市政道路排水工程中的污水管頂管施工工序及技術(shù)

王云天，張金光

（中交一航局第二工程有限公司，山東 青島 266071）

1 工程概況

天長市南市區(qū)二期基礎(chǔ)設(shè)施工程（一期）PPP項(xiàng)目，建設(shè)內(nèi)容包含道路、綜合管廊、綠化景觀等一系列配套設(shè)施，共10條市政道路9.8 km，6條道路規(guī)劃有綜合管廊，共約7.8 km，在該工程的管廊施工中，污水管為重要設(shè)施，項(xiàng)目采用的是現(xiàn)階段業(yè)內(nèi)較為主流的頂管施工技術(shù)。

2 頂管施工技術(shù)的基本原理

頂管施工技術(shù)是以地下管道施工技術(shù)為基礎(chǔ)，經(jīng)優(yōu)化后得到的全新技術(shù)形式，其突出特點(diǎn)在于無須大范圍開挖路面，僅沿著與地面垂直的方向開挖工作井即可，再于該處將管材頂進(jìn)至指定位置。主頂油缸、管道間中繼站等均為關(guān)鍵設(shè)施，其聯(lián)合應(yīng)用，可提供推力作用，將各類頂進(jìn)設(shè)備推動(dòng)至地質(zhì)層。在對(duì)頂管進(jìn)行施工時(shí)，還需要注意的是如何有效選擇工具管，工具管不僅要材質(zhì)過關(guān)，而且質(zhì)量要符合有關(guān)要求。市政工程中，工具管一般選用鋼筋混凝土管，它能夠使頂管施工完成得又快又好，與此同時(shí)，如果地面出現(xiàn)各類壓力或者地面周邊出現(xiàn)各類壓力時(shí)，鋼筋混凝土管也能承受足夠的壓力，以最大限度地確保施工安全。

3 頂管施工工藝流程及具體應(yīng)用要點(diǎn)

主要流程為：施工準(zhǔn)備→測(cè)量放線→制作井位→配套頂管設(shè)備→導(dǎo)向鉆孔→拉管→有序施工各管節(jié)→頂管設(shè)備拆除→罐頭處理→修筑檢查井。

3.1 施工準(zhǔn)備

施工準(zhǔn)備階段需采取的措施有：

1）根據(jù)地勘報(bào)告掌握施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，確定具有可行性的施工工藝。

2）加強(qiáng)技術(shù)交底和安全交底，組織施工人員深入學(xué)習(xí)施工圖、施工規(guī)范等內(nèi)容，對(duì)工程施工狀況形成準(zhǔn)確的認(rèn)識(shí)。

3）對(duì)沿線的管線做全面的調(diào)查，并查閱相關(guān)建設(shè)資料，明確既有管線的類型、數(shù)量以及分布特點(diǎn)，進(jìn)而確定與設(shè)計(jì)管線存在交叉位置關(guān)系的管線，基于所掌握的信息繪制圖紙，提供協(xié)調(diào)方案，確保新舊管線均能穩(wěn)定使用。

3.2 制作井位

工作井形式有兩種：（1）坑式設(shè)備工作井；（2）裝管井。立足于工程項(xiàng)目的實(shí)際情況，擬采用長500 mm的管節(jié)，安排在原井內(nèi)完成安裝作業(yè)。

3.3 導(dǎo)向鉆孔

導(dǎo)向鉆孔的主要步驟有：

1）適配定位輪，用于控制管道的流水標(biāo)高。在井內(nèi)復(fù)核標(biāo)高，經(jīng)計(jì)算后確定實(shí)測(cè)值與設(shè)計(jì)值的誤差，對(duì)數(shù)據(jù)加以修正，保證標(biāo)高的準(zhǔn)確性，此后方可進(jìn)入下一井位。

2）導(dǎo)向孔軌跡設(shè)計(jì)工作中，控制其布設(shè)位置，以遠(yuǎn)離既有管線的區(qū)域?yàn)橐耍幢M可能離開壓力管線、光纜及電力管線；根據(jù)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)條件的分析，將鉆機(jī)放置在有風(fēng)險(xiǎn)管線的一側(cè)；深度優(yōu)化鉆孔曲線，盡可能降低復(fù)雜度，弧型部分的曲率適當(dāng)加大。入土點(diǎn)、出土點(diǎn)與水體的距離至少達(dá)到5～6 m，否則有泥漿噴涌的可能。

3.4 復(fù)測(cè)

復(fù)測(cè)導(dǎo)向桿的標(biāo)高，并考慮施工深度范圍內(nèi)土層的承載力，綜合多項(xiàng)條件判斷是否具有預(yù)擴(kuò)孔的必要，同時(shí)決定是否需配套止泥環(huán)。機(jī)頭的型式根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)土層特性而定，若為流沙流塑土層，則以專用壓力倉機(jī)頭較為合適，其具備自卸壓、自閉合的功能，運(yùn)行效果較好。

1）第一節(jié)管為工具管，頂進(jìn)時(shí)按照50 cm的間隔依次測(cè)量（必要時(shí)縮短間隔距離，加大測(cè)量頻率），根據(jù)實(shí)測(cè)結(jié)果采取控制措施，使管道精準(zhǔn)入土；隨著管道的頂進(jìn)，待其到達(dá)土層后，適當(dāng)放寬測(cè)量間隔，但不超過100 cm。嚴(yán)格檢測(cè)并控制頂管管道的偏差，頂管管道的允許偏差見表1。

表1 頂管管道的允許偏差

2）用激光導(dǎo)向經(jīng)緯儀組織中心測(cè)量。實(shí)際操作中，調(diào)整經(jīng)緯儀的姿態(tài)，使其瞄向井內(nèi)的激光發(fā)射器；隨后，對(duì)激光發(fā)射器做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，保證其位置的合理性（要求激光發(fā)射點(diǎn)恰好處于軸線處）。

3）用水準(zhǔn)儀測(cè)量高程，檢測(cè)頭一節(jié)管前端與后端管內(nèi)底高程，從實(shí)際結(jié)果判斷頭一節(jié)管的走向趨勢(shì)，以便采取控制措施；經(jīng)測(cè)量后，高程需與工作井內(nèi)另一水準(zhǔn)點(diǎn)閉合。

4）將激光經(jīng)緯儀穩(wěn)定置于工作坑內(nèi)，調(diào)整好姿態(tài)；在管內(nèi)裝上標(biāo)示牌，作為輔助裝置使用，當(dāng)管道頂進(jìn)到位后，激光點(diǎn)應(yīng)當(dāng)正好射在標(biāo)示牌的中心位置，此時(shí)說明頂進(jìn)無偏差，否則管道頂進(jìn)位置偏離設(shè)計(jì)要求，應(yīng)予以調(diào)整[1]。

5）頂進(jìn)結(jié)束后，測(cè)量各管節(jié)接口的中心位置和高程，判斷管節(jié)間的連接情況；若有錯(cuò)口，則測(cè)定其高差，有效調(diào)整到位。

3.5 回?cái)U(kuò)掘進(jìn)頂拉

頂拉材料選用的是聚乙烯材料，根據(jù)此類材料的特性可知，其難以承受大噸位的頂進(jìn)，易由于過強(qiáng)的頂進(jìn)作用而受損；管體與土體間有泥漿，起減摩的作用。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況以及經(jīng)驗(yàn)值，要求環(huán)空≥40 mm。此處以40 mm的環(huán)空為例展開分析，在該條件下頂進(jìn)施工時(shí)，機(jī)頭掘進(jìn)效率較高，產(chǎn)生的泥漿具有擠壓密實(shí)、減摩的多重作用，有利于改善施工條件。

3.6 鉆導(dǎo)向孔及回?cái)U(kuò)

根據(jù)設(shè)計(jì)鉆進(jìn)曲線控制鉆孔，施工期間加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，及時(shí)掌握現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)情況（例如，鉆進(jìn)方向、深度、鉆頭板的狀態(tài)），并與司鉆手保持密切聯(lián)系，雙方進(jìn)行高效的信息溝通，避免誤操作。鉆進(jìn)以及回拖時(shí)，控制鉆桿的運(yùn)行姿態(tài)，避免逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。為強(qiáng)化質(zhì)量控制效果，導(dǎo)向孔鉆進(jìn)時(shí)做到站旁監(jiān)督，并落實(shí)簽證制度，由此保證鉆進(jìn)軌跡的準(zhǔn)確性。鉆頭到達(dá)出口工作坑后，結(jié)束鉆進(jìn)作業(yè)，但此時(shí)的孔徑與設(shè)計(jì)要求尚有差距（不具備鋪設(shè)施工的條件）。考慮到此情況，擬采取多次擴(kuò)徑的處理方法，先用φ159 mm鉆頭回?cái)U(kuò)1次，再用φ273 mm鉆頭回?cái)U(kuò)1次，如此類推，直至實(shí)測(cè)孔徑達(dá)到設(shè)計(jì)要求為止。此后，安排專員用清孔器清理殘留在孔內(nèi)的泥漿，使孔洞保持相對(duì)潔凈的狀態(tài)[2]。

鉆導(dǎo)向孔及回?cái)U(kuò)操作要點(diǎn)如下：

1）卸下鉆頭，將φ159 mm的回?cái)U(kuò)頭連接至鉆桿尾端，回?cái)U(kuò)頭的后方連接鉆桿，再啟動(dòng)鉆機(jī)，由鉆機(jī)帶動(dòng)回?cái)U(kuò)頭，使其做出回拉和擴(kuò)徑的操作。

2）回拉施工期間，根據(jù)施工進(jìn)度適當(dāng)加接鉆桿，要求全過程中鉆桿均不進(jìn)入孔洞。

3）隨著擴(kuò)頭回拉量的增加，待其到達(dá)接駁坑的位置時(shí)，卸下無須使用的φ159 mm回?cái)U(kuò)頭，在鉆桿尾端接上φ273 mm回?cái)U(kuò)頭，繼續(xù)旋轉(zhuǎn)、回拉，按照此方法依次類推，完成回?cái)U(kuò)。

4）拉管時(shí)，需確保任何一節(jié)PE管均到達(dá)指定的位置；完成拉管作業(yè)后，及時(shí)清理作業(yè)設(shè)備以及附屬裝置，將其分類堆放到位，妥善保管，以便后續(xù)繼續(xù)使用。

3.7 泥漿的制備與施工

由于施工區(qū)域局部地質(zhì)條件復(fù)雜，對(duì)泥漿的性能提出較高的要求，需合理制備。并且，除了制備優(yōu)質(zhì)的泥漿外，還需以科學(xué)的方法施工，充分發(fā)揮出泥漿的性能優(yōu)勢(shì)。具體作業(yè)要點(diǎn)如下：

1）水泵輸送至沿淀池，在該裝置中發(fā)生沉淀、過濾，此后配漿。

2）選取適量優(yōu)質(zhì)的原材料，做充分的拌和。以一級(jí)膨潤土為宜，加適量的泥漿添加劑，得到性能良好的泥漿。泥漿添加劑的類型較多，較為常見的有降失水劑、防塌潤滑劑等，具體根據(jù)材料的性能特性和環(huán)保特性靈活選擇。

3）為使膨潤土有效水化，采用快速水化裝置；除此之外，增加泥漿罐的數(shù)量，本次施工中采用1個(gè)配漿罐+4個(gè)泥漿攪拌罐的配置方式。

4）施工期間產(chǎn)生的回流泥漿需得到有效的處理，主要方法：在鉆機(jī)作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)以及管線場(chǎng)地處修筑返漿收集池，作為處理時(shí)的關(guān)鍵裝置；主管線穿越施工擴(kuò)孔過程中形成泥漿，將該部分匯聚至返漿收集池內(nèi)，經(jīng)沉淀處理后，進(jìn)一步由光纜套管輸送，使其轉(zhuǎn)移至位于鉆機(jī)場(chǎng)地的泥漿池內(nèi)，在該處回收沉淀；經(jīng)過前述的處理后，啟用回收系統(tǒng)，將產(chǎn)生的泥漿進(jìn)行回收利用[3]。

3.8 施工中的安全防護(hù)措施

施工時(shí)加強(qiáng)安全防護(hù)，例如，施工人員佩戴安全帽等相關(guān)防護(hù)用具，提高主動(dòng)防護(hù)水平；在施工場(chǎng)地周邊設(shè)置擋板；加強(qiáng)安全監(jiān)管，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并正確處理；部分區(qū)域不具備安裝防護(hù)欄的條件，此時(shí)宜在周邊裝設(shè)防護(hù)網(wǎng)，以防人員跌落；加強(qiáng)對(duì)施工設(shè)備的性能檢查以及材料的質(zhì)量檢查。

4 測(cè)量及糾偏校正分析

對(duì)于頂管測(cè)量，可通過激光線測(cè)量的方法完成。將激光經(jīng)緯儀安裝設(shè)置在工作井中，以管線為基礎(chǔ)進(jìn)行調(diào)節(jié)，同時(shí)必須妥善安裝標(biāo)示牌，頂進(jìn)管道與設(shè)計(jì)方位合一時(shí)，激光點(diǎn)可以精準(zhǔn)地射到標(biāo)識(shí)牌的正中方位。全段頂管結(jié)束后，有必要在每個(gè)管節(jié)的接口處測(cè)量位置與高程，如果出現(xiàn)了錯(cuò)口的情況，需要詳細(xì)測(cè)量錯(cuò)口高差。此外，為了使管道的光滑度達(dá)到最佳，有必要用砂漿抹平錯(cuò)口。

另一方面，對(duì)糾偏校正而言，重點(diǎn)在于預(yù)防，要最大限度地避免由于超差而引起的再度校正的情況。一般來說，以1 m為尺度進(jìn)行度量。如果有偏差，則需要進(jìn)行糾偏校正，并進(jìn)行仔細(xì)核對(duì)。頂進(jìn)時(shí)，最大誤差為10 mm，對(duì)于誤差，要進(jìn)行及時(shí)的糾正，而且糾正必須從小角度出發(fā)，緩慢行進(jìn)，不能過快。嚴(yán)格避免猛糾硬調(diào)等現(xiàn)象。對(duì)于糾偏方法，可以利用挖土校正法，也可以利用強(qiáng)制校正法。

5 管道接口及管道裂縫的處理方法分析

對(duì)于排水管，使用最頻繁的是混凝土管。管道接頭要確保完全固定管道導(dǎo)向環(huán)。一般來說，接頭的主要處理途徑包含：如果頂管管材利用的是平型接口，后續(xù)不同管之間出現(xiàn)縫隙時(shí)，應(yīng)利用環(huán)氧水泥砂漿進(jìn)行填抹；如果管頂頂進(jìn)結(jié)束后，壓力試驗(yàn)造成了管道破損的情況，需要在管道內(nèi)部設(shè)置密封環(huán)，還要做好接口防水測(cè)試。在頂進(jìn)過程中，因?yàn)楣艿烙袝r(shí)會(huì)受到不均衡的壓力，從而造成裂縫的進(jìn)一步擴(kuò)張，所以，必須及時(shí)處理裂縫。如果是比較細(xì)微的裂縫，可以用環(huán)氧砂漿進(jìn)行填充；如果是比較明顯的裂縫，可以用鋁粉砂漿進(jìn)行處理。

6 結(jié)語

綜上所述，在市政道路排水工程的污水管施工中，可以采用頂管施工技術(shù)，其能夠在不開挖的前提下將管道等設(shè)施施工到位，既保證了管廊施工質(zhì)量，又能減小對(duì)路面完整性的影響以及對(duì)周邊現(xiàn)狀建（構(gòu)）筑物的擾動(dòng)。通過本文的分析，提出一些具體的施工要點(diǎn)，希望可以給類似工程提供參考。