主要采用大直徑頂管法、盾構(gòu)法和潛埋暗挖法；小口徑的管道鋪設(shè)主要采用：微型隧道法、水平螺旋鉆進(jìn)法、定(導(dǎo))向鉆進(jìn)法、夯管法等。本文主要介紹潛埋暗挖法、頂管法、定(導(dǎo))向鉆進(jìn)鋪管技術(shù)和盾構(gòu)鋪管法。

1.1 淺埋暗挖法

潛埋暗挖法是常用的隧道暗挖施工法的一種，采用人工或者機(jī)械按照預(yù)定的施工順序逐步開挖隧道，并且進(jìn)行隧道支護(hù)以保證人員安全以及工程質(zhì)量。其常用的施工流程為：施工準(zhǔn)備→確定施工方法→現(xiàn)場監(jiān)控量測與初期支護(hù)→防水設(shè)施或防水隔離層→二次襯砌或噴錨襯砌→竣工。

1.2 頂管法

頂管施工法的工作原理為：在預(yù)先開挖的工作井內(nèi)設(shè)置主千斤頂、配置支座，施工作業(yè)面前段為工具管，需鋪設(shè)的管道設(shè)置在工具管后端，采用主千斤頂推動下工具管向土層內(nèi)掘進(jìn)，掘出產(chǎn)生的泥土以泥漿的形式通過泥漿泵經(jīng)管道排出(亦可采用螺旋泵)，每當(dāng)推進(jìn)一節(jié)管道后，主千斤頂撤回，進(jìn)行另一節(jié)管道的下管，繼續(xù)第一步工作，如此往復(fù)，直至管道鋪設(shè)完畢。

其常見施工流程為：施工測量→工作井施工→頂進(jìn)設(shè)備安裝調(diào)試→吊裝管道→工具管連接→裝頂鐵→開啟油泵頂進(jìn)→出土(出泥)→拆工具管→砌檢查井。

頂管法的主要工作任務(wù)有頂進(jìn)方法的選擇、工作坑的布置與施工、管道頂進(jìn)、頂管接口處理和管道壓漿。

1.3 定(導(dǎo))向鉆進(jìn)鋪管技術(shù)

水平定向鉆施工方法是根據(jù)現(xiàn)場實際情況規(guī)劃設(shè)計的管道軌跡上通過導(dǎo)向鉆進(jìn)、擴(kuò)孔、拉管等工藝過程在不開挖地表的前提下，將管道敷設(shè)在既定位置的非開挖施工方法，施工機(jī)械主要為定向鉆機(jī)，線性控制主要設(shè)為控向儀器。

其基本工作原理為：按預(yù)先設(shè)定的地下鋪管軌跡采用鉆孔機(jī)鉆設(shè)小口徑先導(dǎo)孔，隨后在先導(dǎo)孔出口端的鉆桿頭部安裝擴(kuò)孔器回拉擴(kuò)孔，當(dāng)孔洞尺寸達(dá)到設(shè)計直徑時，在擴(kuò)孔器的后端連接旋轉(zhuǎn)接頭、拉管頭和管線，反方向進(jìn)行回拉管線，最終完成敷設(shè)任務(wù)。主要施工順序為：地質(zhì)勘探→規(guī)劃和設(shè)計鉆孔軌跡→配制鉆液→鉆先導(dǎo)孔→回拉擴(kuò)孔→回拉鋪管→管端處理。

1.4 盾構(gòu)鋪管法

盾構(gòu)法是近年來發(fā)展迅速的一種施工技術(shù)，廣泛應(yīng)用于地鐵、管網(wǎng)施工中，主要設(shè)備為盾構(gòu)機(jī)，盾構(gòu)機(jī)前端為刀盤，通過刀盤旋轉(zhuǎn)切削與之接觸的土壤，形成鉆屑，在鉆屑中加入適量的液體形成泥漿，通過輸泥設(shè)備送到地面。機(jī)頭前進(jìn)時，機(jī)后預(yù)留的空間可以將提前預(yù)制的混凝土襯砌管片拼裝成環(huán)狀形成隧道襯砌結(jié)構(gòu)。當(dāng)前，也有大口徑管道工程使用盾構(gòu)技術(shù)，即采用盾構(gòu)法進(jìn)行隧道施工，隧道施工完成后，敷設(shè)管道，管道與隧道間的孔隙進(jìn)行注漿，組成完整的管道系統(tǒng)。

2 復(fù)合施工工藝介紹

2.1 工程概述

本工程位于已建再生水廠內(nèi)部，土質(zhì)為黏質(zhì)土，周邊為水處理構(gòu)筑物，不具備大開挖進(jìn)行管道施工的條件，且一旦管網(wǎng)施工不當(dāng)，可能對周邊構(gòu)筑物和管道產(chǎn)生破壞性影響。經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，選擇潛埋暗挖與頂管法復(fù)合施工技術(shù)進(jìn)行施工。

2.2 施工工藝

根據(jù)前文所述工藝及工程特點，將兩種施工工藝進(jìn)行對比便會發(fā)現(xiàn)若采用頂管頂進(jìn)的混凝土管道作為潛埋暗挖法作業(yè)的二次襯砌，并在一次襯砌和二次襯砌間注入防水材料形成防水隔離層，可以使管道周圍形成一層閉合的防水層，以達(dá)到地下管道防滲漏的目的，并且噴錨暗挖施工時對周圍土體的加固和一次襯砌又能使管網(wǎng)施工時的工作面穩(wěn)定，從而保證施工人員和管網(wǎng)的安全。在施工過程中，先采用潛埋暗挖法進(jìn)行隧道內(nèi)土體施工，在完成一次襯砌后，采用頂管法將管道敷設(shè)于隧道內(nèi)，并在一次襯砌和管道間注入防水材料，形成穩(wěn)定可靠的管道復(fù)合結(jié)構(gòu)。

3 施工方法

3.1 周圍土體加固及一次襯砌施工

1)超前小導(dǎo)管注漿對周圍土體加固。在土體開挖前，需對周圍土體進(jìn)行注漿加固，加固流程如圖1所示。

2)隧道內(nèi)土方開挖。結(jié)合本次管道施工的特點，土方開挖選擇短臺階法人工進(jìn)行挖方，隧道土體上臺階開挖高度受圓形格柵拼裝面位置和人員操作空間約束。其工藝流程如圖2所示。

施工過程的注意事項：a.隧道出土前首先確認(rèn)已注漿加固的拱部土體的穩(wěn)定狀況；b.開挖過程中應(yīng)嚴(yán)格遵循“管超前，嚴(yán)注漿，短開挖，強(qiáng)支護(hù)，勤量測，快封閉”的十八字方針；c.隧道開挖過程，通過監(jiān)控量測發(fā)現(xiàn)變形較大或出現(xiàn)局部坍塌時，要立即停止開挖，采用掌子面注漿、打鎖腳錨桿、密排格柵就位等措施來解決。

3)一次襯砌施工。一次襯砌采用凈空2.6 m圓形鋼筋混凝土錨噴結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)為鋼格柵(縱向連接筋)+鋼筋網(wǎng)片+噴射混凝結(jié)構(gòu)。噴射混凝土的粗細(xì)骨料、水泥、速凝劑等進(jìn)行進(jìn)場檢驗并對水泥和速凝劑進(jìn)行速凝效果檢驗，要求初凝時間不大于5 min，終凝時間不大于10 min。噴射混凝土的順序為：

a.按“送風(fēng)→開機(jī)→給料→待料噴完后方可停風(fēng)”的順序進(jìn)行；

b.覆蓋面混凝土層在開挖面暴露后立即進(jìn)行；

c.鋼架、網(wǎng)片等安裝完成后，先噴鋼架處，然后噴鋼架之間的混凝土，直至噴夠設(shè)計厚度，將鋼架完全覆蓋2 cm以上?，F(xiàn)場可用肉眼觀察和錘擊法進(jìn)行檢查。

3.2 頂管法施作二次襯砌

施工復(fù)合法施工時，管道作為噴錨暗挖的二次襯砌，提高了二次襯砌的整體性，同時使管道周圍土體加固并施作防水隔離層，使污水管在運行時更加穩(wěn)定可靠。噴錨暗挖施工挖除了隧道內(nèi)土體，使管道頂進(jìn)阻力減少，同時不用使用泥漿護(hù)壁，提高了頂管施工的效率。頂管施工最主要的控制內(nèi)容為：頂力計算、頂進(jìn)速度的控制。

1)頂力計算。頂管段頂進(jìn)距離較短，通常確定機(jī)械頂管總頂力，使用經(jīng)驗計算公式(1)：

P=NGL

(1)

其中，P為總頂力，m；G為單位長度管體自重,kN/m；N為土質(zhì)系數(shù)，本工程在隧道內(nèi)取1.5；L為頂距，m。

本次施工使用DN1 950 mm的混凝土管每節(jié)長為2 m，管重為3 690 kg/m，頂距L=11 m,則預(yù)測總頂力為：P=NGL=1.5×3 690×10×11=609 kN。

2)軌距計算。采用2根50 t頂鎬，借用新建4 m高檢查井(待強(qiáng)度達(dá)到100%)作為頂管后背。導(dǎo)軌選用重型鋼軌(32 kg)，兩鋼軌凈距按式(2)計算：

(2)

其中,A為導(dǎo)軌間距；D為管材外徑(2 400)；e為導(dǎo)軌距管道外壁凈距，取2 cm；h為導(dǎo)軌高程,取15 cm。

代入相關(guān)數(shù)據(jù)，得到本次施工導(dǎo)軌間距的計算值為1 072 mm。

3)二次襯砌后背注漿。二襯背后注漿管布置在拱頂及兩側(cè)，每斷面3根，縱向間距6.0 m。回填注漿材料選用水灰比為1∶0.4～1∶0.5的水泥漿，并在水泥中添加2%～3%MgO微膨脹劑?；靥钭{設(shè)備與超前小導(dǎo)管注漿設(shè)備相同。進(jìn)漿量應(yīng)小于50 L/min，注漿壓力根據(jù)實際情況確定，一般為0.3 MPa，達(dá)到或接近設(shè)計終壓后穩(wěn)壓10 min。

4)頂進(jìn)速度。頂管施工時的頂進(jìn)速度宜控制在30 mm/min～50 mm/min，入洞后的前5米以及糾偏時用較低速度，以后視管道頂進(jìn)時現(xiàn)場的情況適當(dāng)加快頂進(jìn)速度。

4 結(jié)語

本文根據(jù)工程特點，選取潛埋暗挖與頂管法復(fù)合施工技術(shù)進(jìn)行管道工程施工，通過工程實踐的檢驗，使用該施工方法可以同時發(fā)揮兩種施工方法的優(yōu)點。此施工工藝在場地受限的條件下，對管道進(jìn)行施工時，既能保證管道周圍土體的穩(wěn)定，又能在管道周圍施作防水隔離層，避免了單獨采用頂管法施工時接口處容易出現(xiàn)地下水滲漏等問題，同時采用潛埋暗挖法施作的一次襯砌形成閉合鋼筋混凝土保護(hù)層，可以有效的防止高壓地下水等不利因素對管道的沖擊。可對其他類似工程有借鑒意義。