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市政给水排水管道不开槽设计及施工技术探索

发表时间：2020/8/11 来源：《基层建设》2020年第10期作者：刘代俊1 李立2

[导读] 摘要：在施工过程为能够保障城市交通基本运行,以固定开挖路线代替全线开挖的方式，从而使得市政给水排水管道施工能够更加顺利的进行。

        1武汉顺成路桥设计咨询有限公司湖北武汉 430000
        2武汉市政工程设计研究院有限责任公司湖北武汉 430000
        摘要：在施工过程为能够保障城市交通基本运行,以固定开挖路线代替全线开挖的方式，从而使得市政给水排水管道施工能够更加顺利的进行。不开槽设计由于其自身施工不影响交通、能有效的穿越公路、铁路等障碍的特点在市政给排水管道设计施工中得到了广泛的应用。
        关键词：市政；给水排水；不开槽设计；施工技术
        1 市政给排水管道的不开槽设计分析
        1.1 不开槽管道技术方法
        管道的不开槽技术方法很多，运用较广泛的有浅埋暗挖法、顶管法、非开挖定向钻进工艺、盾构法等。
        1.2市政给水排水管道不开槽设计的要求
        设计人员在设计中要掌握详尽的勘查材料，立足于系统工程的维度，联系当地的现实状况以真实情形为基础实施给排水管道设计，将工程技术、社会经济、环境保护等多方面因素综合地融合到市政给排水管道不开槽设计中，起到设计切实指导工程施工的作用。在给排水管道设计中应遵循以下基本原则。
        （1）对给水排水管道的质量严格控制
        （2）对施工设备管理进行加强
        （3）选择合理的顶管顶进方法
        2 市政给水排水管道不开槽施工技术要点分析
        2.1 浅埋暗挖施工技术
        浅埋暗挖施工技术是一项较为先进的不开槽施工技术，其特点是开挖作业与管道铺设可以同时进行，省去大量的人物力投入，适用于建筑物密集，人口稠密等特殊的城市地段。在进行浅埋暗挖施工作业时，要做好导轨和顶铁的安设。导轨的安装要依照相应的设计方案要求，来设置相应的导轨坡度。一般来说，导轨的材质最好是选择钢质材料，这样能更好地确保导轨的刚强度符合项目建设标准。顶铁在安设时，要对外部顶力的需求进行充分的考虑，以管道位置为基准进行轴线的安设，轴线可以与管道呈水平位置，也可与管道呈对称位置，具体情况，可按照施工需要进行选择。安设好的导轨和顶铁在连接时应保持顺畅，确保力度的均匀分散，避免出现阻滞问题，让两者的传力、受力更加均衡。在展开顶进作业时，要尽可能地减少在顶铁位置的停留时长，并且要对顶铁进行定期的观察，确保其位置的正确性，使其处于正常的状态，还可以使用一些缓冲材料来减小导轨与顶铁之间的摩擦。

        图1管道与检查井预留洞连接
        在该技术施工方案下，还要做好管道与检查井预留洞的有效连接（图1）。运行其中的千斤顶应与管道中心垂直对称，在退回千斤顶活塞时，更要力度均衡，避免造成管道的人为破坏。
        2.2 顶管施工技术
        顶管施工法是先在工作井内设置支座和安装主千斤顶，所需铺设的管道紧跟在工具管后，在主千斤顶推力的作用下工具管向土层内掘进，掘出的泥土由土泵或螺旋输送机排出或以泥浆的形式通过泥浆泵经管道排出.，推进一节管道后，主千斤顶缩回，吊装上另一节管道，继续顶进。如此往复，直至管道铺设完毕。管道铺设完毕后，工具管从接收井吊至地面。
        常用的顶管施工工艺分为土压平衡式顶管工艺及泥水平衡式顶管工艺、气压平衡式顶管等三种。
        （1）土压平衡顶管的基本工作原理是先由工作井中的主顶进油缸推动顶管机前进，同时刀盘旋转切削土体，切削下的土体进入密封土仓与螺旋输送机并被挤压，形成一定的土压；再通过螺旋输送机的旋转，输送出切削的土体。控制螺旋输送机的出土量或顶管机前进速度，来控制密封土仓内的土压力值，使此土压力与切削面前方的静止土压力和地下水压力保持平衡，从而保证开挖面的稳定，防止地面的沉降或隆起。
        （2）泥水平衡式顶管机是在加入添加剂、膨润土、粘土以及发泡剂等使切削土塑性液化的同时，将切削刀盘切削下来的土砂用搅拌机搅拌成泥水状，使其充满开挖面与管道隔墙之间的全部开挖面，使开挖面稳定。
        （3）气压平衡顶管机的基本工作原理是通过作用于临时掘进工作面的气体压力来阻止地下水。在整个掘进工作面的高度范围内，作用的气体压力是相等的，但地下水的压力是有梯度的，因此在工具管道的顶部就形成了超过平衡气体压力的压力超压区，在这个压力区下，土层空隙的水被挤出，地层由饱和区过渡到不饱和状态，从而起到平衡挖掘面的作用。
        2.3非开挖定向钻进工艺
        非开挖定向钻进工艺又称拖拉管施工，是将石油工业的定向钻进技巧与传统的管线施工方法相联合的一项施工新工艺，近几年被广泛用于市政、电信、电力等多种地下管线的建设中。
        非开挖定向钻进施工是将定向钻机设在地面上，在不开挖土壤的条件下，采用探测仪导向，把持钻杆钻头方向，达到设计轴线的精度要求，经多次扩孔，拖拉管道回拉就位，完成管道敷设的施工方法。
        按照设计管道水力坡度来设计钻进轨迹，同时还应考虑避开穿越区域的地下管线，还要考虑到水文地质、地面环境、铺设管道的管径材质、穿越长度深度、钻机的性能等因素。
        非开挖定向钻进工艺流程如下：
        （1）准备工作
        前期调查：进场后调查施工范围内地下管线情况，摸查清楚后才能进行施工。
        方位定位：根据施工图纸，进行测量放样。并根据施工范围的地质情况、埋深、管径和一次牵引的管道长度，并设计好钻杆轨迹。
        （2）打导向孔
        定向钻机采用钻进液辅助碎岩钻头钻压从钻杆尾部施加。钻头通常都带有一个斜面，所以钻头连续回转时则钻出一个直孔，而保持钻头朝某个方向不回转加压时，则使钻孔发生偏斜。探测器或探头可以安装在钻头内，也可安装在紧靠钻头的地方，探头发出信号，被地面接收器接收或跟踪，从而可以监测钻孔的方位、深度和其它参数。在不能稳定跟踪钻孔轨迹的地方，或因钻孔深度太大，用无线电频率方法难以保证定位精度的地方，也可采用有缆式导向系统。
        首先将探测棒插入导向头内，导向头后端与钢管连接，然后用顶管机给钢管施加压力，推进导向头，将导向头打入地下；导向仪可随时接收导向头的方位与深度，顶管机可根据此信息及时旋转导向头，使导向头随时改变深度和方向，在地下形成一条直径为100mm的圆孔通道，孔道中心线即为所需敷设管道的中心线。
        （3）扩孔、成孔
        在孔洞形成后，将导向头卸下，装上一钻头，钻头孔径比孔洞大1.5倍，然后将钻头往回拖拉至初始位置，卸下该钻头，换上更大的钻头，来回数次，直到达到规范要求。为了防止塌孔，在注射的水中加入外加剂，外加剂相关指标参照规范，该外加剂有固化洞壁。润滑钻杆等作用。
        （4）牵引管道
        钻孔完成后，将管材按连接成规范许可的长度，将管材两端封闭，一端与钻头相连，将其一次性拖入已形成的孔洞中，即完成整个埋管工序。
        3.细部构造施工
        3.1顶管和盾构后背墙施工
        在进行顶管和盾构的后背墙施工时，首先，应根据顶管、盾构所允许的最大顶力要求值，来进行后背墙结构刚强度的设计；其次，要做好后背墙墙面的平整清洁工作，确保后背墙墙面的平整坚实；最后，后背墙的位置要与顶管的掘进轴线相垂直，只有这样才能确保作用力得到良好的传递，起到良好的后背支撑效果。
        在施工之初，相关的施工人员要对后背土体的质量强度，允许抗力等进行相应的计算，如果计算值小于国家的标准要求，那么就要根据施工实际对后背土体进行加工作业。当后背墙采用的是装配式模式时，可以按照相关的施工要求对其中的钢板、型钢、方木等进行合理的组装，并在工作坑底的500mm处展开安装作业，在安装的过程中要确保各组装配件的一致性，减少组装缝隙的产生，当后背墙土体与后背墙之间存在间隙时，应使用砂石等材料进行相应的填充，然后再展开相应的盾构作业。
        盾构作业是一种综合性的作业方式，可以将地下掘进和衬砌融为一体。切削环、支撑环、衬砌环是其重要的构成部分（图2）。
        3.2工作井洞口施工
        在展开工作井洞口施工时，要按照施工方案事先预留出相应进洞口、出洞口位置，同时还要对洞口处土体的质量强度、渗水情况进行摸排，确保洞口土体的稳定性，当洞口土体的质量不符合要求，稳定性较差时，要对洞口土体进行相应的改良、加固，进一步增强洞口土体的稳定性。在进行临时封门设置时，应对可能出现的土层变形问题进行预估，做好施工安全防范，设置的临时封门既要质量达标，又要便于拆除。

        图2盾构结构示意
        3.3 顶进施工
        顶铁和千斤顶是市政给水排水管道不开槽顶进施工中极为重要的2个要素。首先，顶进作业时要减少在顶铁上的停留时间，同时要对顶铁的状态进行间隔式的定期观察，确保顶铁的状态稳定；其次，千斤顶的位置要与管道的中轴线垂直对称，千斤顶的所有油路系统都需要进行相应的并联，只有这样才能合理、准确地控制进油、回油进程。
        结束语
        市政给水排水管道不开槽设计及其施工技术的应用，可以极大地保证城市交通的正常运行，同时还可以降低施工成本，提高建筑工程施工质量。当然市政给排水管道不开槽设计和作业并非简易的工作，其施工技术和质量控制牵涉到诸多层面。因此，在作业实践中应整体考量各种要素，基于工程的现实状况编制科学的施工计划，而且严控作业质效，管控施工机械品质与作业材料，从而促进城市的给排水建设能更加完善。
        参考文献
        [1]李慧.市政给排水工程造价控制与管理的措施[J].工程技术研究，2016（6）：130，134.
        [2]敬锋.探讨市政排水管道不开槽设计及施工技术要点[J].四川水泥，2014（8）：122.