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【摘要】城市地面环境拥堵，地下管线众多，施工质量要求也日渐提高，使得小口径排水管道的施工成为城市市政工程建设中的难点。文中通过对城市排水工程施工中常用的几种工法的优缺点对比分析与工程实例表明，微型顶管工艺具备施工条件灵活、施工速度快、管道敷设精度高、环境影响小等突出特点，为城市小口径雨、污水管道工程的建设提供了一种新的设计思路与施工方案。微型顶管工艺实现了顶管技术在小管径排水管道施工上的应用，克服了同类小管径管道施工工艺的诸多弊端，值得推广使用。
【关键词】排水工程；微型顶管工艺；地箭式工法
0引言
近年来，城市现代化及各项基础设施建设迅猛发展。但雨季城市内涝事件仍层出不穷，对城市居民的日常生活和工作造成极大影响。因此，国家对城市雨、污水管网的建设加大了力度。在施工场地及经济条件允许的情况下，明挖法是城市管道工程建设的主要施工方法[1]。但是，在实际工程中，难免遇到施工场地狭小，地下管线错综复杂，穿越河流等无法实现明挖的情况，新建管道需采用非开挖法敷设。非开挖法相比于开槽埋管更有利于对既有管线及地面建（构）筑物的保护。在不断实践中发现，常规泥水平衡、土压平衡顶管和水平定向钻等施工工艺暴露出的问题与局限性已无法满足设计要求[2]。文中结合宝山区泰和污水厂周边配套管网建设中铁城路（江杨北路-铁谊路）段污水管道新建工程，详细介绍了微型顶管工法的施工流程、关键技术，并分析了该工法的优缺点，为以后的工程建设提供参考。
1工程概况
1.1项目简介
铁城路-共富路（泰联路~江杨北路）污水管道新建工程位于上海市宝山区，江杨北路和蕰川路之间，设计于道路中心线北侧敷设一根污水管道。其中，江杨北路~铁谊路段设计污水管管径为φ600mm，长度约345m，管内底埋深在3.50~4.00m之间。道路周边地形较为平坦，工程范围内分布有上水、电缆、电力、雨水等各类市政管线。
1.2地质条件及水文条件
该工程20m深度范围内土层均为第四系松散沉积物，主要由饱和粘性土及粉性土组成，由上至下依次为：①1-1杂填土、①1-2素填土、①2浜土、②1灰黄~褐黄色粉质粘土、②3灰色砂质粉土、③灰色淤泥质粉质粘土、④灰色淤泥质粘土、⑤1灰色粘土。其中，②3灰色砂质粉土为主要的潜水含水层。地下水稳定水位埋深为0.40~1.30m。
2施工工艺
目前，各类地下非开挖施工工艺存在不同因素的条件限制，如管径、土层土质、工作空间等。因而，管道的敷设需结合场地周边环境、现状管线分布情况、地质条件、经济条件以及施工工期等多方面因素择优选取。通常小口径排水管道的敷设，可考虑开槽埋管法、水平定向钻（拖拉管）法及近几年新兴的微型顶管法。
2.1开槽埋管法
开槽埋管一般是根据管道埋深及地质条件选择恰当的围护形式，做好基坑围护及止水、降水措施之后，由地表开挖至坑底埋设管道的施工方法。该方法铺设的管线最为精确，对土层条件的适应性好，可以敷设各类管材及管径的市政管道，因而应用最为广泛。但是，在进行施工的过程中，开槽施工法往往由于占地面积过大而对周围的环境造成破坏[3]。
2.2水平定向钻法
水平定向钻是将定向钻机设在地面上，采用探测仪导向，控制钻杆钻头方向，达到设计轴线的要求，再经过扩孔及回拉管道，完成管道敷设的一种施工方法[4]。该技术自20世纪90年代后期引进我国后，在全国范围内尤其是软土地区得到了较为广泛的应用，常用于敷设小口径柔性管道[5]。该技术施工占地空间更小，无需开挖工作坑，施工风险较低，节约造价。但是拖拉管技术在砂性土层或地下水较丰富的地区成孔质量差，产品管和回扩孔之间的间隙难以填补密实，会引起地表沉降等问题。拖拉管敷设完成的管道轴线为倒置的抛物线，雨污水管道内易发生淤积且难以清理，影响管道的使用功能[6]。
2.3微型顶管法
微型顶管法也叫地箭式工法，根据排土与不排土又分为标准地箭式与改良地箭式。该技术成熟于德国，施工时首先利用液压装置将前导管按照设计轨迹推进贯通，然后以前导管作为引导，在前导管末端连接出土潜盾机或简易机头及预铺管节同步顶进，最终完成管道铺设的施工工艺[7,8]。改良地箭式与标准地箭式主要区别在于前者采用简易机头代替出土潜盾机，管道推进过程中挤压周边土体，完全不排土。标准贯入击数0＜N＜15的一般砂土或黏土地质可采用改良地箭式施工，标准贯入击数15≤N＜35时可采用标准地箭式施工。微型顶管法施工占地空间小，管线敷设精确，施工速度较快。
2.4对比分析
以上三种常用的小管径排水管道施工工艺的对比分析如表1所示。该工程新建管道位于现状道路人行道下方，道路具有较高的保通要求，施工空间狭小。设计污水管为φ600mm树脂混凝土管，为保证良好的管道敷设质量，最终选用微型顶管工艺作为本次管道敷设的施工方法。
3微型顶管施工
3.1工艺流程选取
该工程新建φ600mm污水管管内底埋深在3.5~4.0m之间，位于②3灰色砂质粉土层，标准贯入击数N平均值为8.9＜15，可选用改良地箭式微型顶管工艺施工，进一步加快施工速度。
3.2顶力估算与推进台选取
改良地箭式使用的简易机头顶管机端面属于喇叭口式。根据CECS246:2008《给水排水工程顶管技术规程》。
3.3顶管工作井施工
由于顶管推进台及管节尺寸较小，因而要求的顶管工作井尺寸较小。微型顶管工艺配套钢护筒及摇管机沉井技术能够快速沉井，并满足施工空间及施工安全要求。该工程采用内径φ2590mm钢护筒作为顶管工作井及接收井。钢护筒采用Y2590型摇管机施工，可施工深度为0~15m。该工程摇管机及钢护筒的型号参数见表3。钢筒之间采用焊接方式连接，第一节钢桶的下部切割为锯齿状方便切割土体进行下沉，齿深为10cm。摇机将钢护筒下沉至设计标高后，开挖至坑底，并疏干井内渗水，采用C30混凝土封底，厚度为100cm。传统沉井过程中需预防突沉现象，摇管施工中所采用的是钢制护筒，自重较轻，且采取先摇管到位后开挖的施工方法，所以不会出现类似的突沉现象。为保证顶管过程中封底要求及钢护筒在顶进过程中的稳定性，钢护筒底面嵌入封底以下土层深度不少于1.0m。
3.4顶管轴线控制
微型顶管工艺的轴线控制措施如图2所示。微型顶管最先顶进的前导管箭头前端为斜撑板，前导管在推进过程中，可以利用斜面上的地层反作用力进行纠偏。箭头内部安装觇标，在施工过程中通过工作井中设置的全站仪对觇标进行观测。觇标表明了斜板的方向，当前导管推进方向与设计轴线无偏差时，前导管在扭力作用下不停旋转保持直线前进。当前导管推进方向与设计轴线发生偏差时，则调整斜面方向至适当方位，停止旋转，利用推进过程中斜板面的土压力调整前导管轴线，从而保证顶管敷设精度。
3.5微型顶管工艺特点分析
微型顶管工艺作为一种新兴的非开挖管道施工工艺，具备大部分非开挖法相对于明挖法的技术优势，比如对周边环境影响小，不影响地面交通，能够穿越复杂的地下管线或桩基，能够穿越河流等。通过微型顶管工艺在上海市宝山区铁城路（江杨北路~铁谊路段）新建φ600mm污水管道项目中的应用可以总结出，微型顶管工艺具有以下特点：（1）管道敷设精度高。微型顶管工艺利用经纬仪与前导管箭头觇标控制前导管走向具有很高的施工精度，单段施工误差仅为±30mm，能够满足管道设计要求。前导管顶进完成后，后续潜盾机或简易机头无需调整即可保证排水管道的敷设精度。（2）根据地层的软硬程度，可以选择排土施工的标准地箭式或者挤土施工的改良地箭式，施工方式更加灵活。（3）顶进速度快，单段施工不超过两天，且土层越乱施工速度越快。（4）因为顶管推进台及管节尺寸较小，要求的顶管工作坑尺寸较小。摇管机配合钢护筒施工顶管工作坑安全快速，基坑深度可达15m。管道施工完成后，管节以上的钢护筒可回收利用，降低施工成本，减少地下障碍物。（5）顶管施工过程中不扩孔，管壁与土层之间无间隙，不存在地面沉降隐患。（6）可施工的管道管材一般为树脂混凝土管、玻璃钢夹砂管、钢筋混凝土管和球墨铸铁管，每节管长1m，管径不超过φ600mm。（7）单段顶距相对较短，一般不超过70m。（8）地下障碍物的应对能力较弱。微型顶管单段之间为直线，当遇到较大的地下障碍物时，需另外沉井挖除障碍物方能继续施工，因此对设计管线位置需加强勘探。
4结语
通过微型顶管工艺在实际污水管道工程中的应用表明，微型顶管法施工速度快，占地面积小，施工精度高，环境影响小，在一般的砂性、黏性地质条件下具有良好的应用效果。同时，配套使用的钢护筒摇管技术能有效的解决了工作井在淤泥质土层中的施工难题。这套工艺为城市小口径雨、污水管道的施工在建设场地狭小，管线错综复杂的情况下提供了很好的解决方案。一定程度上打破了现有市政管道施工工艺的局限性，为小口径市政管道工程建设提供了一种新的思路，值得推广使用。
参考文献
［1］王林成.明挖法施工技术在地下通道下穿既有构筑物中的应用［J］.建筑技术开发,2018,45（16）:39-40.
［2］贾春磊,潘月宇,袁勇,付超.水平定向钻顶管结合工法的可行性分析［J］.地质科技情报,2016,35（2）:15-19.
［3］钟汉杰.非开挖顶管施工技术在市政管网中的应用［J］.工程技术研究,2019,4（21）:89-90.
［4］贾向英.排水工程水平定向钻非开挖施工技术［J］.山西建筑,2009,35（2）:144-145.
［5］林陶.拖拉管在市政排水工程中的应用探析［J］.低碳世界,2016（21）:156-157.
［6］杨军.谈非开挖定向钻进技术拖拉管施工［J］.今日科苑,2009（24）:81.
［7］何平.微型顶管技术在实际工程中的应用［J］.工程技术研究,2017（9）:37+39.
［8］王智.浦东机场三期扩建工程复杂地质环境中市政管道非开挖施工技术［C］//中国土木工程学会2019年学术年会论文集,2019.
作者:滕宇峰 单位:上海宝泰城建维修有限公司
