微型頂管技術(shù)在市政污水管道施工中的應(yīng)用研究
——以上海臨港新城主城區(qū)污水管道大中修工程（一期）項目為

紀清泉

（上海臨港供排水發(fā)展有限公司，上海201306）

隨著國內(nèi)城市化進程的不斷深入，市政基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)也取得快速發(fā)展。但是由于早期道路設(shè)計思路的局限和市政道路周邊基建擴張等因素的影響，雨季城市內(nèi)澇頻發(fā)，造成巨大的經(jīng)濟損失的同時給城市居民正常生活也帶來了極大的困擾。為此，政府對市政雨、污水管網(wǎng)加大了維修和升級改造的力度。在地面交通量較大、周邊構(gòu)筑物較多、地下管線復(fù)雜的路段，使用非開挖法不僅對地面交通的影響降至最低，在環(huán)保要求日益嚴格的城市，相較于開槽埋管非開挖法施工對環(huán)境的影響可以降至最低。結(jié)合實際工況，水平定向鉆、土壓平衡頂管由于自身工藝缺陷已無法滿足本工程的設(shè)計需求，非開挖微型頂管技術(shù)憑借自身的技術(shù)優(yōu)勢很好地與本項目得到了匹配，文中以臨港新城主城區(qū)污水管道大中修工程（一期）項目作為工程實例，較為詳實地介紹了微型頂管法的工藝流程、技術(shù)特點、施工過程中的質(zhì)量控制及相關(guān)注意事項，方便為類似工程提供參考借鑒。

1 臨港新城主城區(qū)市政污水管道工程概況

1.1 項目簡介

臨港新城主城區(qū)污水管道大中修工程（一期）涉及12 條道路的共計3266m 污水管道開挖及非開挖修復(fù)施工，其中非開挖修復(fù)的?；肺⑿晚敼芪鬯艿篱L度316m，管徑為DN300。管線埋深區(qū)間為4.2～5.2m，該施工段地面交通車流量較大，道路周邊地面構(gòu)筑物較多，工程范圍內(nèi)有電纜、通訊、電力、中高壓燃氣等多種管線，不具備開挖施工條件，且受限于該段20d的工期要求，需要采取較快的非開挖施工工藝來完成該段的施工任務(wù)。

1.2 工程地質(zhì)與水文地質(zhì)

1.2.1 工程地質(zhì)

土層結(jié)構(gòu)構(gòu)成由上及下如下表：

表1 擬建場地地層分布特征表

1.2.2 水文地質(zhì)

擬建設(shè)的場地，地下潛水位一般相對標高在1.22～1.75m，平均標高值2.37m。

2 市政污水管道施工方案比選與分析確定

2.1 方案比選

根據(jù)現(xiàn)場實際情況分析本施工段可采用的非開挖工藝主要有：定向鉆進法（拖拉管法）、螺旋頂管法、微型頂管法。相較于傳統(tǒng)開挖施工工藝，非開挖工藝有施工條件靈活、對周邊構(gòu)筑物擾動小、對周邊環(huán)境污染小等特點。

表2 方案比選

2.2 施工工藝方案確定

經(jīng)過技術(shù)分析和綜合比選，本施工段在采用微頂法工藝的前提下，可以在盡可能減少對地面交通的影響的同時，較為快速地進行管線施工組織，所以決定采用微型頂管法進行組織施工。

3 鋼筒井及微型頂管施工工藝

3.1 鋼筒井施工工藝

工作井及接收井施工采用機械操作開挖，所采用的機械設(shè)備型號為Y2590 型搖管機，輔助設(shè)備為EX200 型挖掘機。頂管工作井和接收井采用內(nèi)徑為Φ2590×2000×20mm 鋼護筒，以焊接形式連接兩個鋼護筒，最下節(jié)的鋼護筒切割成50mm 齒深的鋸齒形。待鋼筒被搖管機安裝至設(shè)計標高后，井內(nèi)降水的同時采用挖掘機將鋼筒內(nèi)的土取出，取土結(jié)束將井內(nèi)滲水抽干后立即采用C35 砼封底，厚度為1000cm。

圖1 施工剖面示意圖WS1-1～WS1 段

3.1.1 鋼筒井工藝流程圖

3.1.2 施工方法及技術(shù)措施

3.1.2.1 工作井放樣

根據(jù)設(shè)計圖紙，放出工作井中心點位置。施工前，需查明工作井范圍內(nèi)地下管線情況并辦理相關(guān)綠卡手續(xù)，施工前需確保與相鄰管線留有足夠的安全距離。

3.1.2.2 搖管機安裝

工作井位置確定后，開挖至約1.5m 深度，放入第一節(jié)鋼筒，搖管機安放在鋼筒上方。

3.1.2.3 鋼筒焊接沉設(shè)

搖管機安放完成后，放入第二節(jié)鋼筒，與第一節(jié)鋼筒接口對齊，焊接完成后，與挖機油路連接啟動搖管下沉至設(shè)計標高。

3.1.2.4 開挖封底

根據(jù)施工設(shè)計圖紙，搖管至設(shè)計標高后開挖封底。

3.2 微型頂管施工工藝

本次頂管施工采用微型頂管二次工法施工。

3.2.1 微型頂管工藝流程

3.2.2 頂力計算

其中各參數(shù)如下表：

表3 頂力計算各項參數(shù)

本工程的各項取值：

表4 頂力計算參數(shù)取值

設(shè)定最大土倉壓力，則預(yù)測總頂力為：

Nf=π×（0.5）2×100/4=19.625（kN）

F=π×0.35×66×7.0+19.625=527.363（kN）

計算需527.363kN 的頂力進行頂進推動，作業(yè)現(xiàn)場所使用的頂管設(shè)備頂力為1600kN，完全滿足作業(yè)需求。

3.2.3 工作井及后背安裝

高校要圍繞創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育建構(gòu)立體式課程體系，以專業(yè)親近產(chǎn)業(yè)，開展多學(xué)科交叉與融合教學(xué)，拓寬理論基礎(chǔ)，強化實踐訓(xùn)練，增強學(xué)生的就業(yè)競爭力和社會適應(yīng)能力。在課程建設(shè)方面，高校一方面要緊緊圍繞職業(yè)教育，開設(shè)與工匠精神培養(yǎng)密切相關(guān)的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)類通識教育課程，堅持理論與實踐并舉，著力培養(yǎng)學(xué)生的職業(yè)技能和就業(yè)創(chuàng)業(yè)能力[8]；另一方面要改進專業(yè)結(jié)構(gòu)，緊跟產(chǎn)業(yè)變革，以工程問題為線索建構(gòu)交叉學(xué)科專業(yè)課程體系，課程內(nèi)容和目標要全面涵蓋價值觀、知識和能力三個維度，并通過跨學(xué)科融合優(yōu)化課程內(nèi)容，使學(xué)生掌握復(fù)合型知識，養(yǎng)成創(chuàng)新性思維，培養(yǎng)創(chuàng)造能力，全面提高職業(yè)綜合素質(zhì)。

工作井底板澆筑完成后，首先安裝頂管后背。微型頂管配套工作井一般需要兩座，工作井與接收井各一座。井底澆筑1.0m 厚混凝土做基井底板，預(yù)留深50cm 的集水井一座。機械頂管后背為鋼筒井井壁，頂進井后背與機臺間隙用三角鐵焊接加固后才能進行頂管施工，后背墻為鋼護筒。安裝時，為了避免產(chǎn)生偏心受壓，鋼護筒中心位置與頂進管道的中軸線一定要調(diào)整到位，并且確保水平扭轉(zhuǎn)度和垂直度控制在設(shè)計值允許的偏差內(nèi)。

3.2.4 頂進機臺底座、安裝激光經(jīng)緯導(dǎo)向儀

以管道的中心軸線為基準，定位并開始安裝校核頂進機臺底座和機臺，按照設(shè)計參數(shù)安裝激光經(jīng)緯導(dǎo)向儀。

3.2.5 先導(dǎo)管頂進

激光經(jīng)緯導(dǎo)向儀根據(jù)管線中心、高程架設(shè)完畢后，依據(jù)設(shè)計坡度調(diào)整坡比，儀器設(shè)定好后開始先導(dǎo)管頂進施工。洞口采用氣焊切割的方式分三次開孔，分別為導(dǎo)向孔、黑管孔、管道孔，開孔后安裝鏡面框進行止水止泥。

3.2.6 黑管頂進

先導(dǎo)管按照激光經(jīng)緯導(dǎo)向儀設(shè)定的坡度進行頂進，進入接收井后卸下導(dǎo)向頭，開始連接黑管，頂進黑管。

3.2.7 安裝簡易機頭

黑管頂入接收井后將簡易機頭安裝就位，以均勻慢速推入洞中，完全頂入后立刻安裝好止水圈，將高壓水管和液壓油管連接上機頭。

3.2.8 黑管、簡易機頭拆除

頂進機頭在頂進施工的過程中，在接收井進行黑管拆除。

3.2.9 樹脂砼管頂進

機頭頂進的過程中，后部所連接的每一段樹脂砼管道都需要進行油缸的推進與回縮運動。每頂進1m 就需要及時在接收井內(nèi)拆除出土外管，并在工作井內(nèi)連接上新的樹脂砼管道，如此反復(fù)循環(huán)，直至完成頂管作業(yè)。

3.2.10 機頭進入接收井

待作業(yè)完成后機頭頂入接收井，卸下出土機頭，用堵漏材料封堵管壁，防止漏水涌泥。

4 微型頂管技術(shù)注意事項及采取相關(guān)技術(shù)措施

4.1 泥漿處理

由于泥水平衡頂管機自身攜帶的機頭刀盤所切割下來的泥土含沙量較大，必須經(jīng)過泥水分離機分離和沉淀后形成含水率＜5%的泥餅外運至棄土場。其它部分回流至調(diào)整箱重新調(diào)整泥漿比重、黏度等參數(shù)，符合各項指標要求后方可重復(fù)進行回收利用。

4.2 基坑變形監(jiān)測

由我業(yè)主方委托具有監(jiān)測資質(zhì)的第三方機構(gòu)對基坑實施監(jiān)測。監(jiān)測數(shù)據(jù)包括并不限于地表沉降、坡頂水平（豎向）位移、施工周邊地下有壓管線沉降等監(jiān)測信息。同時施工和監(jiān)理進行實時監(jiān)測，主要以儀器結(jié)合現(xiàn)場巡視檢查的形式進行落實。

4.3“三級預(yù)警”機制及對應(yīng)控制措施

4.3.1“三級預(yù)警”機制

分別以黃色、橙色和紅色代表相對應(yīng)的預(yù)警機制，進行監(jiān)測控制和信息反饋。

4.3.2“三級預(yù)警”所對應(yīng)的主要控制措施

當有黃色預(yù)警時，現(xiàn)場可適當提高監(jiān)測頻率，密切關(guān)注周邊構(gòu)筑物及預(yù)警點附近的有壓管線的位移值；當有橙色預(yù)警時，須增加監(jiān)測頻次，并提高現(xiàn)場巡視強度，同時啟動應(yīng)急預(yù)案，完善聯(lián)動機制，重新復(fù)核各項施工參數(shù)，請專家分析現(xiàn)場情況，進一步完善施工方案后，在征得業(yè)主和設(shè)計同意后予以實施；當有紅色預(yù)警時，立即上報業(yè)主等相關(guān)單位，加強現(xiàn)場監(jiān)測頻次，24 小時現(xiàn)場值班巡視，密切關(guān)注各部位的累加變化值，必要時停止施工，采取基坑回填等方式進行搶險處理。

5 結(jié)論和建議

綜上所述，微型頂管技術(shù)憑借其自身優(yōu)勢為市政污水管道的施工提供了一種新的具有可實施性的技術(shù)手段。結(jié)合本工程微型頂管法施工工藝和后期監(jiān)測效果來看，采用非開挖的微型頂管法，憑借其在復(fù)雜工況條件下占路面積小、施工周期短、施工精度高、對周邊環(huán)境影響小等特點，配合鋼護筒搖管技術(shù)，可以在砂、黏性土質(zhì)中取得很好的應(yīng)用效果，值得在類似工程中進行應(yīng)用及推廣。