市政给排水施工中长距离顶管施工技术的研究与应用

梁薇

（亳州市公用事业管理服务中心,安徽 亳州 236800）

现代化城市在发展、建设与规划中不断完善,与此同时,居住在城市中的社会群体的生活质量也在这一过程中呈现了显著提升趋势[1]。尤其是市政工程中的给排水建设,更是对城市整体经济的发展起到了推动作用。在新时期背景下,我国开始执行并逐步落实市政给排水工程可持续发展建设工作,但在逐步实施中发现,市政单位在开展此类工程项目的施工时,明显还存在一些不足,为了解决此种问题,提高给排水工程的综合效率[2],本文将引进顶管施工技术,对中长距离的给排水工程施工方法展开设计研究。

1 长距离顶管施工技术应用优势

综合城市发展现状与市政工程实施现状而言,在城市地面上进行直接开挖施工是不现实的,按照传统的施工方法进行地上施工,不仅会对城市道路交通造成拥堵问题,还会影响城市的形象[3]。而现有的给排水施工技术大多都无法满足地下施工作业要求,在此种情况下,市政工作人员需要加大对新技术的引进。基于此,施工方提出了针对市政工程项目的顶管施工技术,此项技术的应用,不仅为给排水工程的顺利实施带来了希望,也指示了相关工程的优化发展方向。

在施工过程中,长距离顶管施工技术的一项重要优势是满足施工的非开挖作业需求。相比传统的开挖施工技术,此项技术在经济层面、安全性层面、适用性层面,都存在显著的优势[4]。而在此过程中提出的非开挖施工,便是指在工程施工作业时,地下管线埋设、地下电缆更换、检修等工作内容,在不开挖或微开挖的条件下完成施工。

总之,此项技术是一项操作十分便捷的施工技术,甚至在施工中可以对障碍物进行主动躲避,以此种方式可以避免施工行为对工程所在区域的交通造成影响。

2 市政给排水施工中长距离顶管施工技术

2.1 市政给排水施工中长距离顶管施工工艺流程

针对市政给排水施工项目,在引入长距离顶管施工技术后,首先确定其具体的工艺流程。基于以往顶管施工的实践经验,针对长距离顶管工艺进行精细梳理和优化,并形成更加科学、合理的施工工艺流程[5]。在确定工艺流程时,将各个工艺内容的紧凑性提升、顶管质量控制以及顶进过程纠正强化作为目标。在具体开展施工前,需要明确不同工艺流程,并采用科学选择施工设备,同时为了确保整体施工的顺利进行,还需要综合考虑施工区域内地理环境的基础上,对上述工艺流程进行适当调整,并同步完成测量、导轨铺设等辅助工作。除此之外,提高对注浆环节的重视程度,在确保注浆材料选择合理的前提条件下,开展注浆作业,并根据前期监测得到的相关数据,对施工中土压力、泥浆注浆量等参数进行调整。

2.2 顶管施工工程注浆减摩与注浆控制

在确定施工工艺的具体流程后,为了确保市政给排水施工质量的进一步提升,还需要实现对顶管施工工程注浆减摩和注浆控制。在注浆前完成泥浆正循环清孔处理,图1 为正循环二次清孔原理示意图。

图1 正循环二次清孔原理示意图

在开展注浆工作时,在具体施工中只需要一台设备,但需要严格按照施工设计方案给出的注浆材料混合比例完成对泥浆的制备[6]。同时,完成制备后的泥浆也需要再进行试验,且保证试验合格后,才能够实际应用到顶管施工当中。通常情况下,注浆时泥浆的配比应为膨润土：水=1:10,若注浆是在砾石层上进行,则其混合比应为膨润土：水=1:8,触变泥浆的比重应当控制在1.04g/cm3～1.06g/cm3范围内。在对泥浆制备时,为了降低注浆摩擦,对泥浆制造的工艺进行优化。

首先,选择用于泥浆制备的搅拌缸,向搅拌缸当中添加所需物料,若钠基膨润土的质量为Akg,则水的质量应为10·Akg。

其次,对搅拌缸当中的物料进行搅拌,搅拌时间需要控制在5min 以上[7]。

再次,针对混合后的物质浓度进行测定,在确保其浓度在1.04g/cm3～1.06g/cm3范围内后,认为完成对泥浆材料的制备。

最后,在泥浆使用前,还需要再次进行搅拌,再将其应用到长距离顶管施工当中,完成注浆施工。图2 为长距离顶管施工工程注浆孔布设示意图。

图2 长距离顶管施工工程注浆孔布设示意图

在注浆施工过程中,注浆体系包含灌浆设备、管道、阀门等,为了确保其相互之间的配合并顺利完成注浆任务,需要对其进行合理控制。

首先,针对注浆管的安装位置以及间距等参数进行控制。在每个施工段设置三个灌浆孔,每个角度各设置500 个[8]。将两个断面之间的间隔设定为7.0m。

其次,对注浆的时间和压力控制。在实际施工中,需要确保每个注浆孔的灌浆时间不超过3min,并且确保泥浆的连续性和灌浆的压力。为了减少注浆时的脉冲,可选择用三活塞式变量灌浆泵替代以往长距离顶管施工中使用的双活塞定量泥浆泵,以此确保泥浆的连续供应。

2.3 施工中的土压平衡控制

在进行长距离顶管施工过程中,结合施工现场的实际地层特点以及以往顶管施工经验,对土压平衡进行控制,并对施工中的关键参数进行细化。在实际施工中,需要结合土的性质,在必要情况下需要对土压力进行实时监测,若土压力超出规定的标准范围,则需要采取合理的措施对其进行调整。

具体而言,在实现对土压力平衡控制时,只需要考虑到顶管机施加的压力,明确土压的控制与顶进速度之间的关系。若在施工中输送机排出去的土壤量为恒定不变,则此时说明顶进的速度与土压力成正比例关系,为了确保对输送机的土压力控制具有持续性,需要将顶进速度控制在合理范围内。若是概念股中推进的速度保持不变,则此时土压力与输送机排除的土量将成反比例关系,并且控制的特征变化相对平缓。在初始顶进的过程中,还需要对其进行重复测试。正常情况下,能够达到土壤质量的85%～100%时,则会被认为是正常现象。为了在施工过程中进一步测定土壤的排放量是否达到标准,还可以结合地面沉降确定是否有必要增加或减少土壤排放量。图3 为长距离顶管施工中土体沉降横断面方向分布示意图。

图3 长距离顶管施工中土体沉降横断面方向分布示意图

根据市政给排水施工的设计要求,土体的沉降应当在-5mm～+5mm 范围内。同时,当地面出现隆起时,则应当适当增加土壤量；当地面上出现沉降时,则应当适当减少土壤量。

3 工程应用分析

为证明设计的施工技术应用方法具有一定可行性,下述将以某地区污水管网工程为例,按照本文设计的施工方法,对此工程项目进行施工。

本文所选的工程项目位于该地区滨海道路三标段,在市区中心道路的西侧,属于污水管网工程的核心部位。根据施工方所述内容,施工段的工程桩号范围为：3H+480～7H+475,施工段全长约为4200m,主要施工管径包括D-800（156m）、D-1000（2388m）、D-1500（1123m）,施工段中共包括28 座沉井,其中14 座沉井为工作井,另外14 座沉井为接收井,井内全部为混凝土钢筋结构支撑。通过对工程施工区域基本概况的描述,设计此次施工顶进区间范围,具体内容见表1。

表1 施工顶进区间范围

根据长距离顶管施工划分标准,明确此工程中WJ02-WJ03、WJ03-WJ04、WJ04-WJ05 属于中长距离顶管施工作业范围,通过对地质层的描述可知,此施工段中的地层变化较为复杂。

为了满足工程施工基本需求,应在施工作业前,对施工机械进行选型,优选满足或符合此次工程施工需求的机械设备,所选机械见表2。

表2 长距离顶管施工机械准备

在施工前,需要进行机械设备的校准与核查,确保机械设备可以在使用中发挥预期效能后,按照本文设计的方法,进行此工程项目的施工。

在顶管施工前,沿着工程施工的顶进方向布置若干个测点,在施工时,实时使用压力测量装置与高程测距仪器,对测点进行测量,将土地高程形变量（顶起高度）作为评价顶管施工技术可行性的指标。将测点土体的变形绘制成折线图,见图4。

从图4 所示的实验结果中可以看出,所有测点土体的变形均满足±5.0mm 范围要求。因此,可以认为本文设计的施工方法在实际应用中具有较好的施工效果,可以满足或实现不封道施工要求,且施工过程不会对周边居民环境造成影响。

图4 顶管施工过程中测点土体变形

4 结论

为了提高城市排水能力,几乎所有城市都开展了市政给排水工程建设工作,在执行此项工作的同时,处理城市污水,完善市政排水管道工程。为了全面落实此项工作,本文引进顶管施工技术,对中长距离的给排水工程施工方法展开设计研究。将此项技术在真实的工程项目中进行应用,证明了此项技术的应用具有可行性,可以满足不封道施工要求,从而发挥顶管施工技术更高的应用价值。