曲江区供水管道敷设工程分析

0. 引言

当代城建中，供水管道的分布区域逐渐扩大，并对施工作业有更高的要求。选择顶管处理，可弱化施工行为对周围环境的干扰度，保持土体结构稳定，支持敷设过程有序开展。

1. 曲江区供水管道敷设工程概况

此敷设项目的总投资达到8036.45万元，具体建设范围较大，经过河流、村道、铁路桥、环城路等，根据项目任务书，共有15km左右的主管道需要进行敷设，分成三标段施工。本项目主要应用顶管施工工艺，其属于一种非开挖的敷设手段。现实建设期间，需严格根据设计图纸，确定管道的实地线路，并在适宜点位布设接收井以及工作井，其中在工作井中设置高稳定性后座，利用起吊运输机械，把千斤顶及管材等运送到设置地点。基于操作程序标准，完成照明线路、管道的连接，逐步推进千斤顶，利用压浆助推力，使泥浆管可以平稳滑行。利用激光经纬仪器，标定顶管的位置，结合工程建设要求，对顶管进行微调，保证管材能准确顶在接收井中。
顶管作业方式的突出特点在于：首先，建设施工活动给全部在地下开展，使可用范围面积不大，继而降低对地上环境的影响。其次，施工操作引发的振动效应不明显，会产生低分贝的噪声，以免施工作业对附近正常的生产生活带来过多干扰。
再次，顶管作业强调“点”的处理，所需的空间较小。最后，支持管道敷设深度达到地下水位之下，依旧能保证良好的敷设质量。在本项目中，涉及诸多道路、河流的情况，也无须额外占地，选择此项技术确实利于控制总体投资额。

2. 供水管道敷设施工的总体过程探讨

2.1 顶管施工

2.1.1 施工方法

在现场开始敷设施工前，组织在工程建设范围内，开展深层度的环境条件勘察，确定工地中的土层结构、地下水情况等各类客观条件。基于勘察结果，生成可操作及详细顶管作业计划。一般情况下，顶进操作是等到工作井水位下降到基底以下的0.5~1.0m后，才能开始实地施工。开挖工作井期间，需根据工地现场状况，装配适宜的降水及排水设施。在设置降水井中，需先在工作井与接收井周围挖出四口深井，用于日常降水。该深井和管道外壁应保持在2m左右。具体操作过程为：定位井口位置后开挖，安设护筒，使用钻机挖出孔洞，回填底部的砂垫层，放入井管。而后回填井管和孔壁，二者形成的过滤层，清理井内环境后，下放水泵与抽水装置。组织测试抽水效果后，确认没有问题后，启动降水井正常作业，在降水处理好后，直接拔出井管，将降水井封上。
结合前期勘察信息，划定容易发生失稳、顶进方向与高程等错误的位置，并提前设置防护方法，以应对大尺寸石头、作业路线上斜岩面等情况，以免顶进作业期间，发生塌陷与裂缝、空鼓的不良现象。

2.1.2 顶力计算

单就后背顶力计算来说，后背在受到顶力的影响下，会出现压缩现象，而且压缩和顶力作用力的方向相同。在暂停顶进后，后背所受的压力会相应消失，由此出现的弹性变形属于正常情况，但需加以管控。根据顶管作业标准，后背位置不能承受不匀称的压缩，反之会引起顶进偏差（见图1）。

为确保顶进效果，应当计算此区域强度与刚度。计算公式如式（1）所示：

2.1.3 顶进设备

在管道敷设项目中，顶进设备的选定、安设及调试均是极为关键。有关人员需按照敷设工程设计的最高顶力参数，以调节千斤顶的重量。现场设备配置安设结束后，需经过调试进行最终确定。在调试环节中，需要保持缓慢匀速提升油缸压力，并详细查看千斤顶有无功能异常的状况。同时，还应查看输油通道有无泄露的迹象，适当推动管材，测定起推力参数。调试检测通常指导推动罐身位置。试顶环节中，需安排专人记录不同观测点的表现。在启动油泵后，压力提高5MPa~10MPa时，需暂时关闭机泵，全面观察，确认无异常后，继续开展之后的工作。假设发现异常迹象，需立即针对性处理，保障机泵的使用性能，提高施工作业的总体效率。

2.1.4 顶管出洞

在进行到顶管出洞环节后，应关注洞口周围土层和开挖面的状态，需保持二者的稳定，假设现场需要，可借助注浆法，进一步加固洞口周围土层，以免发生严重的事故，保障工地现场的安全性。顶进操作过程中，应全过程管控加压的次数，并记录各时间段及作业节点的压力数值。倘若压力偏高，可将常规管材换下，安设工具管。采取现场开挖作业期间，需确定好掘进机的位置，以免由于设备自重产生的压力，发生穿墙下跌的情况。根据工地现场条件，必要情景中，可设置延伸作业轨道，支持穿墙施工的平稳开展。

2.1.5 中继间

本项目的施工长度在15km左右，中继间为长距离顶管项目中必要的装置，其工作原理是把所有顶进管道平均分为若干段，并为每段配备油缸，逐段推进。借此抵消千斤顶产生的部分负荷压力，使管材顶进深度满足设计要求。根据建设要求和工地内土层结构特点，确定适宜的顶进推力值。运用恰当的焊接手段，连接中继间壳体和管材。此处应当强调的是，该项作业关系顶管作业总体的质量，必须确保焊接处理的效果，以免在焊接处发生渗漏。

2.1.6 注浆环节

顶管作业期间，可用的注浆物料有膨润土泥浆等。安排此项施工作业，根本意图在于：首先，浆液具有润滑的效果，经过注浆处理的区域，管道和四周土层之间构成防护膜，降低二者的摩擦程度，以消除管道因此所受的伤害。其次，填充作用，浆液能补充管道和土体之间留有的缝隙，提升管道周围的密实性，维持地下结构稳定。最后，能巩固土体，浆液流入四周土层中，增强土体本身的稳定性，避免出现土层变形，造成基础结构失稳。

2.2 其他敷设设计

曲江区供水管道敷设选择重力自流形式，新布置清水池的水位高度在116.8~120.5m之间，供水区高程均值为60m。
工程整体的管线长度是15.25km，而且大多数管道是下坡。按照有关规定标准，间隔1km，需设置一个配气阀，没两公里安装一个排泥阀。其中清水池出水口连接DN700管道，两座水池合并成一条DN1000出水管，和原有水厂连接。因为施工空间制约，技能采取地下埋设的方式，穿过公路。该条公路的宽度在4m，根据日常使用情况来看，会有重物经过，考虑到管道可用性，选择DN1000球磨铸铁管，敷设距离地表1.3m的位置，管道上方应用砂卵石回填。为保持管底的稳定性，增加中粗规格的砂垫层。本项目中，还穿过铁路，选择同样规格的管材，深度调整至1m，直接使用开挖土进行回填，底部同样选择中粗砂垫层。在沿河道的敷设部分，由于河堤的地基比较稳定，且留有检修与排空的位置，采用正方形C20混凝土，规格是1.6m×l.6m。缝隙宽度为30mm，内部设置沥青麻丝，在管道下方布置100mmC15混凝土垫层，两侧则使用砂卵石回填。

3. 保障供水管道敷设项目质量的举措建议

首先，要求确保顶管内部安全。顶管作业期间，容易出现淤泥及其他有机物含量偏多的土层条件。而此类土体在厌氧发酵后，会产生有毒气体，加之顶管作业的空间较小，而且密闭性高，此类气体出现势必会威胁人体。所以顶管作业时，需首要考虑人工掘进的方式，及时检测地下作业环境的空气成分，确保工地现场安全。另外，现场管理者要监督相关工人，穿戴好防护装备，以免发生重大事故。
其次，重点保护原有管线。在现场施工前的勘查工作中，收集作业区域内原有管线分布情况，以此确定工作井和接收井的干扰区域，以免损害原有设施。顶进作业之前，精确测定并计算临近管线的距离，并做好必要防护措施，例如巩固穿越位置的土体，避免土层结构失稳，并注重管线位移及变形情况，合理缩小开挖作业范围。

最后，纠偏处理。顶管工程中可用的纠偏技术有：超挖、各类支撑等。其中，选择超挖法，需在管道偏离的另一侧开挖土方，借助千斤顶实施有效干预，让管道逐渐归回到轴线上。此种处理方法操作程序简单，有良好的适用性，但仅能调整轻微偏移的情况。千斤顶支撑，和上一种支撑方式类似，仅需用千斤顶代替木杠。同时，因为顶进操作会导致管道和土体之间形成摩擦力，提高工作井后背区域的负荷值。对此，应提前加固此区域的土体，预防发生土体结构失稳，从而减小后期施工难度。

4. 结语

顶管施工方法的扰动范畴小，而且造价较少，是城建中比较常用的技术。供水管道敷设属于综合度与专业性较高的工程，要求施工队能发挥顶管技术的价值。立足于现场实况，依照操作规范作业，保障敷设工程质量。

 

 

本文摘自《低碳世界》中的《曲江区供水管道敷设工程分析》刘志伟，如有侵权请联系删除