陳彬皓

（中國市政工程中南設(shè)計(jì)研究總院有限公司南京分院，江蘇 南京 210000）

0 引言

隨著城市化進(jìn)程的加速推進(jìn)，當(dāng)面對曲率半徑較小或多種曲線組合的復(fù)雜地形時(shí)，傳統(tǒng)頂管施工技術(shù)的施工難度會(huì)顯著增加。這可能導(dǎo)致施工進(jìn)程受阻，甚至無法順利進(jìn)行，從而影響整個(gè)工程的進(jìn)度和效率。在軟土地層等地質(zhì)條件較差的區(qū)域，傳統(tǒng)頂管施工容易發(fā)生偏差。一旦發(fā)生偏差，糾偏工作會(huì)變得相當(dāng)困難，不僅增加了施工成本，還可能對管道造成不均勻沉降等損害，進(jìn)而影響其使用壽命和安全性導(dǎo)致結(jié)果難以符合預(yù)期。在施工中，鄧婷等[1]通過非開挖或微開挖的方式，實(shí)現(xiàn)了對地下管道的精準(zhǔn)安裝與調(diào)試，有效避免了大規(guī)模開挖對城市交通和居民生活的影響。夏洋洋等[2]采用皮帶輸送機(jī)進(jìn)行土壤的輸送，頂管機(jī)的累積頂進(jìn)長度已經(jīng)超過 400m。朱衛(wèi)杰等[3]引進(jìn)頂管機(jī)，實(shí)現(xiàn)了曲線頂管的頂進(jìn)施工，曲線的形狀向著復(fù)雜化的方向發(fā)展。王焱等[4]運(yùn)用土壓平衡頂管機(jī)應(yīng)用于給排水工程，在整個(gè)頂進(jìn)過程中，各個(gè)監(jiān)測點(diǎn)的沉降都在允許的范圍內(nèi)。因此，長距離頂管施工技術(shù)的出現(xiàn)，克服了傳統(tǒng)施工方法的諸多弊端，更為城市給排水管道的建設(shè)提供了全新的解決方案。為此現(xiàn)階段，以市政道路給排水管道長距離頂管施工技術(shù)為研究目標(biāo)，結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行分析與檢測。

1 長距離頂管施工技術(shù)

1.1 選擇施工材料與設(shè)備

在市政道路給排水管道長距離頂管施工中，考慮到現(xiàn)場地質(zhì)條件的復(fù)雜性，特別是遇到碎石層等硬層時(shí)，沖管機(jī)切割頭的調(diào)整必須進(jìn)行調(diào)整。隨著時(shí)間的推移進(jìn)行調(diào)整。根據(jù)地質(zhì)特點(diǎn)，適配管材頂進(jìn)機(jī)切割頭，提高頂進(jìn)效率[5]。由于施工過程中可能會(huì)出現(xiàn)磨損，因此刀盤外圈必須添加優(yōu)質(zhì)合金鋼耐磨刀具，以保證工程順利進(jìn)行。切割頭在土壤中旋轉(zhuǎn)，特別是在礫石層中，會(huì)不斷地與土壤中的硬質(zhì)顆粒發(fā)生摩擦，從而導(dǎo)致刀具磨損更快。耐磨刀具與切削頭采用焊接連接，降低螺釘因沖擊而折斷的風(fēng)險(xiǎn)，提高刀具的穩(wěn)定性和使用壽命。具體改造后如圖1 所示。

圖1 頂管機(jī)刀盤改造圖

增加耐磨刀具的數(shù)量可以進(jìn)一步分散磨損，延長刀具壽命。同時(shí)，在頂進(jìn)管材施工中，頂進(jìn)管材所選用的材料必須具有較高的強(qiáng)度和耐久性。其次，管材頂進(jìn)材料應(yīng)具有良好的密封性能。選擇帶有橡膠密封件的材料，以確保管道系統(tǒng)良好的密封。管道頂進(jìn)材料還應(yīng)耐腐蝕[6]。給水和污水系統(tǒng)中可能存在各種腐蝕性介質(zhì)，會(huì)引起管道材料的腐蝕，從而影響管道的使用壽命和穩(wěn)定性。因此，選擇具有防腐涂層的管道，以抵抗腐蝕，保證管道長期穩(wěn)定運(yùn)行。在鋼材的選擇上，應(yīng)考慮采用高強(qiáng)度鋼材，以滿足施工時(shí)的應(yīng)力和荷載要求。對于鋼管的接頭，應(yīng)注意密封設(shè)計(jì)，防止廢水泄漏。選擇混凝土材料時(shí)，應(yīng)采用高強(qiáng)混凝土，使管道有足夠的強(qiáng)度承受地下水壓力和土壤荷載。通過優(yōu)化外加劑的配比和使用，可以提高混凝土的耐腐蝕和耐磨性能。連接管道時(shí)，塑料管選用聚氯乙烯，既能滿足系統(tǒng)的壓力要求，又具有良好的連接密封性，避免泄漏問題。

1.2 管道頂進(jìn)糾偏

在項(xiàng)目現(xiàn)場，準(zhǔn)確標(biāo)記出頂出井和儲(chǔ)存井的施工位置。開始局部土方開挖，并在開挖的坑內(nèi)搭設(shè)模板，為后續(xù)混凝土澆筑做準(zhǔn)備。井的結(jié)構(gòu)是通過分幾個(gè)階段的澆鑄逐漸形成的[7]。使用葉片底部作為澆注起點(diǎn)，可確保井結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和強(qiáng)度。待混凝土強(qiáng)度超過設(shè)計(jì)強(qiáng)度的80%后，繼續(xù)澆筑井壁上部混凝土結(jié)構(gòu)，保證整個(gè)井道結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和穩(wěn)定性?；炷翝仓戤吅?，進(jìn)行養(yǎng)護(hù)操作，確?；炷吝_(dá)到預(yù)期強(qiáng)度?；炷两Y(jié)構(gòu)中的缺陷和損壞區(qū)域已得到修復(fù)?；炷翉?qiáng)度超過設(shè)計(jì)強(qiáng)度 85%后，安裝起重設(shè)備，開始頂進(jìn)作業(yè)。為了確定管道沖孔斷面的單位長度，需要將給排水管道沖孔結(jié)構(gòu)區(qū)域劃分為若干單元，以便分步完成管道沖孔作業(yè)。

首先將給水、排水管道順利鋪設(shè)在基坑導(dǎo)軌上，然后啟動(dòng)沖孔設(shè)備，繼續(xù)挖掘隧道并吊裝管道。將第一段管子推至設(shè)計(jì)位置后，必須測量并調(diào)整管子的水平位置和高度，然后將提升裝置切換到回油模式。接下來，重復(fù)上述操作，繼續(xù)吊裝剩余的水管和排水管，直至整個(gè)吊裝作業(yè)完成。然后清理管道內(nèi)的灰塵和污垢，并精確對準(zhǔn)相鄰管段的噴嘴，使這些單元段可以連接成一個(gè)整體的管道結(jié)構(gòu)[8]。

為了降低作業(yè)難度，保證一次完成頂管作業(yè)，必須采取設(shè)立中繼站和注水減少阻力兩項(xiàng)技術(shù)措施。但在給排水管道打孔施工過程中，由于管道打孔距離較長，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)打孔方向偏移的情況。如果不能及時(shí)解決偏移問題，將會(huì)影響施工質(zhì)量。因此，在制定施工方案時(shí)應(yīng)采取頂進(jìn)糾偏措施，同時(shí)對整個(gè)吊裝過程進(jìn)行監(jiān)控。一旦檢測到偏差，應(yīng)根據(jù)偏差值采取適當(dāng)?shù)拇胧＞唧w來說，當(dāng)沖管軸線偏差不超過40mm 時(shí)，通常采用開挖修正法，即對沖管一側(cè)土體進(jìn)行過度開挖，而另一側(cè)則限制或不進(jìn)行開挖作業(yè)。從而調(diào)整管道的軸線位置[9]。當(dāng)立管偏差超過40mm 時(shí)，可對千斤頂?shù)纳踢M(jìn)行修正。千斤頂糾偏是在推管開挖側(cè)端壁安裝千斤頂，規(guī)格控制在5 ～10t 之間。在隨后的推送過程中，第一管段逐漸回到設(shè)計(jì)位置，并多次完成管偏的修正。通過這些措施，可以保證上水、下水管道的推進(jìn)順利進(jìn)行，滿足預(yù)期的質(zhì)量和施工進(jìn)度要求。

1.3 中繼間布置

在實(shí)際應(yīng)用中，必須設(shè)置至少一個(gè)中繼間。應(yīng)根據(jù)管道吊裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的總吊力、主吊的供電能力、管道的抗壓強(qiáng)度和后墻的承載能力進(jìn)行評估，確定是否需要設(shè)置中繼間[10]。中繼間不僅要承擔(dān)頂進(jìn)時(shí)的正面阻力，還要減少頂進(jìn)管道的摩擦阻力。因此，根據(jù)中繼間的頂進(jìn)能力和前管的摩擦阻力來確定布置位置。采用排土頂進(jìn)式掘進(jìn)機(jī)頂進(jìn)，在頂進(jìn)過程中，頂管推進(jìn)的頂力計(jì)算公式為：

公式中：F為刀具正面阻力；D為頂管外徑；p為控制土壓力；f0 為摩擦力；L為管道長度。計(jì)算完成一次頂進(jìn)過程所需的最大頂推力，當(dāng)總頂推力大于管道允許頂力工作井的承受范圍時(shí)，設(shè)置中繼間來進(jìn)行過渡，這樣能夠保證長距離頂管工程安全施工。在施工過程中，通過將頂進(jìn)管線分段，并采用不間斷頂進(jìn)的方式，來延長頂進(jìn)距離。然后，根據(jù)現(xiàn)場情況判斷是否繼續(xù)布置中繼間。如果管道長度加上主千斤頂能夠頂進(jìn)的最大距離在總頂進(jìn)距離范圍內(nèi)，則不需要繼續(xù)布置中繼間[11]。否則，就需要根據(jù)具體情況繼續(xù)進(jìn)行。在實(shí)際施工過程中，還需要根據(jù)現(xiàn)場的具體情況對中繼間的位置進(jìn)行調(diào)整。在頂進(jìn)距離較長的情況下，可以在使用中繼間后備用一個(gè)，以防止中繼間損壞造成工程進(jìn)度拖延。同時(shí)，根據(jù)管節(jié)的長度對中繼間的布置位置進(jìn)行微調(diào)，以達(dá)到最佳的頂進(jìn)效果。通過合理的中繼間布置，可以確保頂管施工的順利進(jìn)行，提高施工效率和質(zhì)量。

2 實(shí)例分析

2.1 工程概況

該工程位于某市污水管網(wǎng)工程某標(biāo)段，標(biāo)段的工程樁號范圍為3K+420 ～4K+152，全長1 023m。主要管道直徑有D1010、D1020 和D1050。在此區(qū)間設(shè)置了12 座沉井，其中包括8 座工作井，并使用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。關(guān)于頂進(jìn)區(qū)間的詳細(xì)信息，具體如表1 所示：

表1 頂進(jìn)區(qū)間分布情況

根據(jù)實(shí)際情況，工程中的頂進(jìn)段屬于長距離頂管，能夠適應(yīng)復(fù)雜的地層變化。結(jié)合施工現(xiàn)場的地質(zhì)條件，選擇既滿足施工需求又不會(huì)影響周邊環(huán)境的機(jī)械頂管設(shè)備。同時(shí)，選擇具有較強(qiáng)抗腐蝕性能的頂管材料，根據(jù)設(shè)計(jì)要求做好直徑和管節(jié)的管理，確保管道的施工質(zhì)量。門式起重機(jī)選用20t，為了保持土壓力的控制，需要將頂進(jìn)速度調(diào)節(jié)在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。初始頂進(jìn)時(shí)，必須進(jìn)行反復(fù)測試。根據(jù)地面沉降確定控制土壤排放量程度，并嚴(yán)格監(jiān)控每段管道產(chǎn)生的實(shí)際土壤量。電機(jī)電流控制在50A 以內(nèi)時(shí)頂管機(jī)能夠正常啟動(dòng)。

為了驗(yàn)證本文施工技術(shù)的適用性，對市政道路給排水管道的頂管工程進(jìn)行合理監(jiān)測。采用RGE124 智能測斜儀進(jìn)行深層土體水平位移測定。在工作井前將測斜管埋入支護(hù)土體中，使得導(dǎo)向輪卡在測斜管內(nèi)，連續(xù)測定測斜管的水平位移變化。校準(zhǔn)測斜管方位時(shí)，應(yīng)垂直基坑邊安裝。在監(jiān)測過程中，自下而上間隔30cm進(jìn)行拉線讀數(shù)，根據(jù)測斜儀與拉線之間的角度變化，獲得不同深度中的水平位移。當(dāng)水平位移變化在14mm 之內(nèi)時(shí)，能夠滿足具體的施工要求。

2.2 結(jié)果與分析

設(shè)置5 個(gè)測試小組，運(yùn)用本文施工技術(shù)進(jìn)行頂管工程施工，通過測斜儀測量不同深度部位的水平位移情況。在雙向觀測后，得到具體結(jié)果如圖2 所示。

圖2 水平位移監(jiān)測結(jié)果

由圖中結(jié)果可知，5 個(gè)小組監(jiān)測到的水平位移均在10 ～14mm 范圍內(nèi)，結(jié)果符合預(yù)期設(shè)定。說明運(yùn)用本文施工技術(shù)應(yīng)用后能夠有效控制水平位移在預(yù)定范圍內(nèi)，進(jìn)一步體現(xiàn)了其在實(shí)際工程應(yīng)用中的實(shí)用性。土體水平位移變化比較穩(wěn)定，頂管施工后期，整個(gè)監(jiān)測期間測量值在規(guī)定范圍之內(nèi)，達(dá)到了良好的施工效果。

同時(shí)，為了驗(yàn)證本文施工技術(shù)的可靠性，需要對支護(hù)結(jié)構(gòu)側(cè)的土壓力進(jìn)行監(jiān)測。首先選定圍護(hù)樁，并在每隔3m 的間距處埋設(shè)土壓力計(jì)。埋設(shè)土壓力計(jì)需朝向基坑的外側(cè)，以確保準(zhǔn)確監(jiān)測準(zhǔn)確。同時(shí)，測線需直接引出至地面，探井需進(jìn)行分層夯實(shí)回填。在監(jiān)測過程中，采用RT455 型頻率測定儀在基坑開挖后進(jìn)行監(jiān)測，圍護(hù)樁受到周圍土體的側(cè)向壓力。根據(jù)事先標(biāo)定的測力計(jì)應(yīng)力與頻率之間的關(guān)系，通過測得頻率計(jì)算具體的應(yīng)力值。在測量土壓力時(shí)，根據(jù)率定曲線將土壓力計(jì)的頻率計(jì)算為壓力計(jì)所受到的力，從而得到準(zhǔn)確的土壓力數(shù)據(jù)。根據(jù)支護(hù)樁結(jié)構(gòu)側(cè)土壓力的變化情況，得到具體如表2 所示。

表2 支護(hù)結(jié)構(gòu)側(cè)土壓力

由表中結(jié)果可知，經(jīng)過10 次測試得到的土壓力結(jié)果均在25.4 ～25.9kPa 之間。這樣能夠滿足具體的土壓力范圍，使得施工結(jié)果達(dá)到預(yù)期。說明運(yùn)用本文施工技術(shù)能夠使得支護(hù)結(jié)構(gòu)側(cè)面的土壓力分布規(guī)律合理，控制土壓力大小滿足要求，減少異常情況的發(fā)生。通過不斷加強(qiáng)支護(hù)結(jié)構(gòu)的監(jiān)測，確保支護(hù)結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)定，加強(qiáng)現(xiàn)場排水措施，降低地下水位，使得土壓力對頂管工程支護(hù)結(jié)構(gòu)的影響最小。這樣不僅能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理安全隱患，還能夠提升頂管工程的施工質(zhì)量。

綜上所述，市政道路給排水管道長距離頂管施工技術(shù)能夠更好達(dá)到要求的施工效果。在施工過程中，充分考慮地質(zhì)條件以及管道使用要求，應(yīng)用本文技術(shù)來確保管道的穩(wěn)固性和耐久性。通過科學(xué)規(guī)劃，長距離頂管施工技術(shù)能夠高效地完成市政道路的給排水管道建設(shè)任務(wù)，為城市的排水系統(tǒng)和供水系統(tǒng)提供穩(wěn)定可靠的基礎(chǔ)設(shè)施支持。

3 結(jié)論

本次研究從頂管施工出發(fā)，深入分析施工的有關(guān)問題，從而完成對于市政道路給排水管道長距離頂管的關(guān)鍵技術(shù)研究。針對市政管路施工，在保證工程質(zhì)量的同時(shí)，不斷增加施工進(jìn)度，實(shí)例證明：

（1）無論是泥質(zhì)地層、硬土地層還是砂礫地層，它都能有效應(yīng)對，使得施工范圍更加廣泛，確保了管道的穩(wěn)定運(yùn)行和長久使用；

（2）頂管施工技術(shù)對施工工程路況的要求較低，能夠在各種復(fù)雜路況中順利施工，表現(xiàn)出強(qiáng)大的適應(yīng)性和靈活性；

（3）本文方法中還存在著不足，比如管道設(shè)計(jì)的精細(xì)度有待提升，頂進(jìn)導(dǎo)軌的布設(shè)問題，水準(zhǔn)儀校正等問題。今后應(yīng)更加完善方法，使其更加具有廣泛的適用性和實(shí)用性。