摘要：傳統(tǒng)的市政給排水管網(wǎng)施工方法，會(huì)使管道彎曲程度變大，變得不穩(wěn)定。為減少這類現(xiàn)象的發(fā)生，提出了市政給排水管網(wǎng)超大直徑鋼頂管施工方法，將超大直徑鋼頂管施工技術(shù)應(yīng)用于市政給排水管網(wǎng)工程項(xiàng)目中。選擇市政給排水管網(wǎng)超大直徑鋼頂管設(shè)備，安裝頂管導(dǎo)軌及千斤頂，在安裝過程中對(duì)鋼頂管坡口進(jìn)行焊接，并對(duì)鋼頂管注漿，從而實(shí)現(xiàn)市政給排水管網(wǎng)超大直徑鋼頂管施工。根據(jù)工程概況和實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備工作進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)試，結(jié)果證明，超大直徑鋼頂管施工方法在彎曲程度方面表現(xiàn)更為平穩(wěn)，能確保管道的整體質(zhì)量和穩(wěn)定性。該技術(shù)將為城市的給排水系統(tǒng)建設(shè)帶來更多的便利和效益。

關(guān)鍵詞：給排水管網(wǎng)；超大直徑；鋼頂管施工；坡口焊接；施工技術(shù)

中圖分類號(hào)：TU745"" 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A"" 文章編號(hào)：2096-2118（2024）06-0106-05

Construction Technology of Super-Large Diameter Steel Pipe Jacking

of Municipal Water Supply and Drainage Pipe Network

CAO Bei，GUAN Xiao

（China Design Group，Nanjing Jiangsu 210001，China）

Abstract：The traditional construction method of municipal water supply and drainage pipe network will make the bending degree of the pipe larger and become unstable.In order to reduce the occurrence of this phenomenon，the construction method of super large diameter steel pipe jacking of municipal water supply and drainage pipe network is put forward，and the construction technology of ultra-large diameter steel pipe jacking is applied to municipal water supply and drainage pipe network project.Select the large-diameter steel pipe jacking equipment of the municipal water supply and drainage network，install the pipe jacking guide rail and jack，weld the steel pipe jacking groove during the installation process，and grouting the steel pipe jacking，so as to realize the large-diameter steel pipe jacking construction of the municipal water supply and drainage network.Carry out the experimental test according to the engineering overview and the experimental preparation work，the results prove that the construction method of super-large diameter steel pipe jacking is more stable in the bending degree，which can ensure the overall quality and stability of the pipe.This technology will bring more convenience and benefits to the construction of urban water supply and drainage system.

Keywords：water supply and drainage network；large diameter；steel pipe jacking construction；groove welding；construction technique

0 引言

市政給排水管網(wǎng)是城市基礎(chǔ)設(shè)施中不可或缺的一部分，它負(fù)責(zé)處理城市污水和雨水的排放，確保城市環(huán)境良好和穩(wěn)定。然而，隨著城市人口的不斷增長(zhǎng)和城市化進(jìn)程的加快，傳統(tǒng)的管道施工方法已經(jīng)無法滿足超大規(guī)模管道的需求。市政給排水管網(wǎng)超大直徑鋼頂管施工技術(shù)因其出色的特性而備受青睞。超大直徑鋼頂管施工技術(shù)的主要特點(diǎn)在于其能夠承受高壓和大流量的要求，同時(shí)擁有優(yōu)良的耐腐蝕性和耐久性。這種管道由高強(qiáng)度鋼制成，具有較大的內(nèi)徑，使得水流暢通無阻，減少流量損失和堵塞的風(fēng)險(xiǎn)。此外，鋼材的抗腐蝕性能夠延長(zhǎng)管道的使用壽命，減少維修和更換的頻率，為城市的可持續(xù)發(fā)展提供了支持。然而，市政給排水管網(wǎng)超大直徑鋼頂管施工技術(shù)也面臨著一些挑戰(zhàn)。首先，施工規(guī)模龐大，需要充分準(zhǔn)備和組織，包括地質(zhì)勘測(cè)、設(shè)計(jì)和施工計(jì)劃的制定。其次，施工過程需要借助大型機(jī)械設(shè)備和復(fù)雜的操作技術(shù)，要求施工人員具備豐富的經(jīng)驗(yàn)和專業(yè)知識(shí)。此外，施工過程還需要合理的施工方法和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)馁|(zhì)量控制措施，以確保管道的安全和可靠性[1]。

綜上所述，市政給排水管網(wǎng)超大直徑鋼頂管施工技術(shù)作為一項(xiàng)創(chuàng)新的技術(shù)手段，為城市給排水系統(tǒng)的建設(shè)帶來了新的發(fā)展機(jī)遇。通過其高壓承載能力、優(yōu)異的耐腐蝕性和耐久性，為城市提供了可靠和高效的水資源管理和環(huán)境保護(hù)。然而，其施工過程需要嚴(yán)格組織和管理，以確保施工質(zhì)量和安全。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和經(jīng)驗(yàn)的積累，市政給排水管網(wǎng)超大直徑鋼頂管施工技術(shù)將為城市的可持續(xù)發(fā)展做出更大的貢獻(xiàn)[2]。

1 市政給排水管網(wǎng)超大直徑鋼頂管施工設(shè)計(jì)

1.1 市政給排水管網(wǎng)超大直徑鋼頂管設(shè)備的選擇

鋼頂管施工是一種常見的地下工程方法，最顯著的特征是頂管施工與跨層地層的適應(yīng)性問題。為適應(yīng)不同土質(zhì)、不同施工條件、不同需求的工程，應(yīng)選擇適合地層的頂管施工設(shè)備。該項(xiàng)目中頂管主要通過推動(dòng)管道在粉質(zhì)黏土中前進(jìn)，形成所需的管道通道。這種土質(zhì)具有流塑性，高壓縮性，高靈敏度等特點(diǎn)，給施工過程帶來了一定的困難。此外，頂管過程中需穿越給排水管網(wǎng)，對(duì)排水控制要求極其嚴(yán)格。因此，在進(jìn)行市政給排水管道的長(zhǎng)距離頂管施工前，需要進(jìn)行頂力計(jì)算，根據(jù)計(jì)算結(jié)果選用適當(dāng)?shù)捻斶M(jìn)設(shè)備[3]，從而有效地提高施工效率和質(zhì)量，確保管道的安全性和可靠性。總頂力計(jì)算公式如下：

P=fwL+PF（1）

式（1）中：P為計(jì)算的總頂力，kN；f為頂進(jìn)時(shí)管道表面與周圍土層之間的摩擦系數(shù)，kN/m2（對(duì)于采取觸變泥漿減阻技術(shù)的按規(guī)范要求取值為 11 kN/m2～16 kN/m2，本工程選取16 kN/m2）；w為管道的外徑，m，取2.2 m；L為管道的計(jì)算頂進(jìn)長(zhǎng)度，m，取46 m；PF為頂進(jìn)時(shí)首節(jié)管道的迎面阻力[4]，kN/m2；其計(jì)算公式如下：

P=πDtR（2）

式（2）中：θ為弧形基礎(chǔ)支座角度，（°），通常為135°～180°；D為第一節(jié)管截土刀足平均直徑，m，取2.2 m；t為切削土壤用的刀腿厚度，m，取0.15 m；R為擠壓阻力，kN/m2，一般取300 kN/m2～500 kN/m2。根據(jù)上述公式得出，設(shè)備頂進(jìn)力為5 567.06 kN，采用2臺(tái)300 t的液壓頂管機(jī)即可滿足頂力要求。為導(dǎo)軌及千斤頂安裝做準(zhǔn)備。

1.2 頂管導(dǎo)軌及千斤頂安裝

1） 頂管導(dǎo)軌安裝的準(zhǔn)備工作。準(zhǔn)備好頂管導(dǎo)軌和連接件、鉛筆和紅線。確定安裝位置：使用量角器和鉛筆測(cè)量頂管導(dǎo)軌的安裝位置，并確定導(dǎo)軌的水平垂直位置。然后使用紅線將導(dǎo)軌的中心線標(biāo)記在墻上，以保證安裝位置的準(zhǔn)確性。固定導(dǎo)軌：使用打孔機(jī)在安裝位置打孔，并將螺絲安裝在墻上以固定頂管導(dǎo)軌。然后將頂管連接件安裝在導(dǎo)軌上，并使用螺絲刀將其擰緊[5]。

上導(dǎo)管導(dǎo)引器是用型鋼制作的，它將底板上的預(yù)埋件和鋼筋混凝土的底板焊接在一起。另外，在井壁上設(shè)置預(yù)埋件，待導(dǎo)引設(shè)備安裝好后，利用型鋼將其橫向支撐到井壁上。頂管施工時(shí)，要確保頂管施工順利進(jìn)行，施工過程中要確保施工質(zhì)量。

2） 頂管千斤頂安裝，將主千斤頂固定于頂管機(jī)上，其合力工作線與管道斷面中心線重合。油泵車及千斤頂應(yīng)保證油路筆直，轉(zhuǎn)角及連接處應(yīng)盡量減少，接口無漏水現(xiàn)象，安裝后應(yīng)進(jìn)行檢測(cè)。在頂進(jìn)施工過程中，要經(jīng)常維護(hù)、修理，并及時(shí)排除故障。后座主千斤頂裝置與鋼管之間設(shè)置頂鐵，頂鐵采用高強(qiáng)度鋼材焊接而成，具有足夠的強(qiáng)度和剛度，相鄰頂鐵應(yīng)順直，頂鐵安裝完成后其軸線應(yīng)與管道設(shè)計(jì)軸線重合，如圖1所示[6]。

綜上所述，完成頂管導(dǎo)軌及千斤頂安裝，為鋼頂管坡口的焊接奠定基礎(chǔ)。

1.3 鋼頂管坡口的焊接

根據(jù)頂管導(dǎo)軌及千斤頂安裝結(jié)果，管道的坡口形狀為“V”型，一側(cè)40°，上部為“V”型外部開口，下部為“V”型內(nèi)部開口，末端為陶瓷密封圈。坡口形式如圖2所示。

采用CO2氣體保護(hù)焊，單面焊接雙面成型。焊絲采用KFX-710C，CO2氣體純度≥99.5%。焊前將焊接接頭表面的油、銹等雜質(zhì)清除干凈，清除范圍以坡口邊緣計(jì)算應(yīng)gt;20 mm；焊接材料和工藝與焊縫相同。為保證焊接過程中無開裂現(xiàn)象，對(duì)焊的焊縫長(zhǎng)度為50 mm～100 mm，間隔為300 mm～350 mm。引弧和熄弧必須在坡口內(nèi)部和焊縫上完成，不能用明火點(diǎn)燃，否則會(huì)引起電弧刮傷。焊接時(shí)必須嚴(yán)格按規(guī)范進(jìn)行，不得擅自進(jìn)行任意改變。在焊接過程中，應(yīng)注意起弧和收弧質(zhì)量，分層焊時(shí)應(yīng)盡量將各層之間的搭接位置錯(cuò)開。每一道焊縫都需一次焊完，如因某種原因中斷，應(yīng)先檢查焊料層，然后再焊，確認(rèn)無裂紋，方可按原工藝要求焊接。管道焊接時(shí)，管內(nèi)應(yīng)防止貫穿風(fēng)，以免影響焊接質(zhì)量。對(duì)焊縫進(jìn)行檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)不符合要求的需進(jìn)行修補(bǔ)，同一部分最多修復(fù)兩次，并應(yīng)有返修措施。鋼管焊接區(qū)域如圖3所示[7]。

綜上所述，完成鋼頂管坡口的焊接。

1.4 針對(duì)鋼頂管注漿

在注漿過程中，采用環(huán)形壓漿管向節(jié)外側(cè)壁注入一定數(shù)量的減摩泥漿，利用多點(diǎn)對(duì)稱壓注，使泥漿在管節(jié)外壁和周圍土的空隙中均勻填充，降低接頭與土壤的摩阻，從而實(shí)現(xiàn)減阻。根據(jù)上述內(nèi)容，注漿量的計(jì)算公式如下：

V=KπH（3）

式（3）中：V為注漿量，L；K為管節(jié)外壁和周圍土體間的空隙常數(shù)；D-D1為每個(gè)注漿孔的距離cm；H為注漿高度，cm。

鋼頂管坡口焊接之后，鋼管外壁與地層之間具有較大的摩擦力，在鋼頂管施工中，用觸變液在鋼管表面涂覆一層漿液以降低內(nèi)外壁間的摩擦。為了確保注漿的效果，采用水泥凈漿作為漿體材料。在施工中采用水灰比為0.8的水泥凈漿，這種水泥凈漿具有較好的流動(dòng)性和穩(wěn)定性，可以在頂管施工過程中有效地滲透到土壤中，起到加固和穩(wěn)定的作用。此外，采用水泥凈漿可以提高頂管施工的效率和安全性，減少對(duì)周圍環(huán)境和地下水的影響[8]。因此，最終選擇了這種適合的漿體材料，為頂管施工提供了有力的保障。注漿管路布置如圖4所示。

注漿孔的布置也是非常重要的一環(huán)。注漿斷面設(shè)6個(gè)孔，沿環(huán)向60°角布設(shè)，未打孔；在每個(gè)中繼間布置孔，以保證注漿的均勻性和穩(wěn)定性[9]。注漿孔與鋼管呈90°夾角，外覆梯形套，以保護(hù)注漿孔不受外界環(huán)境的影響，同時(shí)方便施工人員進(jìn)行操作[10]。

綜上所述，完成鋼頂管注漿，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)市政給排水管網(wǎng)超大直徑鋼頂管施工設(shè)計(jì)。

2 實(shí)例分析

2.1 工程概況

本項(xiàng)目位于南京市中心區(qū)域，因此被高度重視。該位置的特殊性質(zhì)使得此次施工對(duì)于提升城市的排水能力和水資源管理具有極為重要的意義。由于中心區(qū)域是城市的主要排水區(qū)域，原有的排水管網(wǎng)可能存在老化、堵塞等問題，無法滿足現(xiàn)代城市的排水需求。因此，新建一條主干管道勢(shì)在必行。該主干管道的直徑達(dá)2 m，將新建的管道連接到現(xiàn)有的市政給排水管網(wǎng)中，使城市的水資源得到更加高效的管理和利用。在雨季時(shí)，該主干管道可以有效地將雨水引入河流，減輕城市排水系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)；在旱季時(shí)，該管道可以保證城市居民的用水需求。此次施工不僅有利于提升城市的排水能力和水資源管理，同時(shí)也有利于環(huán)境保護(hù)。通過新建主干管道，可以減少原有排水系統(tǒng)的壓力，從而減少污水泄漏和污染的發(fā)生。此外，該主干管道可以提高城市的整體形象，為市民提供更加舒適、安全的生活環(huán)境。根據(jù)地質(zhì)報(bào)告，工程地質(zhì)參數(shù)見表1。

在施工過程中，需要面對(duì)許多挑戰(zhàn)，包括復(fù)雜的地下環(huán)境、交通流量大的道路和居民區(qū)的干擾等。為了確保施工質(zhì)量和安全，采用了先進(jìn)的頂管技術(shù)和設(shè)備，并進(jìn)行了精心的施工組織和管理。該項(xiàng)目的建設(shè)將為城市帶來多方面的益處。首先，它能夠提高城市的排水能力，減少雨季城市內(nèi)澇和水資源污染等問題。其次，它能夠?qū)崿F(xiàn)更高效的水資源管理，通過優(yōu)化供水和排水的分布，減少浪費(fèi)和污染。最后，它將有助于改善城市的環(huán)境質(zhì)量，通過減少水資源的污染和浪費(fèi)，并提高城市居民的生活質(zhì)量。

2.2 實(shí)例分析準(zhǔn)備

為了驗(yàn)證市政給排水管網(wǎng)超大直徑鋼頂管施工方法穩(wěn)定性的優(yōu)勢(shì)，進(jìn)行了一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，以驗(yàn)證所提出的施工方法在實(shí)際應(yīng)用中的結(jié)果。在實(shí)驗(yàn)中，沿頂管截取了寬度為1 m的管片試件，試件采用了市政給排水管網(wǎng)超大直徑鋼頂管施工方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。為了確保實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性和可比性，實(shí)驗(yàn)環(huán)境和參數(shù)都是固定的。采用對(duì)稱荷載的加載方式，即使用兩個(gè)同一油路的千斤頂在試件上施加等值荷載。這種加載方式可以模擬實(shí)際施工中的荷載情況，從而更準(zhǔn)確地評(píng)估不同施工方法的穩(wěn)定性。

2.3 實(shí)例結(jié)果分析

與此同時(shí)，記錄市政給排水管網(wǎng)超大直徑鋼頂管施工方法在試件上形成的彎曲程度（見圖5）。

從圖5中的曲線可以看出，超大直徑鋼頂管施工方法在彎曲程度方面表現(xiàn)更為平穩(wěn)，未隨著壓力的增加而產(chǎn)生明顯變化。這一結(jié)果進(jìn)一步證明了本文提出方法的優(yōu)越性和適應(yīng)性，保證了管道的整體質(zhì)量和穩(wěn)定性。因此，本文提出的施工方法在工程實(shí)踐中具有明顯的優(yōu)勢(shì)。該方法隨著壓力的增加，彎曲程度的增加趨勢(shì)變化較小，可以保證管道的穩(wěn)定性，減少了施工的復(fù)雜程度和風(fēng)險(xiǎn)。所以，超大直徑鋼頂管施工方法通過合理的設(shè)計(jì)和施工操作，實(shí)現(xiàn)了更加平穩(wěn)的彎曲情況，保證了管道的穩(wěn)定性。

綜上所述，本文提出的市政給排水管網(wǎng)超大直徑鋼頂管施工方法具有穩(wěn)定性，提高了整個(gè)管網(wǎng)的穩(wěn)定性和可靠性。未來，隨著該方法在市政工程中的推廣應(yīng)用，將為城市的給排水系統(tǒng)建設(shè)帶來更多的便利和效益。

3 結(jié)語(yǔ)

市政給排水管網(wǎng)是城市基礎(chǔ)設(shè)施中至關(guān)重要的一部分，負(fù)責(zé)排水、供水和污水處理等關(guān)鍵任務(wù)。隨著城市規(guī)模的不斷擴(kuò)大和發(fā)展，對(duì)于管網(wǎng)的需求也越來越大。超大直徑鋼頂管施工技術(shù)作為一種先進(jìn)、高效的施工方法，在市政給排水管網(wǎng)建設(shè)中發(fā)揮著重要的作用。該技術(shù)具有多項(xiàng)優(yōu)勢(shì)，首先是施工效率高。相比于傳統(tǒng)的開挖施工方式，鋼頂管可以在不開挖地面的情況下進(jìn)行施工，顯著節(jié)省了時(shí)間和人力資源。其次，鋼頂管具備較高的強(qiáng)度和耐用性，可以應(yīng)對(duì)復(fù)雜地質(zhì)條件和高水位等挑戰(zhàn)。鋼頂管的連接方式多樣，可以適應(yīng)各種形狀和尺寸的管道布局，提高了整個(gè)管網(wǎng)的穩(wěn)定性和可靠性。此外，該技術(shù)可以減少對(duì)周圍環(huán)境的破壞，降低對(duì)附近建筑物和地下設(shè)施的影響。

總之，超大直徑鋼頂管施工技術(shù)為市政給排水管網(wǎng)建設(shè)帶來了創(chuàng)新和突破。通過提高施工效率、增強(qiáng)管網(wǎng)的穩(wěn)定性和可靠性，該技術(shù)在城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中具有重要的應(yīng)用價(jià)值。然而，在施工過程中仍需加強(qiáng)質(zhì)量控制和安全管理，充分考慮環(huán)境和社會(huì)影響，以確保市政給排水管網(wǎng)的可持續(xù)發(fā)展。

參 考 文 獻(xiàn)

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編輯：楊 洋