污水管网综合治理工程中的复式顶管施工技术

2021-06-30张立鹏朱圣喜

工程技术研究 2021年9期

张立鹏，朱圣喜

中交四航局第二工程有限公司，广东广州 510000

1 工程概况

东莞市东引运河流域樟村断面综合治理工程覆盖范围包含石排镇、企石镇。其中，企石镇污水管网完善工程共计47.6km，有新建次支管网36.29km和雨污分流11.31km。管道埋深较大，现场交通、地质水文等方面均会对管网建设带来制约性作用。施工条件特殊，采用小型口径复式顶管施工的方法，以期在减少对既有建（构）筑物影响的前提下快速完成建设工作。

顶管施工技术对于城市污水管网综合治理工作的开展具有推动作用，可在不开挖地面的前提下完成施工，管道连接平顺性较好，可缩短管线，从而减少材料成本，施工期间的噪声污染较小，具有显著的综合应用效果[1]。

2 复式顶管施工的工艺流程

具体工艺流程如下：准备工作（现场调查、测量放样及技术交底等）→制作井位→安装顶管设备→导向钻孔→拉管→逐根管道施工→拆除顶管设备→管头处理→修筑检查井。

3 复式顶管施工技术的主要内容

3.1 施工准备

前期准备工作的有效落实有助于后续各项工作的顺利开展，主要需考虑以下两个方面。

（1）现场调查。通过对施工现场及周边区域进行调查，明确既有建（构）筑物的建设状况，标记设计管线与其形成的交叉区域，注重细节优化，预测问题并制订预防措施，从源头上把控施工质量风险和安全风险。

（2）做好技术交底工作。顶管施工具有复杂性，对施工技术水平提出了较高的要求，经过技术交底后使施工人员准确掌握建设标准、建设方法及注意事项等方面的内容，以提高施工的规范化水平。

3.2 制作井位

制作井位需主要考虑以下两个方面：坑式设备工作井施工深度不超过2.5m；装管井的设置易受到现场环境的影响，以500mm管节为基础材料，将其依次安装至原井内。

3.3 导向钻孔

（1）在入钻方向井位开中心位小洞，或根据现场情况安装定位轮，目的在于控制管道的流水标高。经检测后在地面测放绝对标高点，导向过程中加强对标高的复核，根据所得结果判断与设计值的误差，合理修正[2]。具体施工情况如图1所示。

图1 定向钻先导施工

（2）以管线剖面图为基本参考，合理设计导向孔轨迹，确定钻孔的最佳曲线。根据经验，需尽可能远离既有管线，以免在钻进时对周边带来明显的扰动性影响；确定风险管线，将钻机置于该管线的一侧；遵循化繁为简的原则，避免钻孔曲线过于复杂的情况；在条件允许时尽可能加大弧型的曲率半径。入（出）土点与待穿越障碍物应保持足够的安全距离，通常该值应达到5m或更大。

3.4 复测预判

复测导向标高，准确判断现场土层的承载力，根据实际特性作出是否需扩孔的决策。遇流沙流塑土层时考虑到其易失稳的特点，宜配置专用压力仓机头。

（1）第一节管顶进过程中，每间隔50cm组织一次检测与纠偏，必要时缩短检测间距，确保管道入土姿态的精准性。待管道进入土层且施工状况稳定后可适当延长测量间隔，但不宜超过100cm。顶管期间管道各项指标的偏差控制标准如表1所示。

表1 顶管管道的允许偏差

（2）中心测量。采用激光束定位的方法，配套具有高精度特性的激光导向经纬仪。测量时调整经纬仪的姿态，使其瞄准设置在井内的激光发射器，根据测量要求调整激光发射器的位置，使其产生的激光可精准射在轴线处。

（3）高程测量。采取水准仪和高程尺联合测量的方式，在井内确定水准点标高，检测管段前端和后端的高程，根据所得测量结果判断该节管段的走势。

（4）激光测量。所用仪器为激光经纬仪，将其稳定布设在工作坑内，管内加装标示牌。随顶管作业的推进，当管道与设计位置重合时检查激光点的实际位置，若正好处于标示牌中心处则表明无偏差问题，否则需及时调整。

（5）全段顶进完成后分别检测各管节接口，明确其在中心位置和高程两方面的具体情况，若存在错口现象则进一步测定错口的高差，加以调整。

3.5 回扩掘进顶拉

以顶管现场的土层特性为准选择合适的注浆材料，钻进并回拖顶拉管道。此处所用的顶管均由PE材料制得，其在大吨位顶进条件下缺乏可行性，分布于管体与土体间的泥浆发挥出减阻减摩的作用，为保证管道等相关结构的稳定性，要求环空至少达到40mm，在此条件下顶管时可有效纠偏。此外，环空达到40mm后掘进期间的泥浆挤密性较好，可避免摩擦过大的情况。在传力杆锁紧时将导致塑料管形成较强的预应力，随之改变顶进管道的工作状态，使其成为相对刚性管材。

3.6 钻导向孔及回扩

以设计钻进曲线为准合理组织钻孔作业，期间加强对钻进方向、钻深的监测，将实际情况及时告知钻手[3]。若因现场电磁干扰过强而导致方向控制误差较大时，则需采取有线控向的导向方式。钻头推进至出口工作坑时则完成钻进作业，但此时孔径依然存在偏差，相比于铺设所提要求尚有差距。对此，需组织多次扩径，首先利用φ159mm钻头回扩，再利用φ273mm钻头进一步回扩，按照此方式循环操作，直至实测孔径值达标为止，最后利用清孔器深度清理，避免孔内存在泥浆堆积现象[4-5]。

回扩的具体流程如下：卸下钻头，在钻杆尾端设φ159mm的回扩头，在该装置的后方设置钻杆，启动钻机，正式扩径；回拉期间根据施工进度及时接长钻杆；扩头回拉至接驳坑后，将回扩头卸下并更换φ237mm的回扩头，按照此方式有序推进；拉管过程中应严格控制PE管的位置，经过拉管后再全面清理机具，修整异常之处，分类堆放，采取防护措施，以便后续使用。

3.7 泥浆的配制

定向穿越效果易受到泥浆性能的影响，以现场地质情况和工艺要求为立足点制订切实可行的配制方案，其中明确交代材料的用量及投料顺序，由专员制得符合质量要求的泥浆。鉴于穿越地段地质条件错综复杂的情况，必须保证泥浆的工程性能[6-7]。对此，提出如下几项控制措施。

（1）水泵输送至水罐内，经过沉淀和过滤处理后再组织配浆作业。

（2）根据配比要求合理控制材料用量，掺入适量一级膨润土和泥浆添加剂。

（3）外加剂的应用有助于改善泥浆的性能，较可行的有降失水剂、防塌润滑剂等，所用材料应具有良好的性能，且需满足环保要求。

（4）膨润土水化需经过较长的时间，在维持材料用量不变的前提下，采取快速水化装置和增加泥浆罐数量的双重措施，使膨润土可充分水化。

（5）分别在钻机场地和管线场地修筑尺寸为30m×30m×2m的返浆收集池，作为回流泥浆的聚集场所，于该处进行沉淀；主管线穿越扩孔过程中也将产生泥浆，该部分在经过泥浆池沉淀处理后进一步利用光缆套管转移，进入钻机场地的泥浆池内，再执行沉淀处理，最后将处理所得的泥浆转入回收系统，充分发挥出该部分泥浆的作用[8]。