市政道路排水工程污水管頂管施工技術(shù)研究

宋國強

（北京市政路橋股份有限公司，北京 100045）

1 工程概況

某市污水頂管工程，全長為60m，深7m，附近土質(zhì)以粉細(xì)砂和中砂為主，地下水位整體較高，施工區(qū)域在地下水位之下，生成流砂概率較大，稍有不慎便可能導(dǎo)致施工塌方。常規(guī)施工以氣壓頂管施工為主，但該施工方案進(jìn)度較慢，且會產(chǎn)生較大安全隱患。為此，可采用敞開式工具管頭與氣壓式機頭相結(jié)合的方式。此外，施工場地附近為交通要道，需要重視施工期間的交通導(dǎo)行工作，避免對正常交通產(chǎn)生負(fù)面影響。

2 頂管施工方案

2.1 施工順序

先破除舊路，進(jìn)行雙井施工（包括頂管工作井和接收井），后續(xù)進(jìn)行頂管施工，管道施工過后，完成回填工作，并使路面恢復(fù)原狀。

2.2 工作井和接收井施工

2.2.1 基坑測量放樣

結(jié)合施工圖紙和前期勘察單位出具的地質(zhì)評估報告，明確具體的地質(zhì)狀況。在沉井施工中，需要先明確基坑開挖各參數(shù)，保持深度在2m 左右，沉井刃腳外側(cè)面和基坑邊緣應(yīng)保持2m 左右的工作距離，邊坡坡度應(yīng)在1∶1 左右。完成場地整平工作之后，應(yīng)依照沉井中心坐標(biāo)確定基坑開挖邊線，以及軸線控制樁、中心樁等。放線工作結(jié)束之后，應(yīng)當(dāng)先報請監(jiān)理工程師批準(zhǔn)，通過驗收之后方能過渡至下道施工程序[1]。

2.2.2 基坑開挖

通過監(jiān)理工程師驗收之后，可通過挖掘機與人工相配合的方式先將基坑表面浮泥全部清除，保證浮泥的干燥和平整，將排水溝設(shè)置在基坑底部周圍，保證和集水井互相連通，如果趕上雨水較多的季節(jié)，集水井中積存了大量雨水，應(yīng)當(dāng)通過水泵將雨水抽除，避免積水對土質(zhì)、刃腳墊層施工造成較大影響。刃腳墊層材料應(yīng)以混凝土和砂石為主，保證共同受力，并根據(jù)相關(guān)公式確定砂墊層厚度。

2.2.3 立井筒內(nèi)模與支架

該工程頂管沉井高度大約為9m，因此澆搗時基于分層澆搗的理念，主要分成三節(jié)澆筑振搗。井筒模板應(yīng)用木模和組合鋼模等，避免內(nèi)模密封性能受到嚴(yán)重影響。以磚砌結(jié)構(gòu)形成刃腳內(nèi)模，磚砌結(jié)構(gòu)的寬度應(yīng)當(dāng)和刃腳寬度保持同等。用鋼管支撐井身內(nèi)模支架，架設(shè)鋼管時應(yīng)當(dāng)保證穩(wěn)定性達(dá)到要求，適當(dāng)用對撐支架避免內(nèi)模穩(wěn)定性受到影響[2]。

2.2.4 鋼筋綁扎

進(jìn)行鋼筋綁扎之前，應(yīng)確保鋼筋表面干凈無油漬，鋼筋本身不應(yīng)出現(xiàn)彎折現(xiàn)象，如果在鋼筋盤上，應(yīng)先將鋼筋調(diào)直。預(yù)制構(gòu)件主鋼筋焊接方式以對焊為主，焊接的材料應(yīng)送到材料試驗室進(jìn)行檢驗。不同鋼筋接頭之間應(yīng)相互錯開。在綁扎鋼筋時，可以用鐵絲綁成扣，如果發(fā)現(xiàn)穩(wěn)定性不足，可以用電焊方式替換綁扎。同時，在綁扎時應(yīng)注意用撐件固定二層鋼筋的位置，依照設(shè)計圖紙保證鋼筋間距達(dá)到要求。為避免保護(hù)層厚度和設(shè)計文件不符合，模板和鋼筋之間的水泥砂漿墊塊強度標(biāo)號應(yīng)當(dāng)相同，鋼筋扎緊和墊塊之間應(yīng)相互錯開。完成綁扎之后，應(yīng)及時向監(jiān)理工程師提交驗收申請。通過驗收之后，可進(jìn)行立外模施工。

2.2.5 立井外模與支架

完成鋼筋綁扎驗收工作后，即可進(jìn)行外模與支架的架設(shè)工作。通過對拉螺栓固定井壁內(nèi)外模，將止水鋼板設(shè)置在對拉螺桿中間，并在螺桿兩側(cè)放置鐵片，以更好地控制井壁厚度尺寸。圓鋼的兩端應(yīng)鉸成螺紋，并固定采用定制鋼螺帽，拆模時需要將鋼螺帽拆掉，并將外露部分割去，抹平防水砂漿。后續(xù)抹平的防水砂漿應(yīng)保證同等標(biāo)號，以避免出現(xiàn)滲水現(xiàn)象。在架設(shè)外模支架時，應(yīng)保證其強度足夠，穩(wěn)定性達(dá)到要求。在澆搗混凝土?xí)r，模板不能變形，也不能出現(xiàn)跑?，F(xiàn)象[3]。

2.2.6 井筒混凝土澆筑和振搗

完成模板與支架的施工工序后，應(yīng)向監(jiān)理工程師報請驗收。完成驗收后，方能過渡到混凝土澆筑和振搗工序。在泵送混凝土?xí)r，可在澆筑振搗段放置輸送管軟管，并與澆搗面保持大約1m 的距離，以避免混凝土出現(xiàn)離析表現(xiàn)。在正式澆搗混凝土之前，應(yīng)核實預(yù)留管、預(yù)埋件、預(yù)留管參數(shù)尺寸等，以避免錯放與漏放等情況的出現(xiàn)。在振搗混凝土之前，應(yīng)以插入式振搗器為主，并在插入時與鋼筋遠(yuǎn)離，以避免出現(xiàn)混凝土離析表現(xiàn)。在振搗混凝土?xí)r應(yīng)檢查模板和鋼筋的受力情況，防止出現(xiàn)跑?，F(xiàn)象。井身澆搗混凝土需要分成三次進(jìn)行，下沉需要一次完成[4]。首次應(yīng)對刃腳位置進(jìn)行澆搗。分段澆搗時，應(yīng)對施工縫進(jìn)行控制，以凸縫施工縫為主。后續(xù)澆搗時，應(yīng)對連接位置的混凝土鑿毛，充分清洗，并振搗密實，以防止蜂窩等質(zhì)量通病的形成，實現(xiàn)沉井施工質(zhì)量的提升。

2.2.7 混凝土養(yǎng)護(hù)和拆模

完成混凝土澆搗之后，待混凝土終凝之后，應(yīng)當(dāng)?shù)谝粫r間進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，通常可通過在混凝土表面覆蓋塑料膜和自然養(yǎng)護(hù)等方式達(dá)到目的，在表面輕輕澆水，不能用高壓水泵隨意噴射，避免對混凝土產(chǎn)生較大破壞作用。養(yǎng)護(hù)時間應(yīng)按照圖紙設(shè)計規(guī)定，且現(xiàn)場人員應(yīng)避免增加混凝土表面的壓力，也不能污染混凝土表面。

拆除模板時，應(yīng)當(dāng)對拆除時間與拆除順序引起高度重視。通常在混凝土澆搗之后大約4 天，且強度達(dá)到設(shè)計模板可拆除要求強度時，可進(jìn)行拆除工作，否則很容易影響混凝土強度。拆模順序自上而下，全程需謹(jǐn)慎小心，以防止破壞混凝土。如果混凝土是分段澆筑振搗的，應(yīng)注意最后排模板的保留，以免對向上接模造成影響。

2.2.8 預(yù)留孔封砌

依照設(shè)計圖紙，完成預(yù)留孔封砌工作，避免沉井下沉?xí)r預(yù)留孔中滲水。

2.2.9 沉井施工

沉井施工以排水下沉法為主，將地下水抽除，令地下水位進(jìn)一步下降。在基坑周圍布置井點，并提前抽水，才能正常挖土[5]。

2.2.10 鑿除墊層

混凝土強度符合設(shè)計要求，方可進(jìn)行挖土下沉工作。下沉?xí)r應(yīng)當(dāng)將磚砌內(nèi)模和混凝土墊層鑿除，通過挖機吊起挖土工具。挖土高差應(yīng)當(dāng)適當(dāng)控制，避免出現(xiàn)沉井突沉現(xiàn)象，增加沉井傾斜風(fēng)險。此外，井壁外灌砂時應(yīng)保證充實性和均勻性，避免沉井不同側(cè)出現(xiàn)摩擦阻力不均勻的現(xiàn)象，影響下沉的均勻性。沉井下沉?xí)r應(yīng)當(dāng)避免出現(xiàn)傾斜現(xiàn)象，一旦有問題應(yīng)當(dāng)糾正其傾斜度。沉井作業(yè)應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，中間不能停頓，防止影響沉井下沉的安全性。如果刃腳設(shè)計標(biāo)高為大約1.5m，沉井下沉速度應(yīng)當(dāng)逐漸放緩，并將挖土高差控制在0.5m 左右。如果沉井高度和設(shè)計標(biāo)高相對接近，應(yīng)提前制訂止沉措施，以確保施工過程的安全性[6]。

2.2.11 觀察沉降

在沉井下沉階段，需要觀察沉降情況并明確沉降標(biāo)高，以保證沉降的均勻性。同時，需要記錄沉井下沉情況。當(dāng)沉井下沉和設(shè)計標(biāo)高保持同等高度之后，應(yīng)清除表面雜物。如果在施工過程中出現(xiàn)與設(shè)計要求不符的現(xiàn)象，應(yīng)反饋給建設(shè)單位，并由建設(shè)單位告知設(shè)計單位進(jìn)行處理。為了降低新舊混凝土結(jié)合的難度，底板和刃腳之間的接觸面應(yīng)該鑿毛。

2.2.12 基底注漿

進(jìn)行基底注漿時，應(yīng)使用雙液注漿方法，以避免出現(xiàn)滲水現(xiàn)象。在注漿過程中，需要對配比適用性進(jìn)行檢驗，水灰比不能低于1∶2。注漿過程中，需要以20%為標(biāo)準(zhǔn)控制漿液注入率，以0.5～0.8MPa 為標(biāo)準(zhǔn)控制注漿壓力，以0.8m 為標(biāo)準(zhǔn)控制注漿孔間距[7]。

2.2.13 底板鋼筋綁扎和澆搗養(yǎng)護(hù)

封底混凝土澆筑完成后，可以進(jìn)行底板鋼筋綁扎工作。在綁扎過程中，需要合理控制不同層鋼筋間距，處理好底板和刃腳鋼筋之間的連接，以鑿毛露砂石的方式讓底板與刃腳之間的混凝土有效結(jié)合。

底板混凝土澆搗完成后，需第一時間進(jìn)行養(yǎng)護(hù)工作，以避免溫度應(yīng)力對混凝土表面產(chǎn)生破壞作用，導(dǎo)致底板處產(chǎn)生收縮裂縫，對沉井使用功能和施工質(zhì)量造成負(fù)面影響。

2.3 頂管施工

在頂管施工（見圖1）中，以千斤頂作為主要的頂進(jìn)系統(tǒng)設(shè)備，并盡量配置較小的頂力設(shè)備，以保證頂進(jìn)操作可以平行。頂管施工系統(tǒng)主要包括氣壓系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、壓漿系統(tǒng)和起重設(shè)備等，施工之前應(yīng)對各系統(tǒng)進(jìn)行嚴(yán)格檢查。如果井內(nèi)外各項工作均已完成，可以在井內(nèi)導(dǎo)軌上放置機頭并對機頭方向進(jìn)行合理調(diào)整。此外，為了避免工作井中滲水，需要在工作井前壁預(yù)留洞口以供管道和機頭進(jìn)出，并將密封裝置設(shè)置在管道和預(yù)留孔洞之間。密封裝置通常采用鋼制內(nèi)套環(huán)，將橡膠止水帶設(shè)置在套環(huán)內(nèi)圈中，并在管節(jié)和預(yù)留孔之間安裝套環(huán)，將套環(huán)外圍焊接在孔的預(yù)埋鋼板上，內(nèi)圈應(yīng)與管節(jié)保持緊貼[8]。

圖1 頂管施工

若機頭前端已進(jìn)入洞口密封圈，即可開始進(jìn)行破墻頂進(jìn)施工。在頂進(jìn)之前，應(yīng)當(dāng)由人工將內(nèi)層封堵墻體鑿除，推進(jìn)頂管機頭，通過前端刀口的剪切作用，將外層墻體破除，進(jìn)入土體之后，頂管施工即開始。如果出洞口外土質(zhì)以砂土為主，應(yīng)先在洞口附近土體中注漿，增加土體的密實度，避免工作井中滲入外側(cè)水土。在頂進(jìn)時，一定要保證頂管出洞方向與設(shè)計要求相符，以避免對管道整體頂進(jìn)效果造成負(fù)面影響。在整個頂進(jìn)過程中，應(yīng)由專人進(jìn)行全程跟蹤，對高程偏差等參數(shù)進(jìn)行實時調(diào)整。

在該工程周邊交通壓力較大的情況下，頂管施工可能會破壞原有土體的穩(wěn)定性，引發(fā)沉降等問題。為避免這些問題的發(fā)生，減少對附近建筑物和構(gòu)筑物的影響，應(yīng)先對土體進(jìn)行加固，再進(jìn)行頂管施工。注漿液材質(zhì)可選擇水泥粉煤灰，兩者的配合比為3∶7，也可在其中適當(dāng)摻入早強劑。在攪拌注漿液時，應(yīng)嚴(yán)格控制水泥與水的量，以確保注漿液的密實度。注漿液密實度不足，很難達(dá)到預(yù)期加固效果，反之，則會增加注漿液進(jìn)入土體的難度。在壓漿機啟動后，即可壓入注漿液，并在完成注漿后立刻對灌漿設(shè)備進(jìn)行清洗。在頂管施工的同時，也應(yīng)進(jìn)行壓漿工作。在混凝土管道相關(guān)點位，同樣應(yīng)跟蹤補漿，減少泥漿套阻力的同時，還可以起到有效的支承作用，避免泥漿大量損失。

機頭出洞之前，應(yīng)當(dāng)對機頭刃口標(biāo)高與軸線等進(jìn)行測定，反饋相關(guān)數(shù)據(jù)。管道應(yīng)當(dāng)依照設(shè)計管軸線頂進(jìn)，通過水準(zhǔn)儀監(jiān)測高程偏差。通常在頂進(jìn)50cm 左右的距離，即需要進(jìn)行一次監(jiān)測，如果土質(zhì)相對特殊，頂管易于偏離正常軌道，應(yīng)適當(dāng)縮短監(jiān)測距離[9]。

頂管測量與糾偏，同樣是影響頂管施工質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。進(jìn)行頂管測量時，應(yīng)根據(jù)工作井坐標(biāo)和管道中心線等信息，建立地下和地面測量控制系統(tǒng)，并設(shè)置控制點?？刂泣c的設(shè)置應(yīng)盡量選擇校核相對方便的地方，并每隔一段時間進(jìn)行校核。測量平臺應(yīng)設(shè)置在頂管工作井后方，通過地面水準(zhǔn)點引入臨時水準(zhǔn)點。在交接班時，應(yīng)將高程等參數(shù)告知下一班，并對高程不合理的情況進(jìn)行合理調(diào)整。此外，還應(yīng)通過經(jīng)緯儀對中觀測頂進(jìn)軸線情況進(jìn)行監(jiān)測。在機頭出洞之前，應(yīng)對機頭刃口標(biāo)高與軸線等進(jìn)行測定，并反饋相關(guān)數(shù)據(jù)。管道應(yīng)按照設(shè)計管軸線進(jìn)行頂進(jìn)，并通過水準(zhǔn)儀監(jiān)測高程偏差。通常在頂進(jìn)50cm 左右的距離，即需要進(jìn)行一次監(jiān)測，如果土質(zhì)相對特殊，頂管易于偏離正常軌道，則應(yīng)適當(dāng)縮短監(jiān)測距離。

頂管糾偏是指當(dāng)機頭偏離設(shè)計軸線時，通過對糾偏千斤頂?shù)暮侠碚{(diào)整，使機頭端面方向改變，避免偏差影響管道頂進(jìn)。在頂進(jìn)階段，應(yīng)合理控制機頭走向，通過有效的糾偏方式，避免管道線形嚴(yán)重偏離。為了達(dá)到理想的糾偏效果，每次糾偏幅度應(yīng)適度，可以適當(dāng)增加糾偏次數(shù)。如果頂管機頭出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)現(xiàn)象，可以將重塊壓在管中相反方向，對旋轉(zhuǎn)力矩進(jìn)行糾正，使頂管保持正常。

3 結(jié)語

綜上所述，頂管施工質(zhì)量受到多個因素的影響，其中工作井的前期施工質(zhì)量至關(guān)重要。進(jìn)行澆筑混凝土?xí)r，應(yīng)重視澆搗工作質(zhì)量，確?；炷临|(zhì)量達(dá)到要求。同時，在頂管頂進(jìn)的過程中，應(yīng)加強參數(shù)監(jiān)測，使用水準(zhǔn)儀、經(jīng)緯儀等儀器設(shè)備，避免頂管偏離設(shè)計要求，從而實現(xiàn)施工質(zhì)量的提升。