廣州地區(qū)頂管施工技術(shù)可行性分析

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簡(jiǎn)介： 該文詳盡分析了目前頂管技術(shù)特點(diǎn)、發(fā)展趨勢(shì)、廣州地區(qū)地質(zhì)特點(diǎn)、管網(wǎng)系統(tǒng)特點(diǎn)， 認(rèn)為目前在廣州地區(qū)進(jìn)行大規(guī)模管網(wǎng)施工的情況下，為了達(dá)到最小破壞和最大保護(hù)環(huán)境目的，采用頂管施工勢(shì)在必行。另外，本文還提出了頂管施工中值得注意的問(wèn)題。
關(guān)鍵字：頂管 管網(wǎng) 施工

1．前言

我們生活在一個(gè)日新月異，科學(xué)技術(shù)高度發(fā)達(dá)、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(shí)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(lái)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(kāi)控技術(shù)將完全能解決這些難題，提供安全及經(jīng)濟(jì)的施工方法。非開(kāi)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(hù)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(yàn)，任何地方都能提供最經(jīng)濟(jì)、準(zhǔn)確、支全、快速而可靠的解決問(wèn)題的方法。非開(kāi)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(jī)。

非開(kāi)挖技術(shù)是近幾年才開(kāi)始頻繁使用的一個(gè)術(shù)語(yǔ)，它涉及的是利用少開(kāi)挖和不開(kāi)挖技術(shù)來(lái)進(jìn)行地卜管線的鋪設(shè)或更換的知識(shí)、工藝和應(yīng)用。而頂管技術(shù)是非開(kāi)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(diǎn)

這種技術(shù)具有許多優(yōu)勢(shì)，但如今我們所了解的僅是其中的一小部分，其潛力是無(wú)法預(yù)測(cè)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(jì)、生態(tài)和環(huán)境上又有許多優(yōu)點(diǎn)，但仍有許多待人們認(rèn)識(shí)，這正是為什么必須使用頂管方法來(lái)進(jìn)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(wú)論在理論上，還是在施工工藝方面，都有了突飛猛進(jìn)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(dú)厚的優(yōu)勢(shì)：

（1）頂管施工是頂管鋪管技術(shù)的一種，其在國(guó)外已廣泛使用，在國(guó)內(nèi)也己逐漸普及。于不開(kāi)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(guò)，是一種能安全有效地進(jìn)行環(huán)境保護(hù)的施工方法，堪稱為環(huán)境保護(hù)施工時(shí)的環(huán)境保護(hù)。

（2）頂管施工不開(kāi)挖地面，故而被鋪設(shè)管道的上部土層未經(jīng)擾動(dòng)，管道的管節(jié)端不易 產(chǎn)生段差變形，其管壽命亦大于開(kāi)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(fèi)用，減少動(dòng)遷用房，縮短管線長(zhǎng)度， 有很大的經(jīng)濟(jì)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(shì)。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(duì)地面建筑物在施工過(guò)程中起到保護(hù)作用或者是為了達(dá)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(kuò)大，頂管機(jī)械的性能越來(lái)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(kāi)挖鋪設(shè)。與其它非開(kāi)挖設(shè)備相比，其具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，參見(jiàn)表l。

表1 頂管與其它非開(kāi)挖技術(shù)的對(duì)照表

比較項(xiàng)目氣動(dòng)矛水平定向鉆機(jī)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(diǎn)降水)能控制地面沉隆不能不能好(頂進(jìn)面有壓力管理)能(需有相當(dāng)?shù)纳疃?機(jī)械原理采用壓縮空氣、沖擊型先鉆進(jìn)，后擴(kuò)孔回拖前面刀盤切削土體，后方頂進(jìn)前面刀盤切削土體，頂進(jìn)機(jī)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(wú)誘導(dǎo)地面方向有誘導(dǎo)激光定位，機(jī)頭糾偏 (絕對(duì)偏差；上下±50mm，左右±30mm以內(nèi))機(jī)內(nèi)測(cè)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(dá)井大穿越對(duì)象穿一般通路穿路，過(guò)河(須設(shè)置管內(nèi)導(dǎo)向)穿路、過(guò)河、市區(qū)房下頂管過(guò)河、市區(qū)穿越用途電纜、通信、煤氣、自來(lái)水支管電纜、通信、天然氣、自來(lái)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(jià)格10一40萬(wàn)元100一300萬(wàn)元約100萬(wàn)元以上約500萬(wàn)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(lái)位置的基礎(chǔ)上進(jìn)行擴(kuò)徑，而且不能影響正常的居民排污，這時(shí)需要采用更新舊管道技術(shù)。另外，在頂管機(jī)前方安設(shè)探查前方管線或障礙物的探查儀，使得頂進(jìn)施工時(shí)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(diǎn)

盡管頂管機(jī)械性能超凡，技術(shù)先進(jìn)。但是在采用該施工技術(shù)進(jìn)行施工時(shí)，首要做的事情是深刻了解廣州土質(zhì)特點(diǎn)。針對(duì)土質(zhì)選用合適的機(jī)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(wú)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(duì)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(diǎn)(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(xì)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(xì)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(xì)砂層，含腐木。
4—18m河流相沉積土層為粉砂，細(xì)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(jī)質(zhì)粘土層
2—16m河流相沉積土層為粉砂，細(xì)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(diǎn)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(guò)程中地下水問(wèn)題不容忽視。頂管機(jī)械選型必須綜合考慮到地層變化和止水、防水等問(wèn)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(qiáng)優(yōu)勢(shì)。（跳轉(zhuǎn)至卷首）

4．廣州地區(qū)管網(wǎng)特點(diǎn)

市政工程建設(shè)，切忌短期行為。在城市管網(wǎng)施時(shí)，許多城市都存在每條馬路反復(fù)開(kāi)挖的現(xiàn)象，嚴(yán)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(lái)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(wèn)題顯得比較突出。廣州五年來(lái)開(kāi)挖道路lOO0多宗，總長(zhǎng)800km以上，影響路面達(dá)128k m2。目前還有300多個(gè)住宅區(qū)、3000多個(gè)建筑工地的配套工程需要挖路。廣州每年管線開(kāi)挖的長(zhǎng)度，數(shù)量相當(dāng)巨大。僅僅2000年一年時(shí)間，廣州市開(kāi)挖的管線長(zhǎng)度就達(dá)到778km。廣州市區(qū)管網(wǎng)有如下特點(diǎn)：1、在老城區(qū)各種管網(wǎng)相互交錯(cuò)，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(jì)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(wèn)題。3、廣州市在進(jìn)行進(jìn)路擴(kuò)建、改建、新建的同時(shí)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(jī)動(dòng)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(jìn)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(wèn)題

在頂管施工過(guò)程中常會(huì)遇到如下值得注意的問(wèn)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(duì)于要經(jīng)過(guò)回填土地段，需要提前加固處理，以防頂管施工后地表有過(guò)大的下沉。

2、有毒氣體的檢測(cè)與防護(hù)

頂管施工的地層一般會(huì)通過(guò)淤泥層，腐爛動(dòng)、植物體會(huì)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(shí)監(jiān)測(cè)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(jìn)的頂管設(shè)備具有在施工時(shí)探查前進(jìn)路線不遠(yuǎn)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(kāi)展的，這對(duì)于保證通訊、電力、上水、排水、煤氣等其它管線安全運(yùn)營(yíng)，確保公眾正常生活仍有必要。

4、穿越建筑時(shí)對(duì)基礎(chǔ)的探查

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

5 、頂進(jìn)計(jì)算

頂進(jìn)計(jì)算其一包括準(zhǔn)確計(jì)算頂進(jìn)推力，根據(jù)計(jì)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(jì)，根據(jù)計(jì)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(diǎn)分祈以及廣州地區(qū)管網(wǎng)的特點(diǎn)分析，我們認(rèn)為在廣州地區(qū)選擇合適頂管機(jī)械進(jìn)行頂管工藝的施工從技術(shù)上講是完全可行的，從社會(huì)效益與經(jīng)濟(jì)效益上來(lái)講是巨大的。我們所需要做的工作無(wú)非是針對(duì)廣州土層特點(diǎn)選用相應(yīng)的頂管設(shè)備進(jìn)行施工。不可更改的是歷史，著意刻畫(huà)的是未來(lái)。我們認(rèn)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(shí)做到保護(hù)環(huán)境入手，加大推廣頂管施工技術(shù)力度勢(shì)在必行。我們可以預(yù)見(jiàn)未來(lái)的管線鋪設(shè)技術(shù)將以頂管工藝為支撐。