顶管技术在市政污水处理工程管道施工中的应用研究

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顶管技术在市政污水处理工程管道施工中的应用研究
王 宇 (广州市第三市政工程有限公司 广东 广州 510000)
[摘 要] 顶管施工是一种非开挖工程技术,彻底解决了管道埋设施工中对城市建筑物的破坏和道路交通的堵塞等难题,在稳定土层和环境保护方面凸显其优势㊂这对交通繁忙㊁人口密集㊁地面建筑物众多㊁地下管线复杂的城市是非常重要的,它将为城市创造一个洁净㊁舒适和美好的环境㊂在市政污水处理工程中,采用顶管技术进行管道开挖及施工是一道关键的施工工序㊂本文结合相关管理实践,对顶管施工技术的特点㊁原理㊁内容等进行深入讨论,并通过实例证明,该技术在市政污水处理工程应用取得良好效果,值得推广应用㊂[关键词] 顶管施工;
原理;顶管井;管道纠偏;实例介绍[中图分类号]S 276 [文献标识码]A [文章编号]1009-4563(2023)21-058-04 我国城镇化速度不断加快,每年有大量的市政给排水工程投入建设或使用,促进了市政管道施工技术的进步及提高㊂顶管技术属于非开挖型的新型管网施工技术,具有施工方便㊁效率高,不会对路面及四周环境造成大的干扰及破坏,目前已广泛应用于市政管道工程施工当中,并取得显著成效㊂顶管技术涉及的施工工序及环节较多,必须做好给排水管道工程顶管施工的工序技术及质量控制工作,以保证工程质量㊂因此,要充分发挥顶管技术的作用,更好地服务市政工程建设㊂
1 顶管技术特点
应用顶管技术,不受施工地面及环境等条件限制,施工过程不会对环境造成影响㊂如在城镇繁华路段进行地下管网施工过程中,应用顶管技术,实现非开挖施工,不会对市政既有设备及地面设施及周边环境造成影响,同时可顺利进行地下管道施工,有效解决了既有设施与拟建工程间的矛盾㊂此外,应用顶管技术过程中,随了满足设计及施工要求外,保证给排水管道质量及安全的基础上,还能对地下环境进行完善,实现良好的社会效益㊁经济效益及环境效益㊂
2 顶管技术原理及组成
2.1 顶管技术原理
市政工程应用顶管技术,其主要原理是不用开挖现有路面,不会对现有的交通造成影响㊂在此基础上,以路面的垂直方向挖出工作井,之后再通过千斤顶等工具,把钢制管道压进地下土体㊂施工期间,利用管道间的中继站,以主顶油缸作为动力源,通过顶进设备把顶管压进土层内,最后埋设顶管㊂
2.2 顶管技术组成
市政给排水工程应用顶管技术进行施工,主要通过采用相应的机械设备,按照一定的施工技术及工序,完成顶管施工任务(见图1)
㊂机械设备主要包括千斤顶㊁顶管机头等㊂其中顶管
机头又包括封闭式掘进机及敞开式工具等两部分组成,封闭式掘进机主要包括有土压平衡式㊁加泥式㊁多刀盘等,敞开式工具则主要包括有挤压式㊁手掘式㊁臂推式等;施工作业面主要包括有顶管工作坑和接收工作坑等㊂前者主要是保证顶管机头能顺利安
装,后者则主要为机头出坑提供保障㊂
图1 顶管技术原理
3 顶管施工中关键点控制
3.1 主要施工工艺
施工准备-顶管井施工-设备安装调试-管材吊装入井-顶进-出洞-检查井施工-回填-路面恢复㊂其主要施工内容如下㊂
3.1.1 选择合适的顶进管
施工前先要结合项目的特点及实际情况,选择合适的顶进管,包括顶的材料质量㊁直径㊁规模尺寸等技术参数㊂目前市政工程主要采用钢筋混凝土管,因为其能保证管内环境稳定,并且价格实惠,要有效控制材料成本,降低材料损耗㊂
3.1.2 设计顶管井
在设计顶管井过程中,一定要做好工作井以及接收井的设计工作㊂设计工作井时,必须考虑具体的施工空间及环境等因素,在保证使用功能的基础上,保证施工安全㊂接收井作业期间,必须采用钢筋混凝土构造结构用于空间维护,防止管道内部受到荷载影响,有效控制顶管施工所出现的偏差㊂
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3.1.3 顶管施工准备
施工前,要对施工范围内的岩土质量以及相邻环境情况进行清楚了解,防止因施工造成环境不利影响㊂此外,还要准备相应的施工材料及机械设备,保证质量合格,各项技术性能满足设计及施工规定要求㊂要综合分析顶管施工的相关因素如控制条件㊁注水系统㊁材料强度㊁环境等,为顶管施工顺利进行提供保障㊂
3.1.4 顶管施工工序
市政给排水工程进行顶管施工,其主要工序包括有顶管穿墙㊁出洞㊁注浆及纠偏等㊂顶管穿墙施工是打开穿墙板,把工具管顶出井外,同时进行止水作业㊂顶管出洞施工是把顶管机以及第一节管子冲破封门,压进泥土中,此期间施工工序较为复杂,容易造成安全隐患及事故㊂顶管纠偏则是顶管施工期间出现管线偏移情况,需要对其进行纠偏处理㊂注浆减阻则指顶管施工期内,通过采用泥浆,注入管道外围存在的缝隙中,以减小阻力,避免地面产生下沉问题㊂3.2 顶管施工关键点控制3.2.1 压浆控制
管道顶进作业期间,通过对管道外壁压入减阻泥浆,
形成泥浆套,以保证管道顶进施工顺利进行,同时起到减阻作用㊂作业过程中,要注意顶端机头作业必须与管道顶进同时进行,并及时跟进管节位置的变化情况,并做好补浆记录㊂
3.2.2 管道纠正控制
进行管道顶进作业时,必须以设计路线为依据进行有序前进,如发现出现偏离时,要通过千斤顶,对其进行纠偏㊂管道顶进过程中,要对轴线进行严格检测,并再次测量混凝土管节,减少或避免管线出现偏移问题㊂
3.2.3 顶管过程控制
为保证管子能顺利出洞,作业前要对工作井预留洞口进行检查,保证其规格尺寸合理,通常洞口尺寸要比管节外径要大,同时注意顶进时,要先对预留间隙进行封闭处理,如可采用预埋钢法兰,并安装橡胶垫圈,之后再用钢板压紧等㊂
4 顶管施工实例分析
4.1 工程概况
乐东黎族自治县九所新区污水处理工程建设内容及规模包括:新建污水处理厂㊁新建一体化污水提升泵站以及污水管网,管道总长约27.729k m ㊂其中污水收集主管为13404m ,管径为D N 200~D N 1000,管材采用无机纤维增强复合双壁波纹管,污水出户管为9740m ,
管径为d e 160;污水提升管3305m ,管径为d e 110~d e 400,管材采用P E 管;尾水排放管为1280m ,管径为D N 800,管材采用无机纤维增强复合双壁波纹管,其中污水管道施工采用顶进施工技术㊂4.2 顶管施工中关键要点
4.2.1 工作井施工
施工前先通过全站仪等测量仪器,测放出工作井的具体位置㊂之后通过挖机开挖基坑开挖㊂在刃脚位置,要先铺设砂垫层,并采用分层铺填方法进行作业,施工后要对其进行夯实,之后用水准仪找平㊂
制作沉井时,要采用边制边下沉的方式进行㊂采用大模板组装井壁模板,并保证模板系统不能与脚手架系统连结在一起,防止因模板下沉破坏脚手架㊂
焊接沉井钢筋时,要用帮条焊接,焊接竖向钢筋时,则应用电渣压力焊,焊接接头则要根据相关规范要求进行错开㊂
每一钢筋均需布设1.5m 钢筋进行支撑,井壁内预埋插筋,则要采取措施加固,提高其稳定性及可靠性㊂
浇筑沉井混凝土时,要实行分层分段作业,保证浇筑期间的均匀性以及连续性,防止因地基产生下沉不均匀引发沉井裂缝出现㊂沉井下沉之前,要检查沉井结构混凝土,保证其强度以及抗渗等级满足设计及规定要求㊂
根据勘测报告,计算沉井下沉系数与极限承载力,并制定相应措施,应对沉井突沉时能及时有效处理㊂
同时要做好下沉前,按分区分组方式,拆除刃脚下的砖垫座,抽出垫木后,及时用卵石填实㊂
沉井下沉要采取排水下沉方式,布设一定数量的集水井,方便排水,开挖深度应比开挖面低1.0~1.5m 左右㊂
筒壁下沉时,可能会引发外侧下陷,导致筒壁与外侧之间产生空隙,因此要在筒壁外侧填砂,并保证其高度在30c m 或以上,以减少摩阻力㊂如沉井下沉出现倾斜问题或不能及时纠正,则要及时采用加荷方式进行调整,如一侧满足标高要求时,可通过喷射高压水的方式处理纠偏㊂沉井下沉到达设计标高后,要加强对其观测,如8h 内沉量均在10mm 以下时,则进行封底㊂封底前,要先铺设一层卵石层,后浇筑底板混凝土垫层,保证刃脚下的混凝土,质量达标,振捣密实,促进沉井的可靠性及稳固性㊂
4.2.2 顶管施工
4.2.2.1 施工前各项准备
检查沉井底板混凝土,当其强度满足设计规定要求
50%之后,
则根据顶管设计高程,预埋导轨,并把顶管设备放置在沉井上方,再架设起重设备㊂同时对施工图纸进行审核,之后进行工程放样㊁测量高程,对顶管轴线位置进行确定,并保证准确㊂并以轴线位置为依据,预埋导轨㊂安装轨道工序完成后,方能安装顶管设备调试并进行调试,并把千斤顶㊁顶管设备放在沉井上方,之后再架设,动力设备㊁起重设备等㊂确定混凝土底板强度满足施工要求后,则要开始管道顶进施工㊂
4.2.2.2 管道顶进
顶进前要先复核管道高程,保证准确后再开始管道顶进㊂施工前要先把控制点定发位置,方便核对,以保护管道㊂此外,还要对管线位置及管线走向等进行检查及
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合理调整,并进行复核,水准点闭合㊂完成上述工序后,开始顶进施工㊂
采用油压千斤顶作为顶力设备,并根据顶力计算参数安装千斤顶,千斤顶要与管道轴线呈现对称状态㊂顶管施工时要适度控制顶力,通常以不超过5000k N 为合适㊂
导轨采用140槽钢,安装宽度为700mm ,并以顶管坑内水准点为依据,测设导轨高程㊂管前开挖土地,要合理控制其长度为30c m 至50c m 为合适㊂
第一节管道放入导轨上时,要进行高程检查,保证其满足有关要求后,再开始顶进㊂在其入土后,每顶进
100c m ,
应测量中心高程,避免出现偏差㊂此外,还要在工作坑内安设两个水准点,同时做好保护,避免与管道产生碰撞㊂
顶进过程中如存在管前塌方以及顶铁变形等问题时,要马上停止施工,并采取有效措施解决㊂
顶进时管道处在移动状态,要加强对其施工动态管控及质量检查工作,检查可以采用分段自检,避免全段顶进施工完成后再检查,以确保每段顶进的施工质量㊂
顶管工序施工完成后,要及时对管道内部以及井内杂物进行清洗,拆除临时挡墙,进行浇注二次混凝土以及土方回填等工序施工㊂
4.3 顶管施工关键技术质量控制
4.3.1 穿墙止水
为防止地下水涌入工作井,要在穿墙管内部预埋黄
粘土,顶进期间,会挤压管内的黄粘土,在其作用下,封堵了工具管与穿墙管之间存在的间缝,实现了止水目的㊂
当工具管末端接近穿墙管时,或泥浆进不了洞等情况时,要马上停止顶进施工㊂利用顶力,把盘根压进穿墙管缝内,保证盘根压紧,不会出现漏浆,并达到止水目的㊂
4.3.2 顶进测量和纠偏
4.3.2.1 测量放线
以工程控制点为依据施测高程桩㊂在顶管工作坑前
后,通过全站仪测设顶管中线桩,使两桩间实现通视,保证管线施工处在同一条线上㊂引测顶管坑内水准点时,在坑上进行引测,并进行校核,保证其误差小于ʃ5mm ㊂
4.3.2.2 顶管纠偏顶进第一节时,要适度控制顶进间距在30c m 之下,
管道能准确入土㊂管道进入土体后,顶进间隔则可控制在300c m 以下㊂并随时进行纠偏处理㊂纠偏方法主要包括有:
(1)顶木纠偏:当纠偏达超过2c m 时,可采用圆木把其一端顶在管子内壁,另外一端斜撑在钢板管前,等支顶牢固后,通过超挖纠偏法作业,利用斜支撑减缓阻力,达到顶管校正目的㊂
(2)
千斤顶纠偏:与上述方法相似,通过千斤顶调整顶木上的顶管,以达到纠偏目的㊂4.3.2.3 泥浆减阻
为使后座顶力减少,可采用工具把泥浆压入压浆孔,使管壁摩阻力减少㊂在顶管到达接收井预留洞时,要控制其高程误差为+8c m ㊂
为保证进洞施工顺利进行,要保证轴线测高精确性,
特别是井下存在轴线时,要保证其精度,避免造成损失㊂进洞后,要搭设好接收平台,以利后续作业顺利开展㊂
4.3.2.4 接口顶管施工中,接口是重要工序之一,也是保证施工质量的关键工序,因此,具体施工时要严格按照有关操作规程,加强对其施工质量控制工作,保证质量达标㊂
在开始顶进前,要先在施工现场实施试安装,把不合格的成品剔除,不得用于施工环节㊂
4.4 施工注意事项顶管出洞过程中,要利用深层搅拌桩加固穿墙管前土体,保证顶进顺利施工㊂
顶管作业期间,要在管壁上压入泥浆,使其形成泥浆套㊂泥浆配合比要满足设计及施工要求,同时把压浆泵的压力进行适度控制,并以0.1~0.2M P a 之内为宜,每3节管要布设一道注浆孔,顶管顶进后再把泥浆注入注浆孔㊂
进行混凝土管作业时,要采用柔性接口,并通过制管厂进行配套,接头内再安设止水钢环㊂管节顶进后,应保证管节间密封良好㊂
顶管工序完成施工后,要对管道严密性实施闭水法试验,检查其是否存在漏水等问题,保证其质量满足设计及施工要求㊂
4.5 应用成果
乐东黎族自治县九所新区污水处理工程竣工后,获得了上级主管部门㊁业主单位㊁监理㊁设计等一致好评,确认质量优良,该项目获得了2023年广州市政行业协会授予的 2023年度广东省市政工程建设优秀Q C 小组活动
成果一等奖 (见图2)
㊂图2 获奖荣誉证书
实践表明,工程采用顶管技术在市政污水处理工程管道施工应用,取得理想效果㊂
(下转第62页)
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排水工程施工设计需要考虑的要点内容较多,如比较常见的有雨污分流㊁污费分流以及雨水调蓄池等重难点设计问题㊂结合以往的设计经验来看,在开展排水工程施工设计之前,设计人员需要合理选择排水方法并完成对排水系统的规划设计㊂其中,对于管道安装问题而言,设计人员需要重点强调管道安装方向以及位置㊂在此基础上,设计人员需要对污水处理系统布置位置以及雨水收集系统应用问题进行重点强调㊂与给水工程施工设计不同,排水工程施工设计需要考虑的隐蔽施工设计问题较多㊂举例而言,在安装通风立管时,可在排水立管上设置吸气阀㊂
2.3 规范开展给排水安装工作,
消除质量通病问题完成给排水系统施工设计工作之后,现场施工人员需要严格按照设计图纸以及施工专项方案要求高质量完成给排水系统管道安装工作㊂在安装施工期间,施工人员需要按照既定的安装顺序以及技术规程要求,落实给排水安装作业㊂结合以往的安装施工经验来看,给排水管道安装顺序是否合理以及连接是否牢固等均会对给排水系统后续应用效果以及使用寿命产生重要影响㊂针对于此,在现场施工作业期间,施工人员必须规范个人的技术操作行为,禁止出现违章操作或者其他风险问题,导致给排水系统安装失误问题出现㊂
2.4 加强对建筑给排水施工人员的培训,提升其专业素养和施工技能水平
施工单位在招聘建筑给排水工程技术人员时,应尽可能地选用有经验的工程设计人员㊂同时,在从事工程施工前,必须对工程施工中的工人进行科学㊁统一的岗前培训㊂在培训过程中,除了要进行给排水工程的专业知识㊁施工技术等方面的培训外,还应将安全生产责任意识融入到培训的内容之中,以提高他们的安全意识㊂同时,要把施工图纸的阅读方法㊁施工规范㊁安全规范等内容纳入培训系统中,以进一步提高每个施工工人的职业素质和技术水平,使施工过程中的施工质量和安全得到有效保证㊂
2.5 给水管道施工技术
一般操作要求在安装不锈钢管道之前,应该先将管道清理干净,保证管道表面不存在污渍㊂假若施工过程中机械设备对管道表面造成损坏,则需要对管道进行修整处理,保证管道表面足够光滑㊂不锈钢钢管不得使用碳钢支架进行支撑㊂当不锈钢管道的长度比较长或输送介质的温度非常高时,则应该在管道上设置不锈钢补偿器㊂通常情况下,补偿器主要有方型补偿器和波型补偿器两种类型,具体应结合管道直径和管道压力进行确定㊂使用碳钢法兰进行连接时,为了保证管道绝缘防腐,需要在法兰与钢管之间设置衬垫,衬垫采用绝缘效果良好的产品㊂不锈钢管穿过墙壁或楼板时,需要额外安装套管做保护处理,套管与管道之间的间隙至少为10mm ,然后在间隙中填充绝缘物质,间隙中不得含有铁屑㊁铁锈等杂物,绝缘填充物可以使用石棉绳㊂
结束语
总而言之,为确保给排水工程建设效果达到预期,建议施工设计人员应该按照高质量施工设计理念实现对给水系统以及排水系统的优化设计,切实满足生活生产用水需求㊂除此之外,在现场施工期间,施工人员应该按照相关技术规程要求,加强对给排水施工问题的妥善处理㊂并通过坚持贯彻与落实质量管理理念,加强对给排水现场施工质量问题控制管理,保证给排水系统始终处于高效稳定的运行状态㊂
参考文献
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浅谈高层建筑给排水工程施工中的常见问题及对策[J ].智能城市,2018,4(03):132-133[3] 杨兆栋.
浅谈建筑工程给排水施工中常见问题及策略[J ].建材与装饰,2018(04):32.[4] 石超.建筑给排水工程施工中存在的问题及对策探讨[J ].建材与装饰,2018(03):21-22.[5] 张兴.建筑给排水工程施工问题的解决对策[J ].
江西建材,2017(24):64.(上接第60页)
结束语
随着我国市政给排水工程不断增加,对管道施工技术及质量要求不断提高,因此,在应用顶管技术进行管道施工过程中一定要严格按照有关规范要求,综合考虑设计方案及施工现场实际情况,制定相应的施工技术和工艺,并做好施工期间质量控制工作,保证施工质量,合理控制建造成本,发挥顶管技术作用,促进市政给排水工程社会效
益及经济效益双赢㊂
参考文献
[1] 顶管施工技术在城市给排水工程中的应用,广东土木与建筑,2020,27(5):64.66.[2] 探究市政给排水工程顶管施工技术,
中国标准化,2019(18):122-123.
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