微型顶管工艺在市政排水管道工程中的应用分析

徐伟

（武汉市政工程设计研究院有限责任公司，武汉 430023）

1 引言

排水管道工程主要分为室外和室内两种类型，室外管道工程一般是自建筑物外的检查井至排水主管道检查井的室外排水管道，室内管道工程则是指建筑物以内的排水管道及排水卫生设备。市政排水管道工程是所有市政工程中重要的建设项目之一，良好的排水管道系统对提升所处区域居民的生活质量有重要意义[1]。市政排水管道工程主要包括施工前准备以及现场施工两大阶段。施工前准备主要包括现场图测及物资设备选购，现场施工则包括多个施工流程。为确保市政排水管道工程的整体施工质量，施工队伍应当从现场施工的管道安装、管道接口、沟槽开挖、闭水试验、回填土等施工工序中对其工程质量进行严格把控。有研究指出，市政排水管道工程的地面建筑物往往较多，地下管线相对复杂，在进行一系列开挖工程时，会对地面的交通、土壤环境等造成一定影响及损害，同时也会在一定程度上影响人们的日常生活[2]。顶管工艺是一种非开挖施工技术，具有施工要求低、施工影响小等优点，与普通管道施工工艺相比，其经济效益、社会效益均较高[3]。基于此，本文对微型顶管工艺在市政排水管道工程中的具体应用进行深入分析。

2 微型顶管工艺介绍

2.1 顶管工艺技术阐述

微型顶管工艺属于一种机械顶管施工，在预先打好的检查井中，通过螺旋钻杆、微型顶管机头、出泥管等相关装置即可实现管道顶进，在微型顶管工艺下可实现管道的一次性贯通，其施工过程占地面积小，对地面的环境、交通等均不会造成严重影响[4]。相比常规的开槽埋管施工方法，顶管工艺可对施工区域的既有线路及地面建筑物起到很好的保护作用。有研究指出[5]，顶管工艺是基于气压平衡、泥水平衡及土压平衡等三大理论，在我国的市政排水管道工程中，应用较为广泛的主要为后两者。目前，微型顶管工艺的具体施工方法主要有敞开人工手掘式和密封机械式两种，两种方法相比，后者在排水管道工程中的应用更加广泛。有研究指出，采用微型顶管工艺进行排水管道施工对改善城市交通、减轻环境污染均有重要意义，可有效促进城市的发展建设。一般采用顶管工艺进行排水管道施工时，施工队伍会首先在地面挖出两个基坑作为工作井，将管节自该井置入后，再应用千斤顶，以机械推进的方式将管节顶进至另一工作井穿出，以此完成管道施工。在此施工方法下，可最大程度上减少对地面交通及建筑物的影响，可有效缩短整个工程的施工周期。

2.2 顶管工艺施工准备

一般来说，在确认实施顶管工艺后，应当对施工现场的平面进行合理布置，以确保施工顺利进行。在考虑总体布局时，除了需包含起重设备、自动控制室、料具间、管片堆场、拌浆棚及其材料堆场外，还需关注注水系统及弃土坑。此外，为了便于将顶管机、千斤顶等施工设备顺利安装至工作井，还应在井侧边设置相应的井扶梯，才可便于施工人员开展作业。在市政排水管道工程的顶管工艺中，顶管机的进口处、出口处对整个工程质量可起到关键影响，因此，施工队伍在事先挖好两处工作井后，应当对洞口处后靠的土体进行加固处理，通过高压旋喷的方式对两处洞口后靠土进行加固，可使顶管机的进出安全得到有效保障，也可在一定程度上避免工作井洞口处的泥水流失。若施工队伍要确保在整个顶进过程中，泥浆在重力压注下不流失，也可在工作井中安装相应的防水、止水装置。从上述两方面做好顶管工艺的准备工作后，才可有效保证后续施工作业的流畅性。

2.3 顶管工艺技术要点分析

顶管工艺的技术要点主要包括以下方面：

1）按检查井标准，合理设计顶管机工作井。在整个顶管工艺中顶进、顶出工作井对排水管道工程的最终施工质量会产生重要影响，因此，施工队伍在进行工作井设计时，应当为其留出充足的工作空间，结合施工具体要求，最大限度地加长工作井，这样才可有效避免在施工过程中由于空间不足产生冲突。

2）通过注浆的方法最大程度上减小施工阻力。由于在管道顶进时，为了方便作业会适当增大管道空间，在顶进完成后，管道周围必定会存在一些细小的缝隙，应当采用压注触变泥浆将管道周围的缝隙处进行有效填充，保证管道与周围土壤完全贴合，才可有效实现对地层的支撑，以此进一步避免管道沉降。一般压浆填充需与管道顶进保持一致，这对减少管道顶进阻力、混凝土管道补浆均有积极作用。

3）选择校正方法控制顶管施工的偏差对保证整个工作质量具有重要意义。不同于开挖埋管，顶管工艺并非在可视情况下操作，因此，在管道顶进中难免出现管道位置偏移现象，为了确保顶进管道位置精确，需在其施工过程中不断进行校正，目前常用的校正方法主要有衬垫校正、挖土校正及强制校正3 种，施工队伍可根据工程实际施工状况选择合适的校正方法。

3 市政排水管道施工情况

目前，为了进一步完善城市规划及发展，大多市政排水管道工程的施工现场在繁华市区内，市区内的地面、地下环境相对复杂，除地面随处可见的高楼大厦外，地下复杂的天然气、电缆等管道分布也尤为复杂，加之还需考虑施工过程中对地面交通状况的影响，导致施工队伍在排水管道实际施工中遭遇了重重困难。据调查显示，目前有部分施工队伍在进行市政管道施工时，并未对地面、地下环境进行严格的勘察，对施工现场的现有管线分布情况也未能明确，施工队伍临时占道，不仅导致现有管线被破坏，同时在一定程度上造成交通拥堵，若是沟槽开挖，也可能会导致施工现场出现边坡塌方、槽底超挖等一系列施工质量问题。

4 如何将顶管工艺用于市政排水工程

4.1 顶管施工要点

1）为了保证顶管工艺顺利推进，在确认每次管道顶进长度时，需对顶管机的设备情况、施工人员的技术水平、顶管机的起吊力及容积等相关指标进行综合考量。尽管目前我国大多数市政排水工程采用均会机械顶进，但为了确保顶管的精准度，必要时也可采用人工推进的方式配合施工。

2）管线设计是整个顶管工艺重要的基础工序，也是指导施工的重要参考，这就要求施工队伍在实施顶管作业前，切实对施工现场周围的环境进行勘察。在勘察过程中，应当充分考虑所处区域的土壤、水文、地下水、地面交通、地面建筑物等因素，这样才可保证在设计顶进管线时，不会对周围环境、交通等造成不良影响，才能发挥顶管工艺应有的优势。

3）管线的铺设质量也可对排水系统产生重要影响，尽管目前我国的顶管工艺应用已较为广泛，但具体施工技术还有所欠缺，为了切实保证管道铺设完成后发挥应用的经济、社会效益，应对铺设工作质量进行严格把关，管道顶进过程中，进行必要的管线监测，并采取合适方法及时修正偏离设计轨迹的管道，以保证最终的施工质量。

4.2 案例分析

市政排水管道工程切实关系到社会大众的生活质量及根本利益，现阶段随着生活水平不断提升，人们越发深刻地认识到维护生态环境的重要性，污水处理是一项重要的环境治理措施。以上海市宝山区新建污水管道为例，该工程的施工中，通过应用顶管工艺后取得了显著成效。该管道位于铁城路—共富路段，经勘察后，施工队伍明确其施工现场20 m 深度内的土层质地松散，地下水的水位稳定在0.4～1.3 m，该工程应用的微型顶管工艺为地箭式，具体施工流程如图1 所示。

图1 微型顶管工艺施工流程图

由于顶管推进时，其推进台及管节尺寸均较小，因此，该施工队伍通过采用配套微型钢护筒、摇管机实现了快速沉井，且在实施顶进作业时，为了保证管道稳定，施工队伍在将钢护筒嵌入土层时深度保持在1.0 cm 以上，该工程先进行摇管，再进行工作井开挖，加之钢护筒自重较轻，有效避免了顶进过程中土层突然下沉。

5 结语

相比普通的开挖埋设法而言，微型顶管工艺具有诸多优势，除了可最大程度上减少对施工现场周围环境的污染、避免对地面交通的影响外，还可以对地面建筑物及地下管线网起到很好的保护作用，目前该工艺已被广泛用于我国市政排水管道系统的建筑施工当中，本文详细分析了微型顶管工艺的施工工序、技术要点，通过案例分析的方法对该工艺的具体应用情况进行了相关探讨，且明确了该施工工艺的应用价值，并为地下排水管道等小口径的市政工程提供了一种新型施工思路，对促进市政工程建设、城市发展均有积极意义。