市政工程中管道的顶管施工存在问题及对策分析

卢海超

摘要： 目前，以顶管法为代表的非开挖技术由于具有施工成本低、工期短,对周围的环境影响较小,同时施工的安全性较高等优点在市政工程中应用极为广泛。论文首先介绍了顶管施工的施工原理及施工工艺，分析了现阶段市政工程中管道的顶管施工过程中出现的主要问题，并提出了应对措施，旨在对今后类似工程有一定的参考和借鉴作用。

关 键 词： 市政工程顶管施工 对策

中图分类号：TU99文献标识码：A 文章编号：

Abstract： At present, in order to pipe jacking method for trenchless technology because of its low construction cost, short construction period, less influence on the surrounding environment, while construction of the high security advantages in the municipal engineering in a wide range of applications. The thesis first introduces the pipe jacking construction principle and construction technology, analysis of the present stage of municipal engineering pipe jacking construction of the main problems in the process, put forward to answer measure, designed for future similar projects have a certain reference and reference.

Key words：Municipal Engineering; Pipe jacking construction; Countermeasure.

随着现代化城市的建设和发展的不断加快，地下空间的建设已经成为城市发展的重点对象，特别是地下管道是城市建设和发展的重要基础设施，这些设施包括作为城市给水排水、电力燃气等能源供给、废物排弃、信息传递的物质基础， 因此，做好这些地下工程的施工尤为重要。顶管法是继盾构施工之后发展起来的一种地下管道施工方法，论文重点对市政工程中管道的顶管施工技术进行简要的介绍，并对施工过程中的质量控制进行探讨。

1顶管法施工的相关概述

1.1顶管法的基本原理

顶管法施工是借助于主顶油缸等顶进设备，将工具管或掘进机从工作井穿越土层进入接收井；将紧随其后的工作管道依次连接并埋设在这两个井的管线土层中的敷设地下管线的施工方法。

图1 顶管法施工示意图

1.2顶管施工工艺

顶管施工工艺是指从机械设备开始进入场地到顶进全部结束的整个过程。一个比较完整的顶管施工大体包括以下十六大部分：工作坑和接收坑、洞口止水圈、顶管机、主顶装置、顶铁、基坑导轨、后座墙、推进用管及接口、输土装置、地面起吊设备、测量装置、注浆系统、中继站、辅助施工、供电和照明以及通风和换气。顶管的施工流程可以简单的概述为：铺设管道前，首先在管线的一端建造一个工作坑，在坑里的顶进轴线后方，布置一组左右成对的油缸。然后将需铺设管道的最前端安装工具管并放在油缸前面的导轨上。油缸顶进时，工具管在最前方，推动前面的管道穿过坑壁上预留的穿墙孔把管道压入土中，与此同时，将进入工具管的泥土运输到管外。当油缸达到最大行程后缩回，放入顶铁，油缸继续顶进，如此不断地加入顶铁，管道一直向前顶进。当坑里导轨上的管道全部进入土中后，再吊入下一节管道，继续顶进，如此循环施工，直至管道全部顶完。

2顶管法施工过程中存在的问题

在目前顶管施工中，根据破坏的形式，主要分为四类，即管节端部的破损、管土相互作用造成的管道失稳、管道连接处的破坏和挖掘面的失稳。

2.1管节端部的破损

对顶管顶进过程中出现管材破损的现象，,根据混凝土顶管的破坏状态主要分为两大类：一类是插口或承口全部(或大部分)被压碎，主要原因是：在顶管顶进过程中，因施工距离的增长，中继千斤顶应用在顶管施工过程中，管道周围土体发生位移和砂的沉聚，使得顶管外表面的径向土压力和摩擦系数增大，当再恢复顶进的初始阶段时，顶管所承受的顶进力将会成倍增大，若顶进力超过管材的承载力时,就会发生顶管管节发生压碎破坏现象。另一类是插口或承口局部被压碎，顶环尺寸过小或施工过程造成顶环变形，引起顶环与管端面接触不均匀或顶环端面不平整会引起顶环与管端面的接触无法全部贴切。这样在相同的受力状态下，管道端面的受力不均匀，有些范围接触面大或先接触，所承受的压应力也就越大，最终的破坏也就先从这些地方开始，引起管道局部破坏。

2.2管道失稳

造成管道失稳主要是由于管道施工过程中，前后管节偏离设计轴线。随着顶进距离的增长，当管道周围的土体所承受的土压力超过土的被动土压力时，管道便发生失稳。管道偏离设计轴线的在施工过程中主要表现为下沉、上浮、偏心和错口四个方面。具体表现为：当顶管施工中周围土质不均匀，顶管施工的位置正好处于两种不同土质的分界处，如果下层土质比较松软，极易造成顶管机顶进过程中下沉。或者在泥水平衡法施工中，由于排泥泵的效率低、对管内冲洗不干净，时间长了易使泥水管堵塞，造成顶管机下沉，而顶管机正面的泥水在压力作用下向后窜，泥水的浮力作用使顶管机上浮；在顶管施工注浆过程中，当局部注浆过量，浆液不能形成环状泥浆层，在隧道底部形成浆液的积聚，致使管道上浮。

2.3管道连接处的破坏

管道连接处的破坏主要引起施工中产生漏浆现象和管道的受力不均匀引起应力集中。英国牛津大学的实验研究结果表明中密实度的纤维板优于粗纸板，粗纸板优于胶合板，厚度大的密封材料优于厚度低的密封材料。密封材料随着承受循环荷载次数的增加，压缩性能逐渐降低，与第一次受载的性能完全不同。因此引起封填材料的破坏主要原因为：1）连接处材料刚度不足，在循环应力作用下引起变形，使端口混凝土局部应力集中，导致端口砼破坏；2）管子之间的接触封填材料太薄，材料不连贯密实。

2.4地面沉降

由于地质条件的变化对地面的变形的影响，开挖的过程中，导致土体应力松弛使得水平应力减小；另一方面又由于顶进推力和平衡泥浆或气体压力使水平应力增加。当这两方面引起的应力变化能够维持水平应力基本不变时，施工对领近土体的扰动最小。当掘进机通过时，掘进机外壳与土层间会形成剪切滑动面，剪切滑动面附近的土层内产生剪切应力，剪切应力引起地面变形。推进随度越快，剪切应力越大，周围土体位移也越大。覆盖层太薄是造成地面沉降的主要原因。覆盖层薄，沉降集中在管顶，沉降的绝对值就大。另外覆土太薄，掘进机的正面土体容易上拱，原状土被松动，松动后容易塌方，使土体间留有许多空隙，引起地表沉降。

3顶管工程施工质量控制

3.1施工前的准备

1）工作井的选择要点。工作井的设计主要遵循以下原则：在土质比较软，而且地下水又比较丰富的条件下，首先应选用沉井施工作为工作井。在土质条件较好，地下水少的条件下，应选用钢板桩工作井。工作井选址时首先应考虑尽量避开房屋、地下管线、河塘、架空电线等不利于顶管施工作业的场所。以免造成房屋和地下管线损坏、水土严重流失、坑的安全性降低及触电等事故，从而使增加施工成本、延误工期。其次还要根据顶管施工全线的情况，选取合理的工作井个数，保证在全线范围内工作井数量为最少。2）在施工准备阶段要全面的勘察施工地层的地质条件以及地层的变化情况，确定合理的施工方法；通过监测施工过程中地面的沉降和隆起，控制施工的推进速度；勘察地下水状况，对可能的不稳定因素采取相应措施。对地面上的荷载严格控制，对因荷载引起的挖掘面不稳定实行连续的监测。