王 智

（安徽省公路工程建设监理有限责任公司，安徽 合肥 230051）

引言

给排水工程是保证城市给水、供水、污水处理的基础，此类项目在施工中，不仅要做到对工程质量全面的、严格的把控，确保工程的各项质量达到国家规定的要求，又要保证工程的按时完工[1]。为解决传统施工技术在应用中存在的不足，在此期间，有关单位要对城市给水工程中出现的各种问题和缺陷进行了分析，例如：施工中设备运行中存在高损耗问题、建设工程项目的有效使用寿命较短等[2]。因此，有必要重视到市政给排水工程的建设，严格按照相关规范进行，为确保城市排水、污水处理等各项工作的实施提供保障。

1 市政给排水工程实例

所选的工程项目为某地区四标段管网工程项目，工程项目施工标号为3K+456-5K+478，通过对施工现场的勘验，明确了该项目的施工段全长为4 092 m，工程全线共由40 个沉井构成，主要包括15 个接收井与15 个工作井[3]。在深入此项工作的研究中发现，施工段共由4 个区段构成，对4 个施工段进行描述，见表1。

表1 市政给排水工程4 个施工段描述

按分级标准，该项目有3 个长距离顶管施工段。

2 市政给排水工程非开挖顶管施工技术

2.1 设置顶管施工导向轨迹

采用非开挖顶管技术，对其进行合理的导向轨道设计是保证其安全运行的前提。与传统的施工工艺相比，采用非开挖顶管施工技术，对管线、重力管等的要求更高。在此过程中，应严格控制导轨轨道设计中可能存在的误差，以有效地掩盖施工过程中的不利因素，减少施工的风险[4]。在对顶管施工导向轨迹设置时，按照图1 所示内容进行。

图1 顶管施工导向轨迹设置

按照设置的导向轨迹，在实际施工中，要求顶管水平条件范围在-12°～+12°以内，调整后的水平精度应当在-30''～+30'' 范围内，两轴跟踪速率在6'/s～8'/s 范围内。采用多个测控机器人在隧道中构成一根支线，将工作井的参考点的工程坐标传至顶管机首棱镜，最后得到目前顶管头的立体定位[5]。同为管线工程，顶管与埋管是完全不同的，它是一种非开挖的管道铺设。在顶管工程中，管身与土体之间的相互作用十分复杂，既要经受岩石的摩擦、土的压力，又要经受管节顶推、管身前面的土压力、地表的载荷[6]。根据最常见的方法，采用一条与管外径相同的假定管沟作为计算方法，其数值偏小。由于顶管施工和矿井掘进工程一样，都是在结构的掩护下进行，但衬板和盾构是静止的，而顶管的管体却在不停地运动，而且要承担轴向的载荷。

2.2 顶管材料选择与焊接、防腐处理

根据施工现场的实际情况以及给排水工程的施工要求，确定管材的具体长度以及直径。在设置顶管长度时，可按照下述公式计算得出

式中：L 为非开挖顶管的长度；l 为实际测量得到的直线距离；τ 为系数，通常情况下，τ 的取值在1.3～1.5 范围内，若顶管施工的深度在4 m 以内，则根据施工参与方的要求τ 的取值最低不小于1.1。在确定顶管横截面的直径时，可按照下述公式计算得出

式中：D 为非开挖顶管横截面直径；B 为工作坑宽度；b为施工区域内安好管节后两侧的工作空间；c 为顶管护壁厚度。在完成对顶管长度和直径等参数的设定后，还需要综合考虑顶管材料的承受力。在对顶管材料承受力计算前，明确顶管上方土体的荷载向相邻土层力量传递的原理，见图2。

图2 顶管上方土体荷载向相邻土层力量传递原理

结合上述传递原理，确定顶管的承受力计算公式为

式中：F 为顶管承受力；F0为初始推力；R 为顶管综合摩阻系数；S 为顶管外围周长；L 为推进长度。根据上述公式计算得出顶管的承受力，在选择顶管材料时确保材料的抗压能力在计算数值之上[7]。顶管由有资质的生产厂家加工，加工后的钢管要经过监督检验，然后进行防腐处理。为了便于焊接，管末端的100 mm处没有进行防腐，在顶管施工中，每隔两个相邻的钢管都要进行一次防腐。

2.3 非开挖顶管顶进施工

顶进施工要根据设计的线路，用超提刀不断向前推进，并密切关注切土刀盘和千斤顶的运行状况，及时进行顶进作业的纠偏，要做到及时、精确，将垂直和横向偏差控制在+30～-40 mm，≤±50 mm 的范围内。通过修正顶板施工中的误差，使钢管原位得到了修复[8]。当然，也要小心，不能有太大的修正。如果顶管机的头部与设计轴线有显著的偏差，应进行适当的调节，纠正千斤顶，并间接纠正头部的位置，使误差减少，便于管线沿设计的轴线方向进行顶入。如果在施工中遇到方向和高程的同时发生偏移，首先要进行方向校正，然后再进行高程校正。方位误差校正，按照小角度、分级方法进行，而对标高的误差修正，则要靠加压块或转动校正力矩来完成。顶进作业是非开挖顶管施工中的一个关键环节，其顶进作业将直接影响到后续的施工处置，并严格遵守施工规程。

2.4 洞口止水处理

在顶板施工中，为了保证管子能够及时排出，工作井会根据管子的外径，将预留的洞口扩大到100 mm，这样的话，顶板的缝隙就会越来越大，如果不能及时堵住，就会造成漏水，从而影响到顶管的施工。遇到这样的状况，在沉井施工时，必须考虑到洞口的防渗。预先在洞口留出空隙，用10 mm 厚的钢板固定住。然后用钢板将其固定，厚度为16 mm，用钢板将其快速压缩。对已完工的顶管进行检查，如果没有地下水渗出，也没有淤泥，则拆卸橡胶凸缘，并将压板收回，完成封口的防水处理。出入孔的处理也是顶管施工中的一个重要环节。在顶管施工过程中，由于穿壁作业的影响，会使掘进机的方向发生偏移，因此必须加强对管线的方向控制，同时也要有效地协调顶管施工中的管节装配。在隧道穿越过程中，要加强对泥浆和水流的控制，防止其进入和流出，并对崩塌现象进行预防，防止流沙。根据计算结果，观测管线与轴线是否一致，如有偏差，应适当调整顶进方向，使顶板方向与轴线一致。

3 实证分析

施工机械选型：

在施工机械挑选中，要对顶管的供货商进行考察，挑选有资质的厂家。同时，对所选的产品进行试验，以确保施工机械所有工艺指标均达到设计要求。选用耐腐蚀性强的顶管材料，以确保在复杂工作环境中的稳定工作。另外，还应严格控制管径、节段、配筋等参数，保证工程质量和工程进度。

在选用顶管设备时，应根据工程地质情况，在施工前进行现场地质调查，并对周围环境进行调查，进行多型号设备的优选。设计顶管施工所需设备，见表2。

表2 非开挖顶管施工机械

在施工过程中，在顶管施工段进行变形监测，监测中，考虑到该项目最大工作深度可达26 m，因此，顶管施工变形监测难度较大，必须制定可行的监控方案，并结合现场作业情况，对施工过程进行科学地分析，以便掌握设计方法在施工中应用是否具有可行性。监测实验参数，见表3。

表3 变形监测实验指标

记录在非开挖顶管施工过程中轴向地表变形，见图3。

图3 在非开挖顶管施工过程中轴向地表变形

根据统计的非开挖顶管施工过程中轴向地表变形结果，对地表沉降过程进行描述，见图4。

图4 非开挖顶管施工过程中地表沉降过程描述

本工程项目采用了非开挖式顶管施工技术，相比传统的给排水施工技术，本文技术的经济优势显著，从施工中的土层加固、投入机械、开挖成本、土方运输成本、减阻措施等多个方面，进行本文施工方法在应用中经济效益的综合分析，其结果见图5。

图5 经济效益对比分析

4 结论

通过以上研究，得到如下几个方面的结论：

（1） 根据图4 在非开挖顶管施工过程中轴向地表变形结果可以看出，在顶进施工5～10 m 范围内，地表变形较为明显，此时施工段周围土层受到机械施工作业的扰动出现了明显的沉降。但随着施工的稳定实施，地表变形发生了回归，并在50 m 施工后稳定在地表变形接近于0。由此证明了此次设计的施工方法在应用中具有可行性，可以起到控制地表变形的效果。

（2） 根据经济效益对比分析结果，本研究方法的平均成本低于传统方法的平均成本，即相比传统方法而言，本研究方法的经济效益更佳。应用此方法进行施工，不仅可以降低场地费用，还可以减少人工、机械、土方开挖与搬运等多方面费用的支出，实现为工程项目施工创造更高的收益，降低或避免工程施工存在超额支出的问题。