徐宏亮 李坤

摘要 當(dāng)前，由于部分城市老城區(qū)道路建設(shè)年代久遠(yuǎn)，交通流量大，市政管道施工與交通壓力之間的矛盾日益突出，管道施工如采用傳統(tǒng)頂管工藝占地面積過大，影響交通正常運(yùn)行?；诖耍恼陆Y(jié)合實際案例，探究微型頂管在市政雨污分流管道施工中的應(yīng)用，詳細(xì)分析了微型頂管施工工藝流程、施工技術(shù)措施、進(jìn)出洞口措施等相關(guān)施工技術(shù)，可供類似工程參考。

關(guān)鍵詞 城區(qū)污水管道；雨污分流；地箭式工法；鋼制沉井；微型頂管

中圖分類號 TU992.21文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A文章編號 2096-8949（2024）06-0158-03

0 引言

雨污分流的實際作用是將雨水與污水相分離，雨水排放與污水排放分別使用彼此獨(dú)立的市政排水管網(wǎng)，減少雨水與污水的混合。一般情況下，城市雨水中的雜質(zhì)與污染物較少，只需要進(jìn)行簡單的加工處理就能直接排入水體，且不會對水體產(chǎn)生較大影響。污水的種類分為生活污水與工業(yè)污水兩大類，水體中含有氨、氮、磷以及各種有機(jī)污染物，這種類型的污水必須進(jìn)行集中整合后，排送至污水處理廠經(jīng)過凈水處理后才能排放至水體，如果不經(jīng)過凈化或處理不到位，會對當(dāng)?shù)氐乃Y源造成很大程度的污染[1]。雨污分流的設(shè)計、施工理念是根據(jù)雨水與污水的物理差別分別構(gòu)建兩套排水系統(tǒng)，使得二者能夠分別從獨(dú)立的排水系統(tǒng)中進(jìn)行排送。在這種情況下，通過市政雨污水管道分流改造工程的有效開展，加強(qiáng)污水處理廠污水處理負(fù)荷，從而達(dá)到更快捷、更高效地凈化污水的最終目的。

由于老城區(qū)道路狹窄、交通流量大、交通組織困難、地下管線復(fù)雜，在城區(qū)原有道路新建地下雨污水管道，采用微型頂管施工技術(shù)，具有占地面積小、施工速度快（單段50 m長度頂進(jìn)不超過2 d）、管道鋪設(shè)精度高（誤差±30 mm），相比傳統(tǒng)工藝頂管技術(shù)具有巨大優(yōu)勢。該文結(jié)合實際案例，闡述在老城區(qū)交通流量大，地下管線錯綜復(fù)雜條件下的雨污分流微型頂管管道施工。

1 工程概況

該工程為張涇街市政雨污分流管道改造項目，起點(diǎn)為蠡塘路交叉口南側(cè)，樁號ZJKO+032，終點(diǎn)為至和路交叉口車道邊，樁號ZJK0+796.96，路線全長764.96 m，沿線與葑亭大道相交。該工程雨水管采用HDPE雙壁波紋管（內(nèi)徑400 mm），DN600為承插式玻璃鋼夾砂管，全長744 m，窨井36座。雨水支管采用HDPE雙壁波紋管（內(nèi)徑300 mm），全長827 m，雨水邊井96座。

2 雨污分流管道施工要點(diǎn)

2.1 微型頂管施工工藝簡介

微型頂管地箭式工法通常情況是指管徑≤600 mm的頂管施工技術(shù)，早期技術(shù)來自德國和日本。分兩步施工作業(yè)，第一步前導(dǎo)管推進(jìn)貫通，第二步以前導(dǎo)管作導(dǎo)體，利用擴(kuò)大切削頭將管道往前推進(jìn)。地箭式施工方法又被分為標(biāo)準(zhǔn)式地箭工法和改良式地箭工法。標(biāo)準(zhǔn)式地箭工法由于機(jī)頭外徑大于管道，存在2～3 cm空隙，容易造成輕微沉降[2]。目前微頂基本采用改良式地箭工法，該方法頂管時擠土不需要擴(kuò)孔，管壁與周邊土層無空隙不存在沉降隱患。因此，改良式地箭工法成為微頂施工主流工藝。

2.2 施工設(shè)備選擇

根據(jù)該工程特點(diǎn)，搖管機(jī)型號為Φ2590型、Φ2090型，采用EX200型伸縮臂挖掘機(jī)作為挖土機(jī)械。頂管推進(jìn)系統(tǒng)選用參數(shù)外觀尺寸：1 950 mm（W）×1 200 mm（L）×850 mm（H），重量：2 250 kg，油壓缸：最高推力：80Ton×2；推進(jìn)速度：1 800～5 500 mm/min，行程：630 mm

×2、400 mm×2（兩段式推進(jìn)）；螺旋回轉(zhuǎn)裝置：扭力：850 kg/m、600 kg/m；轉(zhuǎn)速：20～50 RPM。

2.3 施工技術(shù)措施

2.3.1 現(xiàn)場管線勘測

該工程沿線存在大量管線，由于年代久遠(yuǎn)，部分管線資料缺失，因此采用超聲波結(jié)合物探的方法進(jìn)行詳細(xì)的地下管線復(fù)查，并對現(xiàn)況地物做詳細(xì)調(diào)查，復(fù)查內(nèi)容：

（1）交通、架空線路等。

（2）地下障礙物經(jīng)調(diào)查、探測修正補(bǔ)充到圖紙上，包括地下管線（污水、電信、上水、燃?xì)狻⑹性?、電力管線等）的種類、口徑、材質(zhì)、走向、標(biāo)高、位置、修建年代、運(yùn)行情況和所屬單位情況。

2.3.2 工作坑制作

（1）根據(jù)該工程地質(zhì)情況，工作井周圍環(huán)境及支護(hù)結(jié)構(gòu)的使用功能，采用Φ2090、Φ2590兩種型號鋼筒，當(dāng)管道直徑大于DN500時選用Φ2590鋼筒，當(dāng)管道直徑小于DN500時選用Φ2090鋼筒。每節(jié)鋼筒均工廠卷制成型，長度2 m、壁厚2 cm，施工現(xiàn)場根據(jù)設(shè)計深度將鋼筒焊接連接，為減小搖井時切土阻力，底節(jié)鋼筒切割成5 cm深度鋸齒形狀。同時為了監(jiān)控工作井施工對周圍土體的影響范圍，在工作井周邊共布置豎向位移、水平位移監(jiān)測點(diǎn)。施工前在設(shè)計位置人工開挖2 m探坑，避免道路下雜填物質(zhì)影響井筒垂直度，當(dāng)鋼筒沉底至設(shè)計標(biāo)高后將筒內(nèi)泥土挖出，取土至設(shè)計深度后立即采用水下C35混凝土封底，厚度為1 000 mm。

（2）工作坑在施工前，應(yīng)對施工區(qū)域范圍內(nèi)地下管線進(jìn)行詳細(xì)探摸，采用人工開挖“十”字探坑方式確認(rèn)搖井區(qū)域是否有管線。此外，還應(yīng)考慮周邊環(huán)境，如建構(gòu)筑物、樹木、架空線纜等，為后續(xù)吊裝施工創(chuàng)造條件。工作坑的尺寸宜大于鋼桶直徑至少0.3 m，以防止在搖井過程中接觸坑邊，增大下沉阻力，也極易造成鋼桶變形，影響垂直度。

（3）搖管機(jī)就位，鋼桶每節(jié)長度為2 m，搖井前，工作坑開挖1.7 m深度，放入第一節(jié)帶鋸齒的鋼桶，露出地面0.3 m，以方便搖管機(jī)夾緊裝置抱緊鋼桶。若施工場地為軟弱地面，需在鋼桶周邊鋪設(shè)鋼板，使搖管機(jī)連接挖機(jī)，并升起前輪，通過挖機(jī)推力，使搖管機(jī)置于鋼桶上方，調(diào)整好位置，夾緊鋼桶。

（4）搖管機(jī)就位后，裝入第二節(jié)鋼筒，通過調(diào)節(jié)搖管機(jī)夾緊轉(zhuǎn)動方向，使兩節(jié)鋼筒接口對齊，兩節(jié)鋼桶使用電焊焊接連接，焊接焊縫應(yīng)平順光滑飽滿且不小于8 mm，鋼桶之間密封連續(xù)焊接，采用360 °環(huán)向滿焊，要求焊縫處不得出現(xiàn)沙眼及氣孔。焊接完成后，搖管機(jī)與挖機(jī)油路連接，操控手柄，使搖管機(jī)抱緊鋼桶，勻速下沉，以此反復(fù)，直至達(dá)到設(shè)計標(biāo)高。鋼桶沉設(shè)過程中施工人員采用水平尺靠在鋼筒側(cè)壁控制鋼筒垂直下沉，在鋼筒井口設(shè)置4個水平監(jiān)測點(diǎn)，測量人員采用水準(zhǔn)儀每十分鐘監(jiān)測一次，使鋼筒井井口高差控制在100 mm以內(nèi)，垂直度控制在1/100。

（5）搖井到達(dá)設(shè)計標(biāo)高后，撤走搖管機(jī)，回填鋼桶周邊空隙，對井底及出入洞口土體進(jìn)行壓密注漿加固，加固厚度1 m。管道進(jìn)出洞口，加固范圍為管道軸線方向2 m，管外側(cè)上下各1.5 m的長方體范圍內(nèi)。

壓密注漿完成并達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度后，使用滑臂挖機(jī)開挖到設(shè)計標(biāo)高，澆筑C35水下混凝土進(jìn)行封底，并振搗密實。

2.3.3 安裝加固后靠背

后靠背安裝是關(guān)系到頂管軸線偏差的關(guān)鍵，因此安裝時應(yīng)進(jìn)行反復(fù)測量糾偏避免頂進(jìn)時受力產(chǎn)生偏心受壓，后背與機(jī)臺加固牢靠后才能進(jìn)行頂管施工。其安裝容許偏差為水平扭轉(zhuǎn)度：0.1%L，垂直度：0.1%H，其中符號H為后靠背的高度，符號L為后靠背的寬度[3]。

2.3.4 架設(shè)機(jī)臺及安裝經(jīng)緯儀

安裝激光經(jīng)緯儀、推進(jìn)機(jī)臺、底座和推進(jìn)設(shè)備，推進(jìn)設(shè)備是微頂設(shè)備機(jī)械中的核心設(shè)備，因此該項目油缸系統(tǒng)均采用進(jìn)口液壓油缸以確保頂進(jìn)力反作用面的牢固性。機(jī)臺安裝前，底板底座槽鋼焊接需牢固、水平，底板安裝也要保證水平度，誤差控制在0～3 mm。機(jī)臺安裝后靠背需與鋼桶壁貼牢，縫隙處用三角鐵填實焊接牢固，保證機(jī)臺在頂進(jìn)過程中的穩(wěn)定性。安裝經(jīng)緯儀要保證軸線及高程位置，設(shè)置好坡度及正反坡方向。

2.3.5 頂進(jìn)先導(dǎo)管

先導(dǎo)管擬采用直徑φ114 mm中空鋼管，通過萊卡激光經(jīng)緯儀隨時隨地進(jìn)行觀察和調(diào)整操作，通過激光經(jīng)緯儀可以精準(zhǔn)地按照預(yù)定的路線和流水坡度進(jìn)行頂進(jìn)。先導(dǎo)管每節(jié)長0.75 m，頂進(jìn)采用接力方法，即每完成一節(jié)，油缸后退，再進(jìn)行下一節(jié)接力的模式。

先導(dǎo)管箭頭形式為斜面箭頭樣式，箭頭后面有兩個隔斷板，是為了防止在前道先導(dǎo)管頂進(jìn)過程中，土壤由箭頭進(jìn)入先導(dǎo)管與出泥鋼管。箭頭背后有測量標(biāo)靶，標(biāo)靶以亮燈的方向，表示先導(dǎo)管箭頭斜面方向，利用工作井內(nèi)經(jīng)緯儀觀測標(biāo)靶，扭力轉(zhuǎn)動控制箭頭方向。

前導(dǎo)管最前端為導(dǎo)向鉆頭，由內(nèi)管和外管構(gòu)成，施工中利用導(dǎo)向鉆頭的斜面調(diào)整行進(jìn)方向。前導(dǎo)管的頂進(jìn)設(shè)備有箭頭、導(dǎo)向鉆頭、黑管、出土螺旋桿裝置以及過渡接頭。萊卡激光經(jīng)緯儀安裝、設(shè)定完成后，開始先導(dǎo)管頂進(jìn)施工。導(dǎo)向施工時，采用萊卡經(jīng)緯儀的目鏡十字絲中心位置對準(zhǔn)導(dǎo)向箭頭綠燈，隨時專人進(jìn)行觀察，當(dāng)微頂頂進(jìn)作業(yè)激光經(jīng)緯儀目鏡十字絲中心偏離綠燈時，應(yīng)立即調(diào)整導(dǎo)向箭頭前端的斜面方向，通過工作坑推進(jìn)臺的頂進(jìn)進(jìn)行調(diào)整、糾偏。導(dǎo)向管按設(shè)定坡度頂進(jìn)至接收井后，立即卸下導(dǎo)向箭頭，開始連接黑管。由于崇明地區(qū)地層含沙量大，所以需提前查閱地勘資料，在黑管頂進(jìn)過程中需要在過渡接頭處加裝部分注水孔，頂進(jìn)作業(yè)時注水孔注入膨潤土注漿減阻。

2.3.6 頂進(jìn)黑管

先導(dǎo)管頂進(jìn)完成后開始連接黑管，頂進(jìn)黑管。頂進(jìn)前需提前安裝止水鏡面框，目的是防止在頂進(jìn)過程中泥沙流入作業(yè)坑導(dǎo)致水土流失。進(jìn)洞前先檢查黑管公母頭是否有損傷，螺紋是否完整，如有問題立即更換。頂進(jìn)黑管過程中需不間斷地注入潤滑泥漿，達(dá)到減阻的作用。黑管推進(jìn)至接收坑后，開始安裝機(jī)頭慢慢推入工作井洞內(nèi)，后續(xù)安裝油管設(shè)備、高壓水管、尾端加裝轉(zhuǎn)接頭后連接頂管機(jī)頭，機(jī)頭后面連接樹脂混凝土主管（樹脂混凝土管每節(jié)長1 m）然后頂進(jìn)。

2.3.7 樹脂混凝土管道頂進(jìn)

樹脂混凝土管推進(jìn)速度應(yīng)根據(jù)推力的大小進(jìn)行控制，保證推力在允許范圍內(nèi)。遇長距離頂管（≥50 m）、土層含砂量大時，砂層容易黏附在樹脂混凝土管外壁，造成“抱管”現(xiàn)象，此時推進(jìn)阻力將變大。施工前應(yīng)認(rèn)真查閱地勘資料，在含砂層大的地層應(yīng)提前進(jìn)行施工部署，可使用專用的添加劑（膨潤土+泥漿王）與水按比例配置成泥漿，起到潤滑外壁作用，防止砂層黏附出現(xiàn)“抱管”現(xiàn)象。在頂進(jìn)過程中，依次循環(huán)完成每節(jié)管道重復(fù)推進(jìn)及回縮，每次頂進(jìn)一節(jié)樹脂混凝土管，接收井拆卸一節(jié)出土管。

樹脂混凝土管頂進(jìn)施工前，仔細(xì)檢查管道是否有質(zhì)量缺陷，頂進(jìn)過程中時刻關(guān)注頂力及扭力變化，觀察接收井出土螺旋管的出漿量，調(diào)節(jié)頂力大小及速度，使管道勻速前進(jìn)。

2.3.8 拆除管路

管道施工完成后，機(jī)頭進(jìn)入接收井內(nèi)拆除吊起，管壁立即采用水泥進(jìn)行封堵，避免空隙處漏水漏泥導(dǎo)致管道接口處脫節(jié)及周邊沉降。

2.4 其他技術(shù)措施

（1）進(jìn)出洞是微型頂管成敗的關(guān)鍵，應(yīng)嚴(yán)格控制開孔大小，依據(jù)施工步驟可分為導(dǎo)向施工（開孔尺寸為12 cm）、黑管施工（開孔尺寸23 cm）、樹脂混凝土管施工（比相應(yīng)的機(jī)頭外徑大4 cm）。鋼筒井壁開孔時孔口容易漏水漏泥造成水土流失、管道脫節(jié)或路面沉降引發(fā)事故，因此需要加裝特制止水鏡面框。鏡面框止水環(huán)結(jié)構(gòu)選用鋼法蘭加壓板夾裝2 cm厚橡膠止水圈環(huán)，橡膠環(huán)應(yīng)具有較高的拉伸率、耐磨性和硬度，永久性變形≤10%，鋼材選用Q235優(yōu)質(zhì)鋼材。安裝固定好后，鋼護(hù)筒內(nèi)壁和鋼環(huán)板滿焊固定。

（2）頂管管材采用樹脂混凝土管，管徑為DN600。管材生產(chǎn)可采用立式振動工藝澆筑，抗?jié)B標(biāo)號S8。產(chǎn)品出廠前強(qiáng)度應(yīng)不低于設(shè)計強(qiáng)度的95%。管節(jié)標(biāo)準(zhǔn)長度為1 m，質(zhì)量應(yīng)符合《玻璃纖維增強(qiáng)塑料頂管》（GB/T 21492—2019）相關(guān)要求，設(shè)計最大允許頂力1800kN。管材防腐應(yīng)在出廠前做好。管道接口采用柔性接口，采用的橡膠圈材料應(yīng)達(dá)到《橡膠密封件給排水管及污水管道用接口密封圈材料規(guī)范》（GB/T 21873—2008）所規(guī)定的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

（3）為防止井底土質(zhì)不好造成鋼筒下沉，在施工前應(yīng)對井底5 m深度范圍內(nèi)進(jìn)行注漿處理，寬度為井周外擴(kuò)1 m。注漿技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)符合以下要求：①注漿材料為水泥，采用強(qiáng)度等級為42.5 MPa普通硅酸鹽水泥，水泥漿水灰比為1∶1，水泥攪拌時間要求大于60 s。②注漿壓力大小視鉆孔深度、土的滲透性及水泥漿的稠度而定，一般為0.2～0.6 MPa。③注漿量過大時可采用二次注漿，適當(dāng)摻入水玻璃，摻量為水泥重量的2%～5%。④注漿時應(yīng)重點(diǎn)對既有構(gòu)筑物、鄰近建筑、管線和地面的沉降、位移和裂縫進(jìn)行監(jiān)測。⑤單孔注漿結(jié)束的標(biāo)準(zhǔn)：每分鐘注入漿液小于0.4 L，延續(xù)20 min，且每延米注漿水泥用量不小于0.2 t。⑥注漿應(yīng)采用分層注漿方式，每層不大于0.5 m。

3 微型頂管技術(shù)注意事項及采取相關(guān)技術(shù)措施

3.1 注意地下管線及相關(guān)障礙物

在頂管機(jī)頂進(jìn)之前，如有必要可對頂進(jìn)路線范圍內(nèi)的地下情況進(jìn)行詳勘及補(bǔ)探，詳細(xì)摸清地下各管線、障礙物等設(shè)施的高程、平面位置等關(guān)系，避免頂管施工碰撞其他管線或地下構(gòu)筑物，造成經(jīng)濟(jì)損失或發(fā)生安全事故，延誤施工進(jìn)度；在液壓油缸工作過程中，如壓力表數(shù)值突然持續(xù)增大，但頂推進(jìn)尺卻較小，應(yīng)立即暫停頂進(jìn)作業(yè)，立即核對地下管線物探資料及設(shè)計方案，查明原因后，方可繼續(xù)施工，避免造成導(dǎo)向頭斷裂等事故發(fā)生。

3.2 工作井及周邊路面變形監(jiān)測

頂進(jìn)的過程中委派專人對工作井及周邊道路、地面構(gòu)筑物等設(shè)施進(jìn)行每日多頻次的監(jiān)測。重點(diǎn)監(jiān)測周邊構(gòu)筑物位移觀測、鋼護(hù)筒頂水平（豎向）位移觀測、施工周邊地下井室內(nèi)管線有無異常等。

3.3 異常情況的判別和對策

依據(jù)有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、計算數(shù)據(jù)及設(shè)計文件。在監(jiān)測過程中，觀測值若達(dá)到了基準(zhǔn)值的70%，應(yīng)加大觀測頻率，并記錄數(shù)據(jù)。當(dāng)監(jiān)測數(shù)據(jù)達(dá)到或超過基準(zhǔn)值時，應(yīng)立刻停止作業(yè)，報告監(jiān)理，同時按照頂管前審批通過的應(yīng)急預(yù)案予以“三級響應(yīng)”，提出解決方案進(jìn)行補(bǔ)救，待修正好參數(shù)無異常后方可繼續(xù)施工（如表1所示）。

4 結(jié)語

綜上所述，通過對微型頂管施工技術(shù)在市政雨污分流工程中的應(yīng)用進(jìn)行研究，總結(jié)了其技術(shù)要點(diǎn)：

（1）工程實踐表明，在城區(qū)采用微頂施工占地面積小、交通影響少，適合城區(qū)重交通流量道路施工。

（2）項目在施工階段，采用了微頂改良式地箭法施工工藝，至工程結(jié)束未出現(xiàn)周邊道路沉降、建筑下沉等問題。

（3）工程實踐表明，一段井位微頂施工從搖井開工至微頂結(jié)束，工期不超過10 d，與傳統(tǒng)頂管從工法圍護(hù)至頂管結(jié)束，施工速度優(yōu)勢明顯。

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