非开挖技术在市政给排水工程中的应用

2021-10-23邱海宇

工程技术研究 2021年15期

邱海宇

山东阳谷恒泰实业有限公司，山东聊城 252323

作为一种市政给排水工程中的新铺设施工技术，需要借助各类型的岩土钻探设备和施工技术手段，对地面小部分结构区域进行开挖施工，实现路面地下管线的及时更换及维修，以提高市政给排水工程的施工效率。文章重点论述了常用的非开挖顶管施工技术，重点选取敞开式挤压掘进顶管施工方法，针对具体工程施工案例，对顶管施工方法、顶力计算与后背的设计、顶管施工工艺等内容进行阐述，以供参考。

1 非开挖顶管施工技术的应用现状

在非开挖施工中，顶管技术至为关键，其是钢管和套管安装过程中的常用施工方法，尽管顶管方法可适应于较长管道的安装施工，但是直径一般不小于30m，直径大于1500mm最为常见。此安装方法主要适用于铁路沿线道路地面下的管道、套管安装施工，在施工的过程中，非开挖施工可能会导致地面出现不均匀沉降的现象。顶管铺设施工技术可广泛应用于高速公路、市政道路、河流和湖泊等工程的管道施工，并且可应用于市政管线的安装，如电力、污水、燃气、天然气等管线。非开挖施工技术具有创新性，但是从实际的技术应用原理和应用现状来看，其施工原理并不复杂。近几年，非开挖施工技术在市政管线安装施工中的应用越来越广泛，随着市政道路的改扩建、地下管线的更新换代、管道设施的扩建等，非开挖施工技术在相关类似工程中的应用越来越被认可。

非开挖施工技术应用优势较多，由于其在管道施工的过程中，表面不会受到顶管施工作业的影响，在施工现场只需少量工作井即可，不会对地面结构造成较大的干扰，这就使得非开挖施工技术对于市政道路周边的自然地貌、自然环境等影响较小，对地面交通的干扰较弱，同时也几乎没有灰尘，施工过程中产生的噪声相对较少，对于地下古建筑的影响也较小等。

2 工程概述

选取某地排水工程，设计范围为该道路工程范围内的排水系统，包括路东段、路西段，排水工程按照区域排水设计。该排水工程经设计变更后，共设排水出口1处，采用顶管施工，其余路段采用开挖沟槽施工，主要工程量如表1所示。

3 非开挖顶管施工技术在市政给排水工程中的应用

3.1 施工方法简介

在该工程中，非开挖施工技术选取的是敞开式挤压掘进顶管法。

（1）首先借助人工和机械结合的方法，在管端部位置挖掘土体，选取顶进机械设备，按照施工图中的设计中线、高程等参数进行顶进施工，并及时将土体集中运出。此施工方法应用便捷、施工进度相对较快、施工流程标准化。

（2）施工技术人员要注意有毒气体的存在，避免在施工的过程中发生中毒安全风险事件，在施工井内必须配备鼓风机，便于稀疏井内空气，达到换气的目的。

（3）注意防止出现涌水的现象，由于施工过程中渗水现象较为严重，如果存在过量的涌水则会增加施工风险，因此掘进施工中顶管应选取Ⅲ级钢筋混凝土钢承口管。

3.2 顶管顶力计算与后背设计

（1）顶管顶力计算。人工顶管顶力的计算中，结合该工程，以最大直径为Φ1800mm、长度为55m的管为例进行计算，经验公式如下：

式中：P为总顶力，t；n为土质系数；P0为所顶进管体结构的自重，t。

在顶进施工的过程中，每节管体结构的自重可达7t，每节管长2.5m，按照设计的要求，需要顶进管体的节段为22节，总自重为7×22=154t；顶进中最短为7节管道，总自重为P0=7×7=49t。结合以上计算结果，得出顶力P最长=2×154=308t，顶力 P最短=2×49=98t。

结合地下结构土质的复杂性，顶管设备取1.3倍左右的储能水平，设备顶进过程中的最长段顶力为1.3×308=400.4t，最短顶力为1.3×98=127.4t，取总顶力F最大=400.2t，顶进动力设备使用1台规格为500t的千斤顶，其中千斤顶的总顶力大于400.2t。

（2）后背设计。后背是千斤顶施工中的主要支撑结构体系，要维持稳定的强度，保证结构主体压缩变形及其受力的稳定性。例如，在强度和稳定性的计算过程中，可选取现浇的整体式后座墙组合钢板结构体系，此结构体系安装便利，安装过程中，千斤顶结构的有效着力点位置应位于后背高度1/3以下的位置。顶管施工作业的过程中，为保证各个油缸推力的反力都能够均匀作用于工作坑体内的土体结构内，需浇筑90cm厚的C30钢筋混凝土后座墙，并在后座墙体结构与主顶油缸尾部结构中选取垫上一块钢制的后靠背结构，且后背结构不许出现不均匀性的压缩现象，严禁出现顶进性偏差，为实现顶进施工质量，应针对具体工程开展后背强度和稳定性计算。

3.3 施工工艺

非开挖施工技术在市政道路工程中的应用，主要包含道路铺设、更换和管道的修复施工等。现重点对非开挖施工技术在市政道路管道的铺设和修复工程中的应用进行论述。

（1）顶管施工法。顶管施工法重点运用激光从发射轴朝向目标或者接收轴方向这一原理进行隧道开挖。其中在使用泥浆灌顶结构的过程中，激光束从发射轴出发进行对准，此发射轴体结构主要沿着市政道路方向实现机器的引导。激光是一种基本的施工控制装置，其与倾斜仪、陀螺仪等共同使用，其中激光束可被引导至机器切割装置，并在对应位置由地面上的导航处理系统进行实时控制。

（2）水平螺旋钻进施工法。其施工优势是由连续油管通过安装在喷油器上的汽提器进入孔中，喷油器主要起到提供对应液压密封结构的作用，能够提供良好的钻杆控制能力。该方法并不是借助旋转平台或者顶部的驱动器实现钻头的旋转，而是由地面结构借助泵送施工法来驱动井下马达系统的旋转。一般情况下，泥浆马达是连接油管井底结构的重要组成部分，此方法表面干扰性小，对于地下土壤结构的扰动性也较小。