对市政道路建设管网施工技术的几点思考

2021-03-24景万德

运输经理世界 2021年7期

景万德

（陇西县市政工程公司，甘肃陇西748100）

0 引言

管网的主要作用在于对污水和废水进行收集与排放，市政工程道路管网一般建设在城市重要的交通系统中，其利用主干管和支管以及通往处理场的管网来实现短时间内快速清除路面积水，保障市政道路工程建设的顺利施工，降低后续道路的维护成本，进而全面提升管网的施工效率。另外目前的市政道路建设本身由于车辆载荷和人流量的影响，路面或多或少都会产生一些病害，而在管网施工作业中，如果施工技术应用不够科学，很容易加大这些病害的严重程度。由此在建设管网期间，还需要注重对地面的影响程度，减小对地面的不良影响，保障市政道路的使用寿命。

1 市政道路管网系统对于城市发展的重要性

1.1 保护地面道路

在每一年的不同季节影响下，降水量也有所差异，特别是夏季，降雨量的增多对于整个城市中的市政道路也会造成相对较为严重的影响。良好的管网系统能够直接排走地面残留的雨水，保护道路的使用寿命。如果所设计的管网不能及时排走地面的污水，那么在长时间的聚集和堆积作用下，地面会产生淤泥的问题，从而侵蚀路面结构，导致路面渗水的问题发生，以至于引发城市道路路面的沥青表层出现松散的问题出现，对于城市交通的顺畅性也会产生一定的影响，甚至会引发交通事故。

1.2 保护道路路基

对于市政道路管网的建设而言，对于路基的保护作用是无法替代的[1]。如在春秋时节，气温较低，雨水在渗透道路表层下后会结冰，损害路基，甚至会导致道路路基发生倾斜等问题。因此做好城市管网的建设，能够有效保障道路路基的安全，进而延长道路的使用寿命。

2 裂管法力学机理和工法流程

2.1 裂管法的基本原理

现有的管道非开挖技术已经在技术的创新背景下，达到了精准控制的高水平工艺，特别在建筑物或市中心街道的穿越方面的表现尤为突出。而在非开挖技术中，裂管法作为经典技术之一，在管网施工期间既可以将开挖法所造成的影响与问题加以解决，同时也可扩大原有的管道设备，成本较低，在目前的道路工程应用中有着十分重要的意义和作用[2]。

目前所提及的裂管法主要是需要以旧管网为基础，利用裂管设备从旧管内部进行切割，并且根据实际需求来更新具体的工艺，这种工艺在实际方法中属于非开挖技术的范围。裂管法主要的施工原理在于：首先需将油顶和钻杆安装在上游接收井当中，然后再在旧管线中逐段区插入钻杆，这个过程以其前端进入井内为终止，随后将裂管装置安装在下游井中，将钻杆、新管节和拉管器等设备进行连接，随后将液压顶进设备安装在下游井后壁处，随后在旧管内顶入裂管设备，进行新管节的更换。在此期间需要明确的是，在裂管期间旧管道会被挤压到其周边区域的土壤内部，形成新管网，可将其放置在新管道中。

2.2 胀管头挤扩力学机理分析

在目前的施工作业期间，如果使用裂管法，则需明确的是，胀管头由于在拉杆拉力的作用下会向着接收井方向进行移动，且前端尖头会结合末端的锥面法向力分量的作用，在横向位置挤出旧管道，这样周边土壤会给予其一定的压力，导致胀管头变形，且旧管此时也会受到压力的作用，再去卸载后仅会发生少量收缩的现象，进而形成长期永久性的扩孔，这一点是需要重点关注的内容。

土体塑性变形的原因分析，基于市政工程的特点和现有的工程需求，非线性塑性是其工程区域土体的重要性质，在外部荷载力的作用下，基于荷载力的差异和性质以及荷载力在土体上的作用时间，会导致其变形的性质存在一定的差异性，同时也会因为当地土体受历史应力和特征的影响也会造成不同程度的变形。胀管头挤扩力学机理分析，对于裂管法使用过程中所导致的旧管扩张现象，其实就是土体受到胀管头挤压力所导致的。且一般胀管头在土体压力作用下，会有三个方向的力作用在上面，如图1所示。因此对于该过程中的力学机理研究，可以将其简化为在纵向移动的局部外扩力下圆形隧道发生的变形过程，进而将隧道直径加以扩大。

图1 胀管头受力分析示意图

如图1所示，P表示拉杆所造成的综合拉力；qN表示胀管头在旧管挤扩期间部分管道对其所产生的法向方向的压力值；qs则表示对胀管头作用的切向方向的摩擦力值。并且需要注意的是，此时胀管头尾部会与部分管道直径相互平行，因此在设计胀管头期间，其需要较新管道直径数值小。设布面的力形式均为qN和qs，1 表示斜向方向的作用长度，D表示胀管头可拥有的最大直径;α 表示纵面和作用面之间的夹角，那么则可利用D−1sinα 来表示1 作用长度的平均直径。因此在纵向方向上，胀管头的纵向受力平衡可利用下面方程进行表示：

因为法向压力和横向摩擦力二者成正比，此时可假设在斜向上的作用面位置综合摩擦系数为μ，那么式（1）可以被改写为：

式（2）中：可以明确的是，如果α 角不变，且旧管和胀管头之间的摩擦系数为定值时，此时的旧管受到锥面的法向压力与栏杆的拉力P则为正比的形式。

3 基于案例分析市政道路管网施工技术的相关要点

3.1 工程概况

A 城F 片区基础设施建设项目中的当地管网改造工程，该项目共涉及道路有25 条，长度总计为25.4km，并且需要采取保障相邻管线的措施，受到的社会舆论的压力较大，施工难度与复杂程度以及资金支出额度都相对较高，因此为了实现工程的有效实施，本次所采取的裂管法施工的排污管道主要位于道路左侧的人行道上，利用DN400PE 管代替原有的DN400 混凝土排水管，总体施工长度为500m。在施工现场经过检测发现该段的管道存在损坏、变形、渗漏和上开等多种缺陷。结合上文所介绍的裂管法工艺原理来实施段的管道施工。

3.2 施工方法

新管道节段加工，其一，管材选择。结合工艺的要求，选择外径为D400 的PE 管作为新管道，该管道为3cm 厚度的管壁，在使用该管道前需现场抽检，如果在现场检查不合格，不允许进入到施工场地内。其二，管道加工。本次管道选择高密度的高压聚乙烯材料制作，型号为PE DN500，每一根管道长度都为6m，且大小与厚度十分均匀。然后将该管道利用精密车床加工，使其形成长度为54cm 的短管单元，利用承插子母锁扣设计管道的接口位置，搭接长度为10cm，其在每两段管道插紧之后，均需要保持0.15mm 的缝隙，且需要保障在短管上所使用的密封胶，其保持3mm的圈槽深度，10mm 的槽宽。

上游水源封堵、抽水，根据井内检查梯，施工人员需下井进行施工作业，身穿防水服，随后将上游的管道利用浆砌砖块进行封堵，隔离水源，将铰刀污水泵进行安装，随后将井内所存有的积水抽到地面的雨水井中。修建油顶工作平台，本次所选择的顶进设备分为油路、油管与油顶三项的控制系统。在井内放入油顶、钢板和工字钢，保持贴实井壁的状态。将这三者安装完毕后进行机械试验，在试验期间需要保障千斤顶能够自由顺利的伸缩，并且推拉力充足。采取破碎的器械，如风镐等设备，对井底位置进行找平与清理工作。需要注意的是，在此过程中使用裂管法，检查井内的油顶系统是其主要力的来源。其中该油顶系统最大的拉力为200t，外径为350mm。油芯内径为100mm，外径为250mm，需要被特殊加工制成，上部需要钻取φ25 的插销孔，厚5cm 的法兰盘。

顶杆顶进，采取丝扣连接的方式将杆件单元之间进行连接，随后需要在顶杆上加工插销孔，直径为25mm，各个插销孔之间需相距15cm。结合工艺原理和工程需求，顶杆的每一节需要保持50cm 的长度，利用丝杆连接每一节段，且需要以一节顶进再装一节的方式在井内进行接长处理。

断裂管顶进新管，其一，在井下顺利顶进顶杆之后，需要安装长度为50cm、直径为450mm 的胀管头，将破管需要的刀片安装在胀管头上，随后与顶杆进行直接连接，后面与D400PE 管进行连接。其二，在胀管头被拉入既有的管道内部后，在插入井内进行新管道节段的拼装。把加工好的54cm 长的PE 管节单元子母扣套上密封胶圈，承插口对齐并逐段连接到胀管头后面。新管段进入旧管前在管道外层涂抹膨润土泥浆，以减小推进过程中的摩阻力。