污水治理工程截污管道頂管施工及其質(zhì)量控制

盧錦聰

(惠州市惠州大堤東堤管理中心，廣東 惠州 516000)

0 引 言

截污管道施工質(zhì)量直接關(guān)系到污水治理工程的總體質(zhì)量以及治理效果。目前很多截污管道多采用開挖式施工方法，不但工程量大，耗時長，而且不利于保護(hù)生態(tài)環(huán)境，存在很多弊端。頂管施工技術(shù)的出現(xiàn)有效解決了此問題，頂管施工的主要機理是先在地面上的泥漿池中將一定量的泥漿攪拌，在頂管施工時將泥漿池的閥門打開，利用泥漿泵對泥漿進(jìn)行加壓，通過進(jìn)漿管進(jìn)入到頂管掘進(jìn)機的泥水倉中，然后在排泥泵抽排作用下，泥漿被排到地面泥水分離器中進(jìn)行處理，泥漿分離外運，漿液則停留在泥漿池中，形成泥水循環(huán)系統(tǒng)，助力截污管道頂管施工有序、高效的開展。

1 工程概述

惠州市大湖溪瀝水環(huán)境綜合整治工程水質(zhì)改善工程主要是對河道兩岸排放至河內(nèi)的污水進(jìn)行截污整治。大湖溪瀝河道截污整治起點為規(guī)劃惠福大道，終點為文頭嶺排澇站，整治長度約4.90km；兩岸沿線主要污水排出口共計5個，其中豐大塘水閘及畜牧場混流箱涵現(xiàn)狀雨污混流流量較大。水質(zhì)改善工程建設(shè)內(nèi)容為：截污干管總長度6670m，管徑DN500-DN1400，其中重力污水管長度5488m，壓力污水管長度1182m；預(yù)留管及截流管管徑DN400-DN600，長度500m；污水檢查井195座，截流井1座，蝶閥井4座，排氣閥井2座，砌筑排泥閥井1座，泄壓井1座，截污閘1座，改造污水提升泵站1座等內(nèi)容。

2 污水治理工程截污管道頂管施工要點

2.1 主頂系統(tǒng)設(shè)備安裝和調(diào)試

一套完整的主頂系統(tǒng)由導(dǎo)軌、后座墊鐵、千斤頂及千斤頂支架、后座泵站等設(shè)備共同組成。在案例工程施工中，導(dǎo)軌由45kg/m的重型鋼軌制作而成，其中導(dǎo)軌基座通過焊接的方法，固定在20#槽鋼之上，鋼橫梁布置在工作井的底板之上，也是通過焊接的方法和底板上的預(yù)埋件連接成一個整體，以保證整套主頂設(shè)備在頂進(jìn)施工中相對穩(wěn)定，不會發(fā)生變形和位移，提升頂進(jìn)的精度。導(dǎo)軌安裝時的允許偏差為軸線位置3mm；頂面高程0-+3mm；兩軌內(nèi)距為±2mm。

千斤頂支架在頂管施工的主要作用是支持和固定主頂千斤頂，由12-16#槽鋼加工制作而成，通過焊接的方法固定在工作井底板的預(yù)留板上，保證千斤頂支架剛度和穩(wěn)定性滿足要求。

主頂千斤頂選擇了2000kN的千斤頂，固定在千斤頂支架之上，保證每個千斤頂安裝時的縱向坡度和截污管道頂管設(shè)計坡度相互一致，并在使用之前需要進(jìn)行調(diào)試，控制千斤頂?shù)墓ぷ鲏毫υ?5MPa左右，最大不能超過31.5MPa，以免損壞千斤頂。主頂泵站的主要作用是為千斤頂工作提供動能，因此，主頂泵站的最大壓力應(yīng)為31.5MPa，安裝在工作井邊上，盡量靠近操作臺。

靠背墻的凈高度為4m，厚度為40cm，由C20混凝土澆筑而成，并用φ16@600單向拉結(jié)螺栓拉結(jié)及斜撐或水平撐撐頂?shù)姆绞焦潭?。具體的施工示意圖如圖1所示。

圖1 靠背墻施工示意圖

2.2 頂進(jìn)施工

在案例工程施工中，截污管道頂管施工分為兩種，一種是穿墻頂進(jìn)施工，另一種正常頂進(jìn)施工，二者施工條件不同，所選擇的施工技術(shù)也不相同。

穿墻的頂進(jìn)施工中，進(jìn)出洞施工是關(guān)鍵，需要在出洞口安裝上可拆卸式止水鋼圈，并在其上再安裝上止水膠圈，以提升止水效果。在工作井和接受井護(hù)壁外側(cè)布設(shè)上一排水泥攪拌樁，樁徑為600mm，搭接長度控制在50mm以上。出洞施工是頂管穿墻施工的主要工序，必須嚴(yán)格防止工具頭下跌問題，在開始穿墻時，入土量比較小，工具頭的自重由兩點支承，一點為導(dǎo)軌，另一點是入土比較淺的土體。因此，本工程工具頭穿墻頂進(jìn)施工時，要帶一個約5′的向上的初始角，并且在穿墻管下部布置支托，同時加強管段和工具管以及管段和管段之間的聯(lián)接效果。在工具管推進(jìn)過程中，需要在保證質(zhì)量和安全的基礎(chǔ)上，適當(dāng)提升推進(jìn)的速度，控制在20mm/min左右效果最佳，避免穿墻管中的土體長時間暴漏在空氣中。穿墻位置要做好防水止水措施，避免孔口流失減阻泥漿，引起孔口塌陷等安全問題。

正常頂進(jìn)指的是截污管道頂管出洞完成之后的頂進(jìn)操作，正常頂進(jìn)的推力主要來自于后座主頂油泵和主頂千斤頂，促使截污管道逐步向前頂進(jìn)。在推進(jìn)管節(jié)的同時，頂管機上大刀盤會不斷對前方土體進(jìn)行切削，切削下來的土體會及時輸送到頂管機的泥土倉中，經(jīng)過刀盤攪拌之后和清泥漿充分混合，形成稠度比較大的濃泥漿，借助排漿管道從機頭排出。正常頂進(jìn)是由管節(jié)一節(jié)挨著一節(jié)逐步向前推進(jìn)完成的，直到頂管機達(dá)到接收井，形成整段管道[1]。初始頂進(jìn)時前進(jìn)的速度要盡量減緩，控制在20-50mm/min之間即可，正常頂進(jìn)時，頂進(jìn)速度可略微提升，可控制在50-150mm/min之間，如果在頂進(jìn)中遇到障礙物，頂進(jìn)的速度可控制在10mm/min以內(nèi)。初始頂進(jìn)出土量應(yīng)為理論出土量的95%左右，正常頂進(jìn)的出土量應(yīng)為理論出土量的98%-100%。

2.3 測量和糾偏

在截污管道頂管施工過程中，測量和糾偏是非常重要的環(huán)節(jié)，測量和糾偏的質(zhì)量，直接關(guān)系到截污管道頂管施工的總體質(zhì)量和安全性。因此，必須切實做好測量和糾偏工作。

案例工程在截污管道頂管施工測量時，將激光經(jīng)緯儀安裝在觀測臺上，以激光束為管道中心線，進(jìn)行頂進(jìn)施工，保證激光斑點中心和頂管機的測量靶中心能夠相互重合[2]。如果在頂進(jìn)施工中頂管機頭出現(xiàn)偏差，激光斑點也會偏離靶中心。測量到的結(jié)果可及時傳輸?shù)街行娘@示器上，及時掌握截污管道頂管施工的實際情況。如果發(fā)現(xiàn)偏離，可借助調(diào)整千斤頂?shù)纳炜s量來糾正截污管道頂進(jìn)方向，保證頂管機始終能夠沿著激光束頂進(jìn)，從而保證截污管道頂管施工的精度。本工程具體測量示意圖如圖2所示：

圖2 截污管道頂管施工測量示意圖

在截污管道頂管施工中頂管頂出穿墻管及在長度30-40m內(nèi)的偏差會影響全段偏差，尤其是在出墻洞時，管段的長度比較短，工具頭的重量也比較大，出洞口的土質(zhì)受到擾動的影響，會發(fā)生不同程度的下偏現(xiàn)象，此時，需要綜合采取工具頭自身糾偏和調(diào)整千斤頂作用力合力中心的方法進(jìn)行糾偏處理，以控制頂管的方向。每次糾偏量不能過大，否則會影響截污管道頂管施工質(zhì)量。本工程截污管道頂管施工中每次糾偏量控制在5mm左右，取得了良好的糾偏效果[3]。為保證總體施工質(zhì)量，糾偏需要貫徹全部截污管道頂管施工過程，嚴(yán)格控制好頂管的偏位情況，發(fā)現(xiàn)偏差，及時糾正，以免偏差過大。截污管道頂管施工允許偏差表如表1所示。

表1 截污管道頂管施工允許偏差表 mm

2.4 觸變泥漿

在截污管道頂管施工中，頂進(jìn)的距離越長，則管道承受的摩擦力也就越大，為保證頂進(jìn)效率和質(zhì)量，必須采取一系列行之有效的方法來降低阻力，本工程選擇的方法為向管道外側(cè)噴射觸變泥漿，并在頂進(jìn)施工中進(jìn)行連續(xù)不間斷的施工，保證管節(jié)基本處于動態(tài)平滑中，具體施工方法如圖3所示。

圖3 觸變泥漿施工示意圖

觸變泥漿系統(tǒng)布置情況為：在每節(jié)管道的前段布置一道觸變泥漿注漿孔，布置數(shù)量為3個，呈現(xiàn)120°布置。通過壓漿之后可在管外壁形成一個泥漿套，觸變泥漿管設(shè)置頂管機后面4節(jié)管，每節(jié)管道都設(shè)置觸變泥漿管，并在管節(jié)外壁構(gòu)成一個完整漿套，此后管節(jié)間隔數(shù)量控制在3節(jié)管左右，用以補充漿套中的漿液。在管內(nèi)注漿總管之上每隔100m就需要布置一只隔膜式壓力表，并在機尾1號和2號注漿斷面的支管上也各布設(shè)一只壓力表，在頂進(jìn)施工中，及時觀察每只壓力表的壓力值，發(fā)現(xiàn)異常情況及時處理[4]。

2.5 頂管機頂入接收井

在頂管機進(jìn)入接收井之前，需要先完成接收井施工，提前做好準(zhǔn)備工作。頂進(jìn)到接收井邊攪拌樁上時，需要適當(dāng)放慢頂進(jìn)速度。讓頂管機有足夠的時間切削攪拌樁，形成一個完整的止水孔，否則會破壞止水效果，如果情況嚴(yán)重甚至無法完成順利接收工作。此外，還要復(fù)測截污管道的長度，保證實際長度符合設(shè)計要求之后，通過測量確定出頂管機出口的具體位置，將接收井工具頭出洞位置混凝土鑿除。當(dāng)頂管機進(jìn)入到接收井中之后，要保證頂管機能夠快速頂進(jìn)，直到頂管機完全頂出接收井[5]。如果在截污管道頂管施工中，遇到地下水比較豐富的地段，要及時用棉紗堵塞管道和孔口間隙，等頂管機完全出洞之后，及時用水玻璃壓住止水。

3 截污管道頂管施工質(zhì)量控制措施

頂管施工難度比較大，且影響施工質(zhì)量的因素比較多，需要結(jié)合實際情況，選擇科學(xué)合理的質(zhì)量控制措施，以保證總體施工質(zhì)量。在案例工程截污管道頂管施工中常見的問題和質(zhì)量控制措施如下：

1)液壓站和機頭動作不協(xié)調(diào)，引起地表土隆起或者塌陷。

解決方法：增加地面監(jiān)測系統(tǒng)，對截污管道頂管施工全過程進(jìn)行實時測量檢測，一旦發(fā)現(xiàn)問題及時處理。

2)注漿時壓力控制不夠精確，引起了地面冒漿問題。

解決辦法：在截污管道頂管施工時，要做到邊施工，邊檢查機頭土壓力和液壓站主頂推力，按照檢查結(jié)果調(diào)整注漿壓力，保證注漿質(zhì)量[6]。

3)截污管道頂管施工阻力成倍增加，無法繼續(xù)頂進(jìn)。

解決辦法：在截污管道頂管施工中要選擇優(yōu)質(zhì)泥漿，最好選擇高分子新型泥漿。及時補充加注觸變泥漿，減少管節(jié)和土體之間的摩擦力，并且啟動中繼站。如果采用這些方法，依然無法解決阻力過大問題，可采取開挖措施，以降低頂進(jìn)阻力。

4 結(jié) 語

綜上，結(jié)合惠州市大湖溪瀝水環(huán)境綜合整治工程，分析了截污管道頂管施工技術(shù)的應(yīng)用要點和質(zhì)量控制措施。分析得到，頂管施工技術(shù)是一種比較新穎的管道施工技術(shù)，無需大規(guī)模開挖，就能快速完成頂管施工任務(wù)。但技術(shù)含量比較高，需要結(jié)合實際情況，選擇有針對性的施工方案，并做好測量和糾偏操作，保證截污管道頂管施工始終在設(shè)計范圍和要求中進(jìn)行，從而最大限度上保證施工質(zhì)量。