摘要：近年来，随着我国城市经济的不断发展，现代城市的规模日益扩大，地下管线越来越多，对城市市政配套管道设施设计和施工中技术性和经济性的要求越来越高。本文在优化设计的基本理念上，对管道的设计到施工技术的整个过程进行了一系列的研究分析，对城市污水管道的设计和施工具有一定的指导意义。
关键词：污水管道；设计；优化；施工技术
中图分类号：TM621.7+2 文献标识码：A
近年来随着城市经济的飞速发展，城市规模的不断扩大，同时由于地下管线越来越多、城市的交通日益繁忙，对城市市政配套管道设施建设中技术性、环保性、经济性的要求越来越高。利用优化设计理念进行设计，适应可持续反战要求。在施工过程中，非开挖铺设管道技术以其不需开挖路面，交通不断行，对周围环境影响能减少到最小，管道埋深的范围较大等独特优点，将会在繁华的大都市政建设中越来越广泛的应用。
1 优化设计
1.1 基本思想
依据现行的《城市排水设计规范》和城市污水排放工程建设操作的基本要求，在污水管道的管径施工中，要充分考虑到精确性，准确确定管径的应用要求和基本设计规范。通常我们可以采用常用的均匀流公式来计算。同时，在施工中，还应充分考虑到管道之间的连接，管径的长度和宽度等。同时还要增加了一个管径设计的约束条件。污水管道管径的优化设计方法的基本思想是指在满足给排水工程约束条件和城市污水工程管道设计的应用要求的前提下，首先确定排水体制及管网定线，然后以管道管径的充满度和流速为主要变量，最大限度的降低工程造价的前提下，来使用均匀流公式进行管径、坡度等一系列基本数据的计算。在依次对上游下游各设计管段的计算后，完成一条管道以及整个管网的计算。
1.2 管径设计的优化
一般而言，最优化方案的确定要考虑到诸多因素都可能对管道管径的设计方案产生影响。因此，以加强设计人员对管网计算的宏观控制与局部干预，在优化城市污水管道管段设计的计算方案中，既要尽量减少每一设计管段管径的工程造价，更要有全局观，通过最优解来降低工程设计成本以减少整个管网的工程造价为总目标。然而由于管道管径的可选择尺寸在实际施工中可能变化，因此在此基础上，通过最优化计算得出最优解往往不能与实际施工情况相符，这样就造成了施工的困难，不能任意的选择管径，对最大充满度的限制一般又与管径大小有关。直接优化法与后者相比，有着不同的特点。通过直接优化法对各种方案或可调参数的选择、计算和比较，来得到最优解或满意解。为此，在对各管段的设计参数进行优化选择的同时，它是根据管道管径性能的指标的变化，确定目标函数，这个目标函数可以用来为各方案提供一个统一的可操作的标准，为了全局的利益，增加人机对话功能，使各管段设计参数优化选择服从尽可能降低整个管网工程总造价这个全局目标。
1.3 管段设计方案的拟定
由于污水管道的埋深对工程造价具有最重要的影响，因此管道铺设深度和管径尺寸的选择十分重要，是铺设管道的确定坡度，这一参量的确定对管道埋深有重要的影响。而关于设计城市污水管道的流速，约束条件也很多，只有在满足所有设计流速的约束条件的前提下，通过科学计算选择一个尽可能最小的设计流速，才能对各项参数，作出正确的优化选择，这在优化施工程序的设计方案中也很容易实现。另一方面，在前面的约束条件中除了对最小管径的管底坡度规定以外，尚没有对管底坡度大小做出任何的具体规定，因而无法以管底坡度作为优化方案选择的主要变量。如果在已知设计流量并初步确定了流速的情况下，选择一个尽可能接近最大设计充满度的管径，则该管径就是该条件下可以选择的最小管径。但是，在具体的约束条件下，除了最小管径外，并没有对管径大小的具体要求，而对设计充满度却有严格的规定，因而无法直接选取一个最优管径来满足有关约束条件。
2 施工技术控制
2.1 顶管施工的原理
顶管施工就是借助主顶油缸及管道间的中间推力，把工具管或掘进机从工作坑内穿过土层一直推到接收坑内。为了降低顶管对周围土体的扰动，在顶管过程中必须进行注浆润滑，这就需要带注浆孔的管节。带注浆孔管预制与件通管节预制基本相同，主要的不同点为它在普通管的前后两端加设了注浆孔预埋件，以便注浆使用。与此同时，也就是把紧随工具管或掘进机后的管道埋在两坑之间。带拉杆的管节预制方法与普通管基本相同，其不同点主要为在管节前后两段加设预埋拉杆。管节的吊运、装车、下管均采用特制的吊车及专用吊管顶进行。管节起吊严格遵守规范,轻吊轻放。
2.2 管道顶进技术
全部设备经过检查并经过试运转，前七节管用拉杆连接,以防止管节漂移。防止工具管出洞后下跌，工具管出洞后，由于支撑面较小，工具管容易出现下跌，为此需在工具管下的井壁上加设支撑，同时工具管与第一节管之间连接，加强整体性。在顶进时，封门拆除后将工具管立即切入土层。工具管要严格调零，将工具管调整成一条直线，此时仪表所反映的角度应为零，调零后将纠偏油缸锁住。注意测量和纠偏。开始顶进5M～10M范围内，施工偏差超过允许偏差时，应采取措施立即纠正。工具管进入土层后的管端处理还应在进入接收井的工具管和管端应设枕垫，管道两端露在工作井中的长度不得小于0.5M。顶管结束后，管节接口的内侧间隙将按设计要求处理。
2.3 注浆工艺技术
顶管施工采用优质的触变泥浆材料触变泥浆的配合比将根据现场实际地层、土质及触变泥浆的技术指标确定。顶管结束后，需立即用水泥浆置换触变泥浆，并密封注浆孔。压浆方法要以同步注浆为主，补浆为辅。在管子预埋注浆孔，每隔3节管在一个断面设置注浆孔4个，并具备排气功能。浆体的配制、搅拌、膨胀时间，都必须按设计及规范要求进行。在顶进过程中，要经常检查各推进段的注浆减阻效果，从而及时加以改进施工工艺。注浆设备和管路要可靠。具有足够的耐压和良好的密封性能。注浆孔统一编号并注明施工顺序。当有土粒进入管内时，立即冲洗干净。注浆过程中发现压力突然下降，流量突然增大时，应立即停止，检查是否冒浆、跑浆。注浆施工按分序加密的原则。注浆孔的布置为两边各一排，注浆应管道两侧同时进行，两侧的注浆顺序呈三角形分布，同一次序的孔可以同时施工，不同次序的孔，按规定次序进行。注浆前应做好孔口的注浆工作。当发生以上情况时，应立即采取措施处理阀内管的侧孔被打开，密封换向短节连接在冲砂管下部，液流通过换向阀内管进入油管内部，进行正冲砂。
结论
随着工程技术的发展，将会出现更为先进的优化设计方法和顶管施工工艺及施工机械。顶管施工工艺也会进一步地广泛应用于我国基础设施建设的各个领域。在采用顶管施工技术后，减少了大量的土方开挖量，减小了对周围建筑物和周边居民的影响，取得了良好的经济效益和社会效益。
参考文献
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