廣州地區(qū)頂管施工技術(shù)可行性分析

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簡介： 該文詳盡分析了目前頂管技術(shù)特點、發(fā)展趨勢、廣州地區(qū)地質(zhì)特點、管網(wǎng)系統(tǒng)特點， 認為目前在廣州地區(qū)進行大規(guī)模管網(wǎng)施工的情況下，為了達到最小破壞和最大保護環(huán)境目的，采用頂管施工勢在必行。另外，本文還提出了頂管施工中值得注意的問題。
關(guān)鍵字：頂管 管網(wǎng) 施工

1．前言

我們生活在一個日新月異，科學(xué)技術(shù)高度發(fā)達、又緊張忙亂的都市生活方式的世界上。人們比以往更多地渴望在都市的良好環(huán)境下得到休息，更多地滿足與協(xié)調(diào)他們的需求。當(dāng)今時代我們城市現(xiàn)存的許多設(shè)施不能滿足發(fā)展的需要。需要提供更好的污水處理系統(tǒng)，自來水、煤氣、電力和通訊設(shè)施尤其需要工程技術(shù)人員安全的安裝管道并且使城市的破壞減至最小，非開控技術(shù)將完全能解決這些難題，提供安全及經(jīng)濟的施工方法。非開挖技術(shù)在不穩(wěn)定及飽和土層中以最小的破壞和最大的保護環(huán)境等方面解決了城市施工中的難題，并在應(yīng)付最惡劣的地下土壤條件中有豐富的經(jīng)驗，任何地方都能提供最經(jīng)濟、準確、支全、快速而可靠的解決問題的方法。非開挖技術(shù)的出現(xiàn)為創(chuàng)建都市的安寧環(huán)境造就了勃勃生機。

非開挖技術(shù)是近幾年才開始頻繁使用的一個術(shù)語，它涉及的是利用少開挖和不開挖技術(shù)來進行地卜管線的鋪設(shè)或更換的知識、工藝和應(yīng)用。而頂管技術(shù)是非開挖技術(shù)重要的組成部分。由于該技術(shù)適用范圍較廣，但在廣州地區(qū)應(yīng)用甚少。故本文著重討論這一技術(shù)。（跳轉(zhuǎn)至卷首）

2．頂管的技術(shù)特點

這種技術(shù)具有許多優(yōu)勢，但如今我們所了解的僅是其中的一小部分，其潛力是無法預(yù)測的，設(shè)備的施工能力和應(yīng)用在不斷發(fā)展。頂管技術(shù)在經(jīng)濟、生態(tài)和環(huán)境上又有許多優(yōu)點，但仍有許多待人們認識，這正是為什么必須使用頂管方法來進行地下管線施工的原因。

與其它技術(shù)相比，頂管技術(shù)起步較晚。但是值得注意的是在最近20多年中，頂管施工技術(shù)無論在理論上，還是在施工工藝方面，都有了突飛猛進的發(fā)展。

頂管技術(shù)是極為更要的一種都市鋪設(shè)管道的施工手段，采用頂管施工法鋪設(shè)管道具有如下得天獨厚的優(yōu)勢：

（1）頂管施工是頂管鋪管技術(shù)的一種，其在國外已廣泛使用，在國內(nèi)也己逐漸普及。于不開挖地面，所以能穿越公路、鐵路、河流，其至能在建筑物底下穿過，是一種能安全有效地進行環(huán)境保護的施工方法，堪稱為環(huán)境保護施工時的環(huán)境保護。

（2）頂管施工不開挖地面，故而被鋪設(shè)管道的上部土層未經(jīng)擾動，管道的管節(jié)端不易 產(chǎn)生段差變形，其管壽命亦大于開挖法埋管。

（3）采用房下頂管施工法能節(jié)約一大筆征地拆遷費用，減少動遷用房，縮短管線長度， 有很大的經(jīng)濟效益。

（4）頂管工藝不僅僅用于管線鋪設(shè)，它還具有靈活的排管施工方式。更為重要的是頂 管施工作為一種工藝，它不僅僅鋪設(shè)管線，它在管棚施工方面也具有優(yōu)勢。管棚施工是指在地下構(gòu)筑物施工前，先利用密排的鋼管作成各種斷面形狀的管棚，對地面建筑物在施工過程中起到保護作用或者是為了達到某種特殊要求而采取的一種輔助施工措施。下圖是采用頂管施工的常用各種橫斷面的管棚^[1]

（5）頂管施工范圍的擴大，頂管機械的性能越來越適應(yīng)各種土質(zhì)。頂管特別適用中小型管徑管道的非開挖鋪設(shè)。與其它非開挖設(shè)備相比，其具有獨特的優(yōu)點，參見表l。

表1 頂管與其它非開挖技術(shù)的對照表

比較項目氣動矛水平定向鉆機械頂管盾構(gòu)施工管材鋼管鋼管、PVC管、PE管鋼管、鋼筋混凝土管、復(fù)合管、PE管、陶管盾構(gòu)管片管徑50—300mm50—600mm200—3000mm3000mm以上一次施工距離20—40m一般100m左右，特大型1km左右管徑＜800mm；130m左右，管徑≥800mm；1km以上500m以上適用土質(zhì)軟土，在混合層中困難一般土，在砂礫，巖層中困難粘土，砂礫至巖層全土質(zhì)均可軟土為主平衡地下水不能困難好(且不用井點降水)能控制地面沉隆不能不能好(頂進面有壓力管理)能(需有相當(dāng)?shù)纳疃?機械原理采用壓縮空氣、沖擊型先鉆進，后擴孔回拖前面刀盤切削土體，后方頂進前面刀盤切削土體，頂進機頭后設(shè)置管片施工速度(同土質(zhì)比)500mm—2m／min2m—5m/min70mm—200mm／min10mm—50 mm／min施工精度施工中無誘導(dǎo)地面方向有誘導(dǎo)激光定位，機頭糾偏 (絕對偏差；上下±50mm，左右±30mm以內(nèi))機內(nèi)測量曲線施工不能用鉆管前方導(dǎo)向板任意曲線，曲率半徑可小于50m任意曲線占地面積小較小管線兩頭需分別設(shè)置工作井和到達井大穿越對象穿一般通路穿路，過河(須設(shè)置管內(nèi)導(dǎo)向)穿路、過河、市區(qū)房下頂管過河、市區(qū)穿越用途電纜、通信、煤氣、自來水支管電纜、通信、天然氣、自來水管所有管線，包括重力流的下水、污水，雨水管線地下鐵道、隧道設(shè)備價格10一40萬元100一300萬元約100萬元以上約500萬以上

頂管發(fā)展新方向是更新舊管道技術(shù)，例如由于人口量的增加，原有的河水管道需要在原來位置的基礎(chǔ)上進行擴徑，而且不能影響正常的居民排污，這時需要采用更新舊管道技術(shù)。另外，在頂管機前方安設(shè)探查前方管線或障礙物的探查儀，使得頂進施工時可提前采取防范措施。（跳轉(zhuǎn)至卷首）

3．廣州地區(qū)地質(zhì)特點

盡管頂管機械性能超凡，技術(shù)先進。但是在采用該施工技術(shù)進行施工時，首要做的事情是深刻了解廣州土質(zhì)特點。針對土質(zhì)選用合適的機械。廣州地區(qū)地質(zhì)條件復(fù)雜，主要原因是地層比較多，在管線線路上地層經(jīng)常發(fā)生變化，這無疑增大了頂管施工的難度并常常使技術(shù)人員措手不及。針對地層變化的情況，首先歸納總結(jié)出廣州地區(qū)第四系地層的特點(表2)，然后選擇適應(yīng)多種土質(zhì)的頂管設(shè)備。

表2廣州地區(qū)第四系地層一覽表

厚度土層描述1—4m河流相沉積中粗砂，粉細沙，局部含少量淤泥1—16m廣州南部為三角洲相沉積七層主要為淤泥，下部為含砂淤泥，局部夾含淤泥細沙，產(chǎn)腐木，貝殼，蠔殼等，淤泥含水量最大。
廣州北部為河流相沉積土層為從灰黑色粘土，亞粘土，局部夾薄細砂層，含腐木。
4—18m河流相沉積土層為粉砂，細砂，中砂，棚砂，礫秒，局部底部為礫石層，上部分有淤泥。
風(fēng)化粘土沉積土層為紅黃、紅白、黃白等雜色粘土，粉質(zhì)粘土，底部含砂礫。
4—18m三角洲相沉積土層為淤泥、淤泥質(zhì)粘土、下部含砂產(chǎn)腐木
河流相沉積土層為白色黏土，高嶺、粉質(zhì)粘土，含豐富腐木
泥炭沼澤相沉積土層為泥炭層，有機質(zhì)粘土層
2—16m河流相沉積土層為粉砂，細砂，中砂，粗砂，礫砂，局部底部為礫石和角礫石堆積
洪積相沉積土層為礫石和角礫石，含礫黏土，含礫砂層，分選層，礫石棱角分明，大小混雜。

從表2可看到各類地層中含砂、含礫的地層較多。這一點不同于上海軟土。此外新鮮基巖、基巖風(fēng)化帶在地表出露很多，所以頂管施工中還有可能遇到風(fēng)化巖石類介質(zhì)。此外廣州地區(qū)地卜水位較淺，所以頂管施工過程中地下水問題不容忽視。頂管機械選型必須綜合考慮到地層變化和止水、防水等問題。必須明確的是日本ISEKI公司制造的系列頂管設(shè)備在破碎礫石、卵石、風(fēng)化巖石、硬巖方面以及止水方面具有很強優(yōu)勢。（跳轉(zhuǎn)至卷首）

4．廣州地區(qū)管網(wǎng)特點

市政工程建設(shè)，切忌短期行為。在城市管網(wǎng)施時，許多城市都存在每條馬路反復(fù)開挖的現(xiàn)象，嚴重防礙了市區(qū)的交通，困擾了居民生活，縮短了路面的壽命。配套的電訊、供屯、自來水、煤氣、排水、路燈、城市坐標(biāo)、候車亭、廣告箱、路牌、電話亭、保安亭等諸多設(shè)施都要挖路才上。廣州在這方面的問題顯得比較突出。廣州五年來開挖道路lOO0多宗，總長800km以上，影響路面達128k m2。目前還有300多個住宅區(qū)、3000多個建筑工地的配套工程需要挖路。廣州每年管線開挖的長度，數(shù)量相當(dāng)巨大。僅僅2000年一年時間，廣州市開挖的管線長度就達到778km。廣州市區(qū)管網(wǎng)有如下特點：1、在老城區(qū)各種管網(wǎng)相互交錯，很多管線地下位置不明。2、廣州最近幾年建設(shè)的管網(wǎng)由于未能充分考慮地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展的容造，使得鋪設(shè)的管線不能滿足發(fā)展的要求，所以造成在相同位置不同深度不斷埋設(shè)相同功能的管道的現(xiàn)象從而引發(fā)各種施工問題。3、廣州市在進行進路擴建、改建、新建的同時需要埋設(shè)大量雨水管線、河水管線，按照規(guī)劃原則各種管線的位置基本在機動車道下面（圖1)。4、為滿足城市發(fā)展的需要，城市供水管道均排污管道的鋪設(shè)量非常大，故需要領(lǐng)繁穿越道路、河浜、各種建筑物。先進的頂管設(shè)備與頂管施工工藝可以比較好的解決市政管線鋪設(shè)所遇到的困難。（跳轉(zhuǎn)至卷首）

5．頂管施工應(yīng)注意的問題

在頂管施工過程中常會遇到如下值得注意的問題：

1.工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件

沿管線土層變化頻繁，所以在頂管施工前必須了解土層的變化情況：此外對于要經(jīng)過回填土地段，需要提前加固處理，以防頂管施工后地表有過大的下沉。

2、有毒氣體的檢測與防護

頂管施工的地層一般會通過淤泥層，腐爛動、植物體會在地下形成有毒氣體聚集體，危害施工人員的健康和生命，所以有人員在頂管內(nèi)操作的情況下，需要定時監(jiān)測管內(nèi)有毒氣體含量，采用通風(fēng)裝置予以解決。

3、超前探查地下管線

盡管先進的頂管設(shè)備具有在施工時探查前進路線不遠距離管線的能力，但是采用在地面提前查明地下管線仍是值得開展的，這對于保證通訊、電力、上水、排水、煤氣等其它管線安全運營，確保公眾正常生活仍有必要。

4、穿越建筑時對基礎(chǔ)的探查

頂管在建筑物基礎(chǔ)下施工時，需要明確施工施工路線上所遇到的基礎(chǔ)類型，對于部分基礎(chǔ)頂管頂進前可采取托換、加固措施。

5 、頂進計算

頂進計算其一包括準確計算頂進推力，根據(jù)計算結(jié)果選定相應(yīng)的油缸類型和確定中繼間的分布；其二是工作井設(shè)計，根據(jù)計算得到的最大頂力，提出工作井的加固方案。

6．基本結(jié)論

鑒于以上頂管技術(shù)分祈、廣州地區(qū)地質(zhì)特點分祈以及廣州地區(qū)管網(wǎng)的特點分析，我們認為在廣州地區(qū)選擇合適頂管機械進行頂管工藝的施工從技術(shù)上講是完全可行的，從社會效益與經(jīng)濟效益上來講是巨大的。我們所需要做的工作無非是針對廣州土層特點選用相應(yīng)的頂管設(shè)備進行施工。不可更改的是歷史，著意刻畫的是未來。我們認為為了從根本上改觀廣州市的管網(wǎng)亂挖現(xiàn)象，從政策法規(guī)方面予以規(guī)范是完全必要的；另外一方面從切實做到保護環(huán)境入手，加大推廣頂管施工技術(shù)力度勢在必行。我們可以預(yù)見未來的管線鋪設(shè)技術(shù)將以頂管工藝為支撐。