浅议非开挖地下顶管施工技术在东营市政

　　摘要东营市五六干合排截污工程在顶管穿越西四路的实施过程中，无开挖地下顶进钢筋混凝土管管径DN900mm的长度50米，DN1200mm的长度160米。该项目工程在顶管长度和施工质量方面均刷新了东营市的行业记录，是东营市在复杂的地质条件下顶管施工的一大成功范例，现从顶管工艺应用背景、技术方案和施工过程等方面作技术总结。
　　关键词顶管施工软土层西四路
　　一概述
　　东营市一直采用传统的挖槽埋设地下管线的施工方法，其主要缺点是对地面交通的影响极大，使市区交通更加拥挤，同时也给市民的工作和生活带来诸多不便，也容易造成路面质量下降，缩短使用寿命，尤其是市政工程施工中影响更大。本文结合五六干合排截污工程施工中的具体情况，探讨一下非开挖技术在东营地区的应用。如今，在省内的大中城市，非开挖技术的应用已相当普遍，其中顶管施工是继盾构法之后发展起来的一种地下管道施工方法，也是使用最早的一种非开挖施工方法，它可以用于无套管情况下顶进永久性的公用管道，主要是重力管道。现就顶管施工的原理和具体在东营地区的应用进行探讨。
　　顶管施工就是借助于管顶油缸以及中继间的顶进力,把工具管或顶管掘进机从工作坑内穿过土层一直顶进到接收坑内。与此同时,把紧随在工具管或掘进机后的管道埋设在两工作坑之间。一个完整的顶管施工主要包括以下几个部分:工作坑和接受坑;顶管掘进机（液压千斤顶）;顶铁;基坑导轨;后座墙;顶进用管;输土装置;地面起吊设备;测量和校正系统;注浆系统;供电和照明系统;通风和换气系统;辅助施工。
　　一个完整的顶管施工流程见图:

       
　　二顶管施工的特点
　　顶管施工与开挖施工法相比,具有以下优点:①开挖部分仅有工作坑和接受坑,而且安全、对交通影响小；②在管道顶进过程中,只挖去管道断面部分的土,挖土量小；③作业人员少,工期短;④建设公害少,文明施工程度高；⑤在覆土深度大的情况下,施工成本低。
　　但是,在东营市内进行顶管施工还存在诸多困难,需要施工技术人员依据现场实际情况定夺:
　　①东营市地下情况复杂，而顶管施工遇到曲率半径小而且多种曲线组合在一起时,施工就非常困难；②东营市地下水位高，土质松散，而顶管施工在软土层中容易发生偏差,而且校正这种偏差又比较困难,管道容易产生不均匀下沉；③推进过程中如果遇到障碍物时,处理这些障碍物则非常困难；④在覆土浅的条件下显得不很经济。
　　三顶管技术在五六干合排截污工程中的应用
　　1工程概述
　　五六干合排截污工程南岸截污管道穿越西三路、嵩山路、西四路等几条主干道，现以西四路为例作介绍。该截污管线原设计为HDPE双壁缠绕管，管径为DN900和DN1200，穿越时改为DN900和DN1200钢筋混凝土管。西四路施工现场情况：西四路路口东侧新建管道南侧分布九层高的日新大厦，西四路已建泵站以及大量的地下管线和构筑物。为避开道路两侧建筑物和日新大洒店地下采暖管道及其它地下各种管道，西四路穿越方案设计，从西四路桥西26m（SS13检查井西13.8m）开始至西四路桥东140m(SS17检查井西23.7m)结束，全长210m。该段起点管底标高1.53，终点管底标高为1.24。该段地质条件均为粉土和粉砂，地下水位较浅，距地表约为2米。由于原设计位置新建管道与原西四路排水管道标高冲突，穿越时将管道中心线位置移至五六干合排南岸二滩中心位置，位于西四路桥排桩中间。该段分4段进行穿越，设4个工作井，1个接收井。
　　2顶管工作坑的布置及工作坑的设计
　　⑴工作坑的设置。工作坑的位置要根据地形、管线设计、地面障碍物等因素决定,是顶管施工现场设置的临时性设施。在顶进过程中,顶管的管节从外面吊入工作坑内安装顶进,管内的出土工作坑提升到地面上运走。本工程根据具体情况共设置双向顶进工作坑1座,单向顶进工作坑3座。
　　⑵工作坑的尺寸设计。工作坑的施工成本,尤其是埋深较大时,在总成本中占较大的比重。因此,在施工前期准备设备时,最大限度地减少顶进设备的尺寸,以减少工作坑的尺寸,最终降低工作坑的施工成本。
　　工作井尺寸根据顶进设备及管道直径设计尺寸，工作井长度（L），工作井宽度（B），放坡度（C）；
　　L：后背厚度a＋千斤顶的长度b＋管头顶铁厚度c＋单节管长d＋顶进管道管空间系数e
　　L＝0.8＋1.6＋0.3＋2＋0.3＝4.8m
　　B＝管道外径＋2*管道两侧工作空间＝1.44＋2*0.8＝3.04m
　　C＝根据本工程土质状况放坡坡度为1:1
　　为了有良好的受力状态，基坑设为圆形内径取5m。
　　⑶工作坑的支护。工作坑是顶管工作活动最集中的地方,是管道顶进的关键部位。工作坑的支护对提高管道顶进质量和确保施工安全至关重要。在本工程中,由于管道埋设较深,沿线大多数井深为5.6m～7m,且土质情况较差,经方案比较采用粉喷桩护壁的方法修建工作坑。
　　⑷工作坑基础。为防止工作坑地基沉降,导致管子顶进产生偏移,需在坑底修筑基础或加固地基,本工程由于管段处于地下水位以下,故采用混凝土基础。
　　⑸顶进力计算及后背设计。
　　后背墙与后背是千斤顶的支承结构,为了保证顶进质量和施工安全,需进行后背的强度和刚度计算,后背设计根据承受荷载、顶力大小而设计。本工程是将工作坑的混凝土护壁墙作为千斤顶的后背墙。
　　⑹工作坑的垂直运输。
　　地面与工作坑底的土方,管子和顶管设备的垂直运输采用简易龙门和卷扬机,并搭设钢轨横梁作为地面工作平台。
　　3顶管作业（关键工序）
　　管道顶进的过程包括挖土、顶进、测量、纠偏等工序。管节位于导轨上开始顶进至完成这一顶管段止，始终控制这些工序，可保证管道的轴线和高程的施工质量。
　　⑴减阻
　　采用管身涂蜡减阻。
　　⑵顶进
　　顶进也就是把管节沿导轨顶推到已挖好的洞内的作业,顶进操作要坚持“先挖后顶,随挖随顶”的施工原则。千斤顶顶进一个冲程后,千斤顶复位,在横铁和环形顶铁间装进合适的顶铁,然后继续顶进顶铁安装应平直,顶进时严防偏心,以免使顶铁崩出伤人。顶进时注意油压变化,发现不正常时立即停止顶进,并检查原因。在整个顶进操作中应连续作业,若顶进时间间隔过长,土拱容易下塌,使顶力增大。
　　⑶砼套管接续。管节稳定后,在两管节对口的地方按设计要求用沥青麻丝和防渗水泥沙浆填充密封,在管外侧两管节对口处用钢套环连接起来形成刚性接口以避免在顶进过程中产生错口，然后继续顶下一根砼管。
　　⑷土石挖运。管端前部的土石开挖操作,不但直接影响顶进效率,而且更影响质量控制,必须严格按照要求进行挖方。
　　①在规定的范围内开挖,并及时测量开挖方向、角度和高程,修正出现的偏差。
　　②在人工操作机械进行开挖时,应控制开挖幅度,不能搅动管底下部的地基土,保持管壁表面与原地层良好吻合。
　　③根据地质情况,工作面向前挖至0.2—0.4m时,顶进一次,挖出的弃物及时外运。
　　⑸顶管测量及顶管误差
　　顶进施工中：为了使管道按照规定的方向前进,在顶进的过程中必须不断观测管节的轨迹,当发现偏离设计位置时,要及时地进行校正。管线位置发生顶进偏移,称为顶进误差。顶进误差过大校正就困难。因此,必须在误差很小时进行校正。这就要求顶管自始至终都要在测量工作的严格控制之下。
　　①顶进前的测量工作。把地面桩引入工作坑内,在坑内设置管道中心桩和高程桩,以校测顶进管道位置。安装导轨时严格控制中线和高程。顶进过程中的测量工作主要是对工具管和首节管进行测量,首先,管在顶进过程中起导向作用,要求质量高,需频繁观测,每顶进30cm～40cm测量一次,顶进第一节时,每20cm左右观测一次。本工程在坑内采用能校正方向的水准仪进行中线和高程的测量控制,并坚持做到随顶随测。
　　②顶进过程中容易产生误差的原因。地质构造变化,基础土层软硬悬殊;局部障碍物使施力偏向;顶进千斤顶用力不均;挖土操作时的尺寸不合适。
　　③产生误差后的校正方法。挖土校正法:当误差范围在10mm～20mm时,采用在不同部位增减挖土量的办法。强制校正法:当偏差大于20mm时,用挖土法已不易校正,这时采用圆木或方木顶在管子偏离中心的侧管壁土上,另一端装在垫有木板的管前土上,支架稳固后利用千斤顶给管子施力,使管子得到校正。衬垫校正:对淤泥、流砂地段的管子,因地基承载力弱,常出现管子低头现象,这时在采取顶木强制校正法的同时,需在管底下部衬垫砂砾、木板等物,以加强地基的承载力。
　　四结语
　　五六干合排截污工程如何通过西四路，是整个东营市截污工程的重点和难点。这里土质复杂,地下管线交错,施工场所狭小,在顶管施工时碰到大量的困难和矛盾。施工技术人员理论联系实践,灵活运用技术,最大限度地保证了施工质量和进度，并节约了施工成本，同时积累了许多宝贵经验。
　　总之，东营市虽然条件对非开挖技术的应用不是优势，但依然可以利用。非开挖管线敷设工程技术自正式进入工程施工市场至今，以其独到的技术特征与优势，对环境及城市交通影响较小，取得了很好的社会和经济效益，因此已成为城市现代化进程中的一项关键技术，在当今城市建设管网地下化发展的大潮中，非开挖技术对于现代化城市的建设、管理起着极为重要的作用，必将得到越来越广泛地应用，我们相信随着这项技术的不断完善，其在东营市的利用会愈加广泛。
　　参考文献:
　　1.颜纯文,蒋国盛,等.非开挖铺设地下管线工程技术[M].上海:上海科学技术出版社,2005.
　　2.陈礼吉,吕为照.非开挖技术优势及应用[J].建设科技,2004(24):40～41.
　　3.陈仲颐.基础工程学北京:中国建筑工业出版社,1993.
　　4.颜纯文.非开挖管线施工技术的发展及我国对策J.岩土钻凿工程,1998
　　5.赵明华.土力学与基础工程武汉:武汉工业大学出版社,2000.
　　

本文链接：http://www.qk112.com/lwfw/fxlw/qtfx/122788.html