浅谈顶管工艺在实际工程设计中的应用

吴慧佳

（重庆市设计院重庆400015）

浅谈顶管工艺在实际工程设计中的应用

吴慧佳

（重庆市设计院重庆400015）

在阐述顶管技术特点的基础上，以重庆市某项运用顶管技术的工程案例为依托，就顶管设计采用的规范和技术标准、设计要点及顶管施工中应注意的问题作了探讨，以推广顶管技术的应用。

顶管技术；设计；应用

1 引言

随着城市化的不断扩大，开发条件受限越来越多。原有的一些市政设施没几年就显得陈旧，能效降低，特别是市政管网的破坏率尤其突出。污水处理系统，自来水、燃气、电力和通讯设施经常不能满足发展的需求。要改造扩建，传统的开挖铺线施工工艺非常影响城市环境和交通功能，经常出现新修不到几年的道路，又挖开施工；造成居民出行不便，交通堵塞，空气污染等诸多不利因素。因此科学、环保的施工工艺就成为迫切的需要。

2 顶管的技术特点

非开挖技术是近几年才开始频繁使用的一个术语，它涉及的是利用少开挖和不开挖技术来进行地下管线的铺设或更换的知识、工艺和应用。非开挖技术在不稳定及饱和土层中以最小的破坏和最大的保护环境等方面解决了城市施工中的难题，并在应付最恶劣的地下土壤条件中有丰富的经验，任何地方都能提供最经济、准确、安全、快速而可靠的解决问题的方法。非开挖技术的出现为创建都市的安宁环境造就了勃勃生机,而顶管技术是非开挖技术重要的组成部分。

顶管施工是一种地下管道施工方法，它不需要开挖面层，并且能够穿越公路、铁道、地面建筑物以及地下管线等。顶管施工技术已逐步发展成为一种以气压平衡、泥水平衡和土压平衡为理论基础的非开挖施工技术。顶管掘进机形式也进一步细化，可分为泥水式、泥浆式、土压式及岩石掘进机。这种技术具有许多优势。

（1）顶管施工是顶管铺管技术的一种，在国外已广泛使用，在国内也已逐渐普及。由于不开挖地面，所以能穿越公路、铁路、河流，其至能在建筑物底下穿过，是一种能安全有效地进行环境保护的施工方法，堪称为环境保护施工时的环境保护。

（2）顶管施工不开挖地面，故而被铺设管道的上部土层未经扰动，管道的管节端不易产生段差变形，其管寿命亦大于开挖法埋管。

（3）采用房下顶管施工法能节约一大笔征地拆迁费用，减少动迁用房，缩短管线长度，有很大的经济效益。

（4）顶管工艺不仅仅用于管线铺设，它还具有灵活的排管施工方式。更为重要的是顶管施工作为一种工艺，它不仅仅铺设管线，它在管棚施工方面也具有优势。管棚施工是指在地下构筑物施工前，先利用密排的钢管做成各种断面形状的管棚，对地面建筑物在施工过程中起到保护作用或者是为了达到某种特殊要求而采取的一种辅助施工措施。

（5）顶管施工范围的扩大，顶管机械的性能越来越适应各种土质。顶管特别适用中小型管径管道的非开挖铺设。与其它非开挖设备相比，其具有独特的优点。

3 顶管机具分类

目前市场上顶管机具种类繁多，机具的分类主要受工程具体地质情况影响较大。使用较频繁的有：手掘式、挤压式、网格式、斗铲式，土压平衡式等。机具的选用往往是根据工作面地质、管道规模、现状地下构筑物、现状地下管线、经济性价比、工期要求等因素来综合比较确定。

4 重庆地区实际运用顶管技术施工案例

重庆为山城、水城，地质条件复杂。现状道路路幅宽度普遍较窄。地下综合管线、人行地通道、人防设施、地上高架桥、人行天桥等市政设施繁多。随着道路周边地块的迅速开发，建好的市政管网设施经常因为破旧和容量负荷低而不能满足发展的需求。采取大规模开挖的施工方式，又在本已超负荷的市政道路上雪上加霜。因此非开挖工艺的出现和运用，在最近几年的建设中起着重要的作用。

下面就以重庆市一项运用顶管技术的工程案例来浅谈一下该技术的实际运用心得。

图1 排水平面布置图

图2 排水纵断面图

4.1 工程概况

唐家桥污水处理厂尾水是接入城市污水干管里，经主干管排入大型污水处理厂。由于污水处理厂处理后尾水应视为可直接排入自然水体的城市废水，为了不增加现有污水截污干管和污水处理厂的工作量，节约能耗，让城市污水处理设施能合理的运用资源。相关部门决定改造唐家桥污水处理厂尾水的排放途径，将尾水就近直接接入城市雨水主干管[1]。

4.2 顶管设计

在污水处理厂出口处新修一条d1000的排水管道,该管道在穿过华新分流道高架桥下匝道及桥下绿化带后接入东方家园4.2m×3.6m的现状排洪沟内,最后排入嘉陵江。

排水管道从平面上将穿越华新分流道高架桥下匝道。由于华新分流道高架桥下匝道为新建不久的市政道路，此次设计排水管在穿越匝道段埋深较大，采用明开挖的施工方式会对交通造成影响，因此在该段排水管道采用顶管的施工方式。

工程具体地质情况为中前段为岩层，后段为土层。根据该地段相应地质情况设计在常用顶管措施中选用了泥水平衡顶管法进行施工。

管线W-2～W-3段为明挖埋管，长20m，W-1～W-2段为顶管，长80m，其中前段为岩层顶管，长约29m，后段为土层顶管，长约51m。设计考虑到工期紧迫、就地取材及工程造价经济性等问题，在常用顶管管材(钢筋混凝土管、夹砂玻璃钢管、铸铁管)中进行综合比较。最终确定顶管段管道选用专用的预制高强度钢筋混凝土圆管。

设计采用内径1m预制高强度钢筋混凝土圆管，管壁厚120mm，单节管长均为2.5m。管节之间采用F型接口，外嵌环状遇水膨胀橡胶圈止水，顶管端面与管轴中心线垂直度不大于1.5mm，端面不平整度允许偏差小于1.0mm。所有预埋金属构件，均须涂刷两道防锈油漆。顶管预留吊孔在顶管吊放到位后，顶进前须用M 50水泥砂浆充填。管节接口的内侧间采用PG321双组份聚硫密封膏密封。填塞密封膏应抹平，不得凸入管内。

工作井为顶管施工所需的施工临时构筑物，工作井定位由施工单位根据现场情况分析顶推方向后确定,并应经相关单位认可。本段管道工作井设计暂定在W-1井。工作井的结构采用现浇钢筋混凝土桩板结构，必要时采用逆作法施工。

4.3 实施情况

该工程管线实施长度较短，工程施工情况比较简单，实际实施过程中基本按照设计设置的工作井及顶管方案实施。土层顶管采用泥水平衡顶管法。岩层顶管根据实际情况在顶进过程中进行光面爆破施工，施工时按爆破图表和说明书严格施工。顶管作业完成顺利，投入使用正常。

5 顶管技术在施工过程中应注意的问题

在顶管施工过程中常会遇到如下值得注意的问题：

5.1 工程地质和水文地质条件

沿管线土层变化频繁，所以在顶管施工前必须了解土层的变化情况。此外对于要经过回填土地段，需要提前加固处理，以防顶管施工后地表有过大的下沉。

5.2 有毒气体的检测与防护

顶管施工的地层一般会通过淤泥层，腐烂动植物体会在地下形成有毒气体聚集体，危害施工人员的健康和生命，所以有人员在顶管内操作的情况下，需要定时监测管内有毒气体含量，采用通风装置予以解决。

5.3 超前探查地下管线

尽管先进的顶管设备具有在施工时探查前进路线不远距离管线的能力，但是采用在地面提前查明地下管线仍是值得开展的，这对于保证通讯、电力、上水、排水、煤气等其它管线安全运营，确保公众正常生活仍有必要。

5.4 穿越建筑时对基础的探查

顶管在建筑物基础下施工时，需要明确施工路线上所遇到的基础类型，对于部分基础顶管顶进前可采取托换、加固措施。

5.5 顶进计算

顶进计算其一包括准确计算顶进推力，根据计算结果选定相应的油缸类型和确定中继间的分布；其二是工作井设计，根据计算得到的最大顶力，提出工作井的加固方案。

6 小结

非开挖工艺越来越多的运用于现在的城市建设中。顶管工艺作为高效、便捷的管道施工设施，已经开始大量的使用。随着新兴技术在工程实例中的使用，建设者将不断的总结经验，改进工艺。将合理的，有利于提高工程质量和效率的工艺更好的运用于建设中。

[1]唐家桥污水处理厂尾水排放工程设计说明[R].

责任编辑：李 红

Application of Pipe Jacking Technology in PracticalProjectDesign

Based on the introduction of the characteristicsof pipe jacking technology,the author,taking a project thatemploys pipe jacking technology in Chongqing as an example,discusses the code and technology standard adopted in pipe jacking design,design points andmatters that call for attention in pipe jacking construction to popularize theapp lication of pipe jacking technology.

pipe jacking technology;design;application

TU990.3

A

1671-9107（2012）05-0042-03

10.3969／j.issn.1671-9107.2012.05.042

2011-11-20

吴慧佳（1980-），女，江苏南京人，大学本科，工程师，主要从事市政给排水专业设计。