摘要：随着城市建设规模的不断扩大，在城市交通和环境要求不断提高的前提下，采用非开挖的方法，对于非开挖管道铺设的技术，在施工效果上收到好评，本文结合工程案例进行分析，对于顶管和传统开挖铺设管道的工艺进行论证。
关键词：给排水施工；长距离施工；顶管施工
顶管施工在我国给排水施工中得到了广泛的应用，在改善城市环境，降低施工成本上取得了很好的成果，顶管施工技术的亮点，在于不对地面进行开挖，而是采用顶进挤压的方式，对于施工场地进行工艺的实施。
1、长距离顶管施工案例
本工程由于涉及到道路旁有大量建筑物不具备大开挖条件，因此为了避免排水管沟槽开挖造成施工事故，采用排水管沟槽开挖的方式，对道路周边建筑物等进行了开挖，采用顶管施工的方式，运用F型钢承口的方式，进行了钢筋混凝土管（III级）的工艺的实施。顶管采用了F型钢承口式刚进混凝土管，钢套环和楔形橡胶圈接口，顶管工作进顶管采用钢管，直径为DN4 000 mm，管节长度为6.0 m。由于管节“体形大”，质量大，故在施工现场只能单层堆放，管节堆放时底部要放置托座，以确保管节的稳定和安全。本工程的管节坡口采用单边“V”形40°坡口，上半圆180°为外开口“V”形坡口，下半圆180°为内开口“V”形坡口（图1）。
图2 注浆孔布置
2、长距离顶管管体的结构设计
2.1减阻泥浆的运用
2.2.1 注浆孔的布置
经过理论计算并结合同类工程的经验，本工程的注浆孔布置方法是：每个注浆断面布置6个注浆孔，环向均匀布置（图3），注浆孔在制管厂家开设。为保证能够形成良好的泥浆套，在工具管后的3节钢管中每一节都布置6只注浆孔，后续管节中每2节钢管布置1组（6只）注浆孔，即后续管节中注浆孔的纵向间距为12 m。
为了保证补压浆的效果，在每个中继间处也均匀布置了6个注浆孔。
2.2.2 注浆量
本工程工具管外径为4 100 mm，钢管外径为4 080 mm，单边空隙10 mm，管节长度6.0 m。
其中，倍率的取值和管径、地质条件、管节外壁和土层之间的间隙等有关。本工程的倍率取400%，则单节管节的注浆量为：V=3.14×(2.052－2.042)×6×400%=3.08 m3。
注浆量主要由跟踪注浆和补压浆这2部分组成。跟踪注浆是指在顶进时，利用工具管尾部的注浆孔向管道外壁压注减阻泥浆，及时填充管节外壁和土层之间的空隙，形成完整的泥浆环套。泥浆环套既能减少管节外壁和土层之间的摩阻力，又能对周边的土层起到支承作用。随着顶进距离的增加，泥浆环套中的泥浆会流失，因此要通过布置在管道中的注浆孔进行补压浆，向泥浆套补充减阻泥浆，使其保持良好的减阻和支承作用。为了控制顶进轴线沿线的地面沉降或者保护顶进影响范围内的建（构）筑物，在顶进施工期间，应经常在管道内对管道沿线进行补压浆，并在建（构）筑物下方进行定点补压浆[1]。
2.2.3 减阻泥浆的配合比
在综合考虑本工程的地质条件、所使用的膨润土的特性并结合以往的施工经验，通过试验确定本工程的泥浆配比。
在顶进过程中，根据顶进断面的土质变化和顶进施工的具体情况，可以对泥浆配合比进行合理的调整，以更好地满足顶进施工的要求。
2.2.4 减阻泥浆的效果
在顶进施工过程中，施工人员根据顶进断面的土层变化及时调整泥浆的配合比，并严格按照压浆的操作规程进行跟踪压浆和补压浆，达到超预期的效果。以本工程JB11—JB12顶进区间为例，减阻泥浆的效果论述如下：
1）减阻的效果。JB11—JB12顶进区间长424.64 m，布置1个中继间。在实际顶进时，由于顶力控制得很好，故没有采用中继间接力顶进。根据顶进时的实测数据，可绘制出该顶进区间的顶力（摩阻力）与顶进距离的曲线。在出洞阶段，由于不能建立起完整的泥浆环套，故顶力较大且随顶进距离的增加上升也很快，此时，摩阻力也很大。随着顶进距离的增加（顶进50 m后），管道外建立起了完整的泥浆环套，顶力开始下降并趋于稳定，在较小的范围内波动，摩阻力也快速下降并趋于稳定，波动很小。由此可见，本工程减阻泥浆的减阻效果非常明显。
2）控制地面沉降的效果。根据本顶进区间的竣工测量资料，可绘制出顶进轴线沿线的地面沉降曲线。经分析，本顶进区间的地面沉降控制得非常好。沿线最大的沉降量只有9.9 mm，远小于允许的沉降量，这对沿线的建（构）筑物的保护也是十分有利的。
3）保护建（构）筑物的效果。本区间的顶进要先后穿越青松港和中心河2条河道，顶进期间要对河道的堤岸、挡墙和外侧平台等的沉降情况进行监测，并要根据沉降情况制订相应的措施，确保它们的安全。监测结果显示，工具管从出洞到接近测点下方土体的这一过程中，平台的沉降量变化很小，工具管穿过此点后，沉降量快速增加。通过采取跟踪压浆和定点补压浆的措施，有效地减小了沉降的速率和总沉降量。顶进至80 m时，平台的沉降速率开始减小，至100 m之后，沉降量缓慢增加，并渐趋稳定。在整个施工期间，该平台的沉降量始终控制在允许值的范围内，顶管沿线建（构）筑物和地下管线的沉降也都控制在允许的范围内[2]。
2.3 中继间接力顶进
本工程使用的中继间采用二段一铰可伸缩的套筒承插式钢结构件，由前体、后体、千斤顶、动力油泵站、止水密封圈5个部分组成。每个中继间有20只千斤顶，每只千斤顶的直径为160 mm，行程为300 mm，推力为80 kN。中继间采用计算机联动控制，在特殊情况下，也可以用手动方式控制中继间的运行。
2.3.1 中继间顶进程序
中继间的顶进程序是从工具管向后按顺序一次将每段管节向前顶进。一个中继间顶进时，其他中继间应保持不动，当所有中继间依次完成顶进后，由主顶完成最后的顶进作业。
一个顶程有多个中继间时，为了提高顶进效率，采用中继间编组的方式运行，比如某一个顶程中放置了3个中继间，则顶进次序为：1#中继间顶进→2#中继间顶进→3#中继间顶进→主顶顶进，依此循环。
为保证施工安全，在每个中继间的位置，各种管路要采用柔性接头过渡；各种线路要留有足够的伸长余量。
2.3.2 中继间的处理
顶进施工结束后，通过对中继间的处理，使其成为管道的一部分，具体的处理步骤如下：顶进结束，整条管道定位后，对中继间前后管道压注双液浆，防止外侧泥浆通过中继间渗漏进来；压浆完成后，从第1个中继间开始，依次拆除各中继间的千斤顶和附属结构件；封堵中继间处的注浆孔；割除多余中继间筋板，保留与钢管内壁紧贴的一圈环向钢板，端部钢板割除后进行焊接；对焊缝的质量进行检查、检测；施工内防腐。
3、轴线测量和纠偏
3.1 轴线测量的方法
本工程使用的测量仪器和设备主要有全站仪、水准仪、光靶测量板等。
设置在管道内的接收激光束的光靶传感器和数据处理系统组成了顶进姿态测量的控制系统，用来测量安装在工具管切削舱上的测量板的垂直和水平位移、激光入射水平角以及工具管切削舱仰角和滚动角。操作人员通过远距离摄像监控及微机系统，对测量数据进行处理，并将处理结果（工具管的轴线偏差）显示在操作室的屏幕上，顶进施工人员可以据此对工具管进行纠偏。工具管出洞前，先测出安装在工具管切削舱上的测量板的仰角、滚动角、水平角这3个数据，再测出激光基准点相对于工具管的位置，将上述测量数据输入计算程序，作为工具管初始位置的参数。
在实践中，还采用了测工具管“趋势”的方法。激光束发射到测量板上后，测出光点在测量板上的位置，计算出工具管轴线与激光束轴线的关系、工具管的仰角和滚动角，控制系统会计算出测量板对应的顶管轴线与顶管设计轴线的偏差值。通过工具管实际轴线与设计轴线夹角，可以预测出工具管切削舱的偏差趋势。通过这些显示在顶管机操作屏上的数据，施工人员可以及时调整工具管的顶进方向，将轴线偏差控制在合理的范围内。
3.2 轴线纠偏
顶进轴线的纠偏主要是通过工具管尾部的纠偏系统进行的，方法是通过调节纠偏千斤顶的伸缩量，改变工具管的姿态，使顶进轴线逐步向设计轴线靠拢，达到纠偏的目的。例如，当顶进轴线向左的偏移值达到或超过允许值时，即可将纠偏系统左侧的千斤顶伸出一定的量（根据纠偏量的大小确定），然后锁定纠偏系统，通过一段距离的顶进，轴线会逐渐向设计轴线靠近。在进行轴线纠偏时，还可以结合工具管的姿态进行。根据工具管姿态的变化，可以确定顶进轴线大致的发展趋势，从而提前对轴线进行微量纠偏，这种方法的好处是纠偏缓和、轴线平滑[3]。
根据现场竣工测量及第三方监测的监测结果，本项目的管道轴线误差均小于3 cm，远小于允许值。
3.3 工具管旋纠偏
工具管的刀盘在切削正面的土体时会产生扭矩，这会导致工具管产生旋转。由于刀盘正反转均可以出土，故通过控制工具管刀盘的正向转动和反向转动的交替使用，就可以纠正工具管的旋转。工具管旋转角度较大时，可能会对相关的设备和机械的运行造成不利影响，因此在本工程中设定了工具管的允许旋转角度≤1.5°，当转角达到1.5°时，工具管的自动控制系统会报警，提示操作人员切换刀盘旋转方向，进行反转纠偏[4]。
结语
长距离顶管施工技术中，采用结构设计的方式，对于最后的施工质量的保证是非常有效的。做好施工的保障是进行结构设计的重点，长距离顶管管体结构的设计，可以从管体、钢筒和钢筋骨架网等进行研究，注重有效防止水渗透，强化管道的密封性。这对于提升市政施工水平具有重要意义。
参考文献
[1]赵诗路,张姗姗.市政给排水施工中的长距离顶管施工技术分析[J].科学与财富,2018,(33):256.
[2]李鹏.市政给排水施工中长距离顶管施工技术[J].价值工程,2018,37(30):137-139.
[3]张焕春.市政给排水施工中长距离顶管施工技术的应用[J].数字化用户,2018,24(47):29.
[4]李开星.市政给排水施工中长距离顶管施工技术研究[J].建筑工程技术与设计,2018,(29):2286.
论文作者:祝俊荣
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第36期
论文发表时间:2019/4/30
标签：轴线论文; 泥浆论文; 工具论文; 注浆论文; 测量论文; 顶管论文; 工程论文; 《建筑学研究前沿》2018年第36期论文;