不开槽施工技术在市政管道施工中的实践分析

丁伟东

摘 要：近年来，我国城市发展迅速，城市人口、规模不断扩大，地下管网交织密布、部分管路出现老化现象，部分城市出现内涝现象，制约了我国城市安全发展。然而，在市政管道的施工中，不管是对原有管道进行修复，还是对新管道進行铺设，都使城市商业活动、环境以及交通受到影响。为将其影响降到最低，本文以广州市白云区云城东路污水管道完善工程施工为背景，对不开槽施工技术在市政管道施工进行探讨，旨在为今后市政管道施工奠定基础。

关键词：市政管道;非开挖施工技术;顶管

0 前言

在现有城市排水体制下，水环境污染较为严重，需对城市老化管路进行修复，因地制宜的改善排水体制。若采用管道开槽施工，既导致周围商业活动和交通受到影响，还会干扰周围居民出行、生活。借助不开槽施工技术以少开挖或不开挖为主要原则，常采用顶管法、定向钻、夯管法以及内衬法等施工方法对市政管道进行维修、替换或者铺设施工。不开槽施工技术与管道开槽施工技术相比，具有影响小、干扰小、速度快的优点，除此之外，以不开槽施工技术组织施工，不但会减少上层土层受到的扰动，还可以对管道进行防护，使其使用寿命进一步提高。由此可知，在对市政管道实施施工时，采用不开槽施工技术，可以使其社会效益和经济效益进一步提高。

1 项目概况

云城东路是广州市白云区的一条市政道路，连接机场路与黄石路（东），北延线通往永平街道，道路周边环境及地下管线复杂，人流量大，施工区域不具备封闭道路开挖的条件，故采用顶管法施工。广州市白云区云城东路污水管道完善工程包含三大段，管径均为DN800，总长度约1.2 km，具体施工范围分别为：①起点位于金园路与云城东路交叉口，终点位于云城南四路与云城东路交叉口;②起点位于白兰花园停车场西侧，终点位于云城南一路与云城东路交叉口;③起点位于惠民二手车，终点位于黄石东路与云城东路交叉口。

2 顶管施工工艺

2.1 工作井、接收井逆作法施工

本项目采用逆作法护壁施工工作井、接收井结构。土方开挖采用人工配合机械分层作业，每层开挖深度不超过1.0 m，每层开挖完成后及时施做井护壁混凝土。在一般土层中每次开挖的深度宜为1.0 m，在不利地质区每次开挖的深度宜不大于0.5 m。每节护壁墙完成闭合且混凝土强度达到设计强度的75%以上后，开始进行下一节护壁井内土方开挖及护壁墙施工;依次循环施工直至设计井底。

工作井、接收井开挖中遇到不可切断或不能迁移的管线（供水、供电、电信、燃气及其他）时，可针对不同管线性质、管道材质、管径等点采取悬吊法保护管道，延着被保护管长方向，间距2 m布置横向36a槽钢，槽钢与地面之间有22×160×2 500 mm的枕木，通过16 mm厚钢板悬挂，被保护管道通过在悬吊过程中确保悬吊件与被保护管道直接接触，应加木楔体。

2.2 顶管施工

2.2.1 顶管顶力计算

（1）顶进总顶力计算：

根据勘察结果，施工段均属于粉质黏土。顶管施工段最大段长部位为JW172-JW320，管径800 mm，长度78.1 m，按如下计算公式进行计算顶进的顶力，具体如下：

F0=π·D1·L·fk +NF，NF=1/4·π·Dr2·rs·Hs

式中：

F0—总顶力标准值（kN）;

D1—管节外径（m），本项目D1为0.96（m）;

L—管道设计顶进长度（m），本项目L为78.1 m（JW172-JW320）;

fk—管道外壁与土的平均摩阻力（kN/m2），取6.0 kN/m2;

NF—顶管机的迎面阻力（kN）;

rs—土的重度（kN/m3），取18.8 kN/m3;

Hs—管中心埋深（m），取6.32 m。

F0=3.14×0.96×78.1×6.0+1/4×3.14×0.982×18.8×6.32=1 502.12 kN

（2）后靠背承载力计算：

后靠背采用高3.5 m，宽3 m钢筋混凝土，厚50 cm，配筋为水平向配筋C16@100和纵向配筋C16@100执行。

R=A×b×（γ×H2×KP/2+2×C×h×√KP+γ×h×H×Kp）

式中：

R—总推力的反力（一般大于顶管总推力的1.2～1.6）;

A—系数（1.5～2.5），此处取2;

b—后座墙的宽度，本项目b为3 m;

γ—土的重度kN/m³，此处取19.4;

H-后座墙的高度，本项目H为3.5 m;

KP—被动土压力系数，此处取1.65;

C—土的内聚力，此处取25.4 kPa;

h—地面到后座墙顶部土体的高度，4.3 m。

R=2×3×（19.4×3.52×1.65/2+2×25.4×4.3×√1.65+19.4×4.3×3.5×1.65）=4 912.08 kN

计算得，R=4 912.08 kN>F0=1 502.12 kN，后墙背顶力满足要求，且安全有效。

（3）管道允许顶力计算：

顶管管材采用d800Ⅲ级钢筋混凝土管，顶管穿力面允许最大顶力可按下式计算：

Fdc=0.5φ1φ2φ3fcAp/γQdφ5

式中：

Fdc—混凝土管道允许顶力设计值（N）;

φ1—混凝土材料受压强度折减系数，本项目取0.90;

φ2—偏心受压强度提高系数，本项目取1.05;

φ3—材料脆性系数，本项目取0.85;

φ5—混凝土强度标准调整系数，本项目取0.79;

fc—混凝土受压强度设计值（N/mm2）;

Ap—管道最小有效传力面积（mm2），Ap=π×（1 0002-8002）/4=282 600 mm2;

γQd—顶力分项系数，可取1.3。

Fdc=（0.5×0.9×1.05×0.85×23.1×282 600）/（1.3×0.79）=2 552 903.7 N=2 552.9 kN>F0=1 502.12 kN，管道允许顶力满足要求。

2.2.2 顶进施工

本工程顶管进出洞口采用两排Φ500@350 mm高压旋喷桩加固土体，搭接150 mm，加固范围为管外径上下左右侧各1.0 m。顶管机初始顶进是顶管施工的关键环节之一，在顶管机出洞前，重点对洞圈外部土体的加固效果，仔细检查洞口处安装的环形橡胶止水圈的止水效果，该止水圈不仅可以阻止洞门处的水土顺着工具管的外壁与洞门之间的空隙涌入到工作井内，还可以防止顶进过程中减摩泥浆从空隙处流失，形成完整的泥浆套减小顶进阻力。顶管出洞时，连接机头处的混凝土涵管应与机头刚性连接，从而提高顶进作业的直线度。顶管刚出洞受周边环境条件、顶管长度、机头重量、洞口土体扰动、参数设定值等因素影响，顶管机头部还是会经常向下倾斜，遵循“勤测量、勤纠偏、微纠偏”原则，通过采取控制出土量、保持匀速前进、调整顶进合力等措施控制其前进的姿态和方向。

2.2.3 頂进纠偏监控

测量靶的网格尺寸通常为10 mm，顶管机的斜率可以通过顶管机测量靶的激光点偏移量计算，并按计算值相应调整纠偏千斤顶组，控制顶管机的推进方向。鉴于顶管机的机头处安装有测量靶，可以将激光全站仪放置在顶管机后的观测台上，按设计坡度发出的激光束不仅能够作为管道中心线，还可作为顶进的导向基准线。正常施工时，激光光斑中心应与测量靶中心相重合;当顶进过程中出现偏位，测量靶中心就会与光斑中心偏离，偏离信号将传送到操作台的监示器上，操作人员纠正顶进方向，确保顶管机沿着激光束的方向正常前进。

2.2.4 触变泥浆减摩

本工程顶管施工中，利用触变泥浆在混凝土管周围形成浆套减小钢管外壁与地层之间的摩擦力，是长距离顶管施工至关重要的技术措施。在顶管施工过程中，通过多点对称压注的方式向管节的外壁压注适量的减摩泥浆，使得管节外壁和周围地层间的空隙都均匀的填充了泥浆，降低了管节与周围地层的摩擦阻力。坚持“先压后顶、随顶随压、及时补浆”的压浆原则，保证压浆泵的输出压力维持在0.3 MPa～0.4 MPa。

工序：地面拌浆→浸泡水发→开压浆泵→开送浆阀→送浆（顶进作业开始）→关管节阀门（顶进作业停止）→关总管阀门→拆除井内快速接头→下管→总管接长→循环施工。

2.2.5 触变泥浆置换

为防止管道顶进结束后出现滞后沉降的现象，需要用1：1纯水泥浆及时置换出顶进过程中的触变泥浆。从第一节管节开始向后压注置换的水泥浆，在前一节管压注水泥浆时，应开启后续的管节压浆孔，在新注入水泥浆的压力下，管路中原有的触变泥浆会从后续管节的压浆孔内陆续溢出，直到所有的注浆孔内流出的都是水泥浆，便可以停止压注水泥浆，保证用水泥浆完成全部触变泥浆的置换。

3 本工程采用顶管法施工与管道开槽施工可行性对比

4 结束语

综上所述，市政管线施工不开槽施工与管道开槽施工的选取要结合现场的实际情况及经济条件，对于已通车道路且交通繁忙不具备封路施工、地下管线较多、地下水位较高且无降水条件时，应优先选取不开槽施工技术。

参考文献：

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[2]夏金龙.非开挖施工技术在市政管道施工中的实践[J]. 建筑工程技术与设计，2017（17）：4199.