市政工程顶管施工关键技术

2018-12-06叶正乾

商品与质量 2018年43期

叶正乾

南昌市路桥工程有限公司江西南昌 330000

在已有的各种地下市政工程建设施工技术中，顶管施工的技术先进程度最高，应用也最为广泛，而且必将继续应用于各种大型地下市政工程建设中。这是因为，在各种地下施工技术中，顶管施工技术对地上设施的破坏程度最小、对周围居住环境的影响最小。因此，顶管施工技术在市政工程建设中发挥了越来越重要的作用。

1 技术原理

顶管施工过程中，不需要进行开挖，或者仅需要进行十分少的开挖就能够将各种管道迈入地下。整个施工过程不会对地面产生很大的影响。即使是路面有建筑物，采用顶管施工技术也可以在不影响地面建筑物的前提下，将管道埋入预设路线。并且，顶管施工技术不但对地面各种建筑的影响最小，对环境的破坏也是最小的。顶管施工过程中产生的各种有害粉尘最小，施工过程不会对周边生活环境造成很大的污染。因此，自顶管施工技术诞生之日起，尤其是随着顶管施工技术的成熟度越来越高，绝大多数市政地下工程项目中已经摈弃了开槽埋管的施工技术，而青睐于优势明显的顶管施工技术[1]。顶管施工技术的基本原理是采用推力巨大的机械设备，直接将管道植入土层之中，避免对传统铺设管道过程的开挖处理。顶管施工的基本施工过程为：首先，基于市政工程设计规划的管道铺设线路，在管道铺设的开端与尽头分别修建工作井和接收井。如果管道沿线的地质环境复杂，或者是管道的距离过长超出了一次铺设的范围，需要在管道线路中间建设中间井;其次，利用工作井内的大推力机械设备完成钢制管道(工具管)的顶进作业。最后，正式的管道紧随工具管的推进，不断被推入工作井中，一直到管道成功铺设至接收井。在市政工程的污水管道安装项目中，施工过程相对复杂，但施工原理基本相同，区别仅在于需要更为先进的顶进设备和额外建设顶进中继站。

2 顶管施工的关键技术措施

2.1 触变泥浆系统

根据物理学知识，流体流动阻力与流动管道长度成正比，顶管施工过程中，距离不断地加长，会直接导致管道与土体之间的摩阻力越来越大，那么相应地所需的顶力也需要增大，而混凝土管有它所能承受的极限，顶力此时若＞这个极限，混凝土管就有可能被破坏，后果将不堪设想。注浆的作用首先是润滑，将管土之间的干摩擦转变为湿润摩擦，摩擦阻力自然就会减小；再是支撑，管道周围土体在注浆的压力下会变得更加紧实和稳固；最后注浆对于改良土质效果极好，原理是泥浆会渗透管道周围的土体，而原本不好的土质就会在泥浆的渗透下得到很大的改良。

2.2 注浆系统配置

注浆系统分3部分组成：包括拌浆、注浆和管道。其中，注浆可选择液压泵、柱塞泵或者螺杆泵。根据顶管管径、埋深和顶进长度的要求，应选用在压力和流量方面都符合条件的泵。每个注浆孔应设球阀，在机尾和管路中应设压力表。每个断面布置3个管道注浆孔，顶面1个管道注浆孔，两侧各1个管道注浆孔。因为泥浆可自动流下，所以底部不需要设注浆孔。通常应根据管道顶进的速度、土质情况等因素来确定补充泥浆的孔道数量和间距，而每隔2-5节设置管道最为合适。最好在每个注浆孔安装球阀，在顶管机尾部和注浆孔管道上的其他适当位置安装压力表。注浆的前一个步骤，首先应向注浆设备注水，检查注浆设备的相关性能，在确认设备能正常使用后才可以注浆。注浆时可按≤0.1MPa的压力不断加压，注浆流量、压力等施工参数在注浆过程中，应根据实际情况，结合减阻和控制地面变形的测量反馈数据做出改正。

2.3 管道顶进

（1）顶进前预备工作。管道顶进前，全部设备应经过仔细检查和试操作。包括检查水压、照明、通讯、液压、电器、压浆、气压、通风等操作系统能否正常使用，电表、压力表等各种仪表能否正确显示，确认其可正常工作后，方可进行联动调试，若没有故障，可进一步准备顶管始发。出洞之前，砖封门可通过刀盘慢慢地切削掉或者顶管机直接挤倒。封门拆除后，应将机头迅速顶进土中，机头的高程和中心位置应满足设计要求。（2）管道顶进。管道初始顶进的推进速度应控制得当，不能太快，在此过程中应摸索推敲推进的有关数据，为后续顶进能顺利进行提供参考。机头入洞后，遇到异物、出现机头下沉“磕头”等问题，应放缓速度，慢慢顶进，待查明原因解决后，再进行下一次顶进。顶管掘进机后接入第一节管道后，顶管机尾部最少有20-30cm会置于导轨上面，此时应快速连接管道和顶管掘进机。管道入土一切都正常后，每顶进1m，至少测量1次，若要纠偏，需增加测量次数[2]。在管道顶进时，顶管机前进的方向应控制好，结合测量结果分析产生偏差的原因、发展方向，制作出纠偏方案。在马上抵达指定位置时，应暂缓顶进，测出机头的准确位置，当机头到达接收井封门时，停止顶进，并在接收井内完成引导轨的安装，机头通过导轨进入井内，同时拆除进排泥管和压浆管路、动力电缆等，将机头与管节分离，机头吊出，管节送到预设地点。（3）纠偏。在顶进过程中，为了确保顶进轴线和设计轴线的一致，需要对顶进轴线多次测量。一般，每前进一节混凝土管节的距离需要测量一次，为了保证测量的准确性，在出洞、纠偏、到达终点前，要相应地增加测量次数，施工时还要经常对测量控制点进行反复测量。顶管离开洞后，将激光经纬仪放在顶进轴线上，追踪顶管机内光靶测尺，顶进中，施工人员就可以看到顶管机的趋势及偏差情况，且更为直观，测量人员也节省了时间，可以不再占用顶进时间来测量轴线偏差。管道内的可视度会随着顶进距离的不断增长而减弱，需要用到经纬仪进行测量，然后结合实际施工情况来设置若干接站测量。