顶管技术在市政工程中的应用研究

檀时斌

摘要：顶管施工具有对公路、河流、建筑物扰动很小, 不会影响到既有建筑物和构筑物的使用;地下施工噪声低,土方和泥浆集中排放,对环境的破坏很小;施工进度快等特点。本文探讨了顶管技术在市政给排水施工中的应用。

关键词:顶管；技术; 市政工程；应用

中图分类号：TU99 文献标识码：A 文章编号：

近年来，顶管施工技术在建筑行业得到广泛的应用及发展，尤其是是在市政工程的建设中，得到更加广泛的应用。由于顶管技术不需要挖开地面，在地下进行管道以及公路、铁路的建筑与维修，减少对城市的污染，提高经济和社会效益，因而受到广泛建筑开发商和施工单位的青睐。

一、顶管施工的优点

顶管法又称为非开挖管道敷设技术,它具有不需要开挖面层, 就能穿越地面构筑物和地下管线及公路、铁路、河道的特点,相比开挖敷设技术,投资和工期将大大节省。同时, 顶管施工技术可以降低噪音,减少粉尘, 减轻对城区的交通条件和环境状况的干扰和破坏,属于真正的无污染、高效率的施工技术。顶管施工法由于其上述多方面的优点, 在市政工程中尤其是在市政给排水管线工程中得到了广泛地应用。概括起来, 顶管施工技术具有几大方面的优点: 施工面由线缩成点, 占地面积小; 地面活动不受施工影响,对交通干扰小;噪音和震动低, 城市中施工对居民生活环境干扰小,不影响现有管线及构筑物的使用;可以在很深的地下或水下敷设管道, 可以安全穿越铁路、公路、河流、建筑物,减少沿线的拆迁工作量,降低工程造价,其主要缺点是施工技术难度较高, 需要详细的工程地质和水文地质勘探资料。

二、顶管施工技术的基本原理

顶管技术施工原理是在管道的沿线按设计的方案设置工作井和接收井，工作井内设置坚固的后座，吊进油压千斤顶以及要顶进的钢管或混凝土管，接好照明，泥浆管，油管等管线，然后用油压千斤顶缓慢顶进，通过压浆系统使管节周围形成泥浆套，管道在泥浆套中滑行，在顶进的过程中通过激光经纬仪测量顶管的方向，边顶进边排土边调整，直至将钢管或混凝土管顶至接收井内。

三、市政工程施工中的顶管技术

1、现场踏勘及调查

（1）观考虑在路口设立交通导向牌察现场人、车流情况确定人流及车流交通组织及路线，、高峰期安排人员指挥交通; （2）摸查清楚附近的排水系统，设计最佳的排泥水线路，必要时施工临时排水管道，避免污水横流;（3）对于现场的煤气、电力、通讯、煤气、供水等管道现场定位，并标示出来看是否需要临时关停或搬迁; （4）调查雨水渠箱、原有污水管道等埋设较深的市政地下构筑物; （5）对于附近一些桥梁等构筑物调查其桥台基础、桩基深度及间距，附近建筑物基坑采取什么结构形式，是否采用喷锚结构施工，其长度是否在顶管顶进轴线内。

2、施工前技术准备

可以要求业主及设计方提供顶管顶迸路线详尽的地质资料。尽量了解土层的物理性质、力学参数、分布状况等。了解地下水的状况及变化规律如地下水来源、水面标高及是否受到潮汐影响而变化等。如果有砂层则要搞清含砂量多少及砂的细度情况及级配关系。岩层则要搞清楚是否有裂隙发育。如果是风化岩足则要搞清楚是否强风化、中风化抑是弱风化，其抗压强度及抗剪强度多少，是粉沙质泥岩还是砂岩，是否为条片状结构还是整体结构等等。一般来说现行业主及设计单位提供的地质资料不够详细，甚至是截然不同，作为施工单位，我们一定要求业主补钻。业主应承条件下我们自己也可以在顶进线路上补鉴别孔，局部问题点补技术孔。

3、设备安装与调试

（1）顶进设备

千斤顶,其台数根据最大顶力配置。安装完后,应及时进行调试:全面检查液压元件是否可靠,千斤顶功能有无异常,管路有无泄露;调整电接点压力表和压力继电器的保安值,调整溢流阀的作用压力,逐步加大油压力,推动管身。

（2）试顶

设备及附件安装完成后,即可进行试顶工作,试顶一般以顶动管身为止,试顶中,在各有关部位及观测点处均应有专人负责,随时注意:开泵后每当油压升高5～l0MPa 时须停泵观察,发现异状,及时处理,同时还要注意观察后背和底板的变化情况。

4、线路加固与安全措施

工程线路加固采用吊轨纵横梁加固方法,首先应按隔六抽一法将混凝土枕换成木枕,并在线路另一侧搭设枕木垛,在木枕上施作4 组3 根50kg/m 钢轨扣轨梁,然后挖空道碴,穿入工字钢横梁,用U 型螺栓及钢扣板将横梁与扣轨梁连成一体。

顶进施工过程中严格做到“ 四不挖土” 的要求:列车通过时停止一切施工活动,人员撤出施工场地。顶进时顶铁上严禁站人。管身顶进就位后,即应尽快恢复线路。在拆除加固设施前,应首先确认道碴、上碴工具、起拨道工具是否备齐,同时安排好抽出横梁的施工作业程序,施工中按隔六取一的方法抽出横梁木枕换一根钢筋混凝土轨枕,随即补充道碴捣固。全部拆除撤换完毕,即对线路进行全面维修,达到标准后,才可恢复正常运行。

5、顶管施工对地下管线及地表物安全影响

（1）对重点部位提前预注浆

管前挖土是控制管节顶进方向和高程、减少偏差的重要作业,是保证顶管质量及管上构筑物安全的关键。因此管前挖土顶进有如下要求:在一般顶管地段,可超越管端20cm～25cm;在现况道路及与管线交叉点下不得超越管端以外10cm,并随挖随顶,同时遵守管线管理单位的规定。

（2）坍塌事故的预防处理措施

市政工程顶管施工常常需横穿现况路及多条雨水、上水等管线,若有渗漏,使工程地质条件恶化,甚至发生坍塌事故,因此,施工过程中应采取强有力措施预防坍塌事故:施工中采用预注浆堵水为主,排、堵、引结合的方式处理管线渗漏,避免使其恶化工程地质条件;在顶坑口备足应急物资,一旦发现险情,便于及时抢险;降水施工必须彻底。

6、泥水平衡顶管施工出洞

（1）管线放线

顶管管线放线,就是将工作井出洞口和接收入井进洞口的坐标正确引入工作井内,指导顶管顶进的方向和距离。顶管管线放线常常是根据工作井和接收井的实际位置,通过测量实际放出管线位置。直线测量是目前顶管管线常用的放线技术,就是根据顶管工作井出洞口的中线和接收井进洞口的中线,用经纬仪在工作井后后复瞄冷这两根中线直至重合。确定顶管管线,并将其引人工作井内。

（2）后座墙附加层

后座墙附加层工作面必须与顶管管线垂直;对有折角的管线,应采用圆形工作井,后座墙附加层的宽度应满足主顶油缸发射加要的标,厚度根据工作井的直径和后靠背铁的宽度而定;后座墙附加层做法采用钢筋混凝土,标号C20 以上,当后座墙附加层覆盖洞口时,应在洞口处用型钢加固。

（3） 导轨铺设

基坑导轨铺设应注意的问题:管线轴线:根据管线轴线测量结果,铺设轨道时,将轨道中线与管线轴线重合;管线标高:当采用复合型轨道,在铺设轨道时必须了解轨道的基本结构。导轨倾斜面是与管子接触的,导轨上水平面与钢筋混凝土管内底标高在一个水平面,因此在铺设导轨时,应根据设计测得的管内底标高以调整导轨标高;当导轨标高和轴线确定好后,即可进行导轨的支撑。由于导轨在顶管顶进时,不允许位移,因此支撑必须稳固,一般在导轨与工作井井壁间用多根型钢支撑,同时把型钢与导轨焊牢。

（4）洞口止水

顶管工程中,为使管子能顺利从工作井内出洞,一般采取工作井预留洞口比管节外径略大(一般为100mm),顶进时此间隙需采取有效措施进行封闭,否则地下水和泥砂就会从该间隙流到工作井内,会造成洞口上部地表的塌陷,甚至会造成事故,殃及周围的建筑物和地下管线的安全。

（5）穿墙

施工过程中,若土质较软或有流沙,则必须在管子顶进方向距离工作井边一定范围,对整个土体进行改良或加固,以提高这部分土体的强度,防止掘进机出洞时塌方;当掘进机准备出洞时,应先破除砖封门并将杂物清理干净,将掘进机刃进工作井井壁中,当止水橡胶法兰与掘进机充分结合后,拨除钢板桩;顶管出洞时,掘进机要调零;要防止掘进机穿墙时下跌。为防止掘进机下跌,可采取土体加固、加延伸导轨、保留洞口下部预留缝隙的砖墙、顶力合力中心低于管中心或将前部管子同掘进机用连接件连接成整体,同时掘进机头亦可抬高。

顶管技术的应用，无论在规划还是市政工程施工方面，都具有相当优势，提供更多的选择。同时，在工艺设计与施工方面涉及多专业技术结合。顶管施工投资比开挖施工高，对施工技术要求及管道材料要求高，掌握工艺设计即施工技术要点有助于合理选择施工管道施工工艺。更好地为市政工程服务。

7、Ф600HDPE实壁管施工原理及示意图

（1）、将钻机的钻杆和导向头在有线导向仪的控制下经过入土井准确穿过道路地下到达道路对侧的出土井。

（2）、通过钻杆联接的回扩器的作用，在入土井和出土井之间形成一条直径为管道D+200mm的通道。

将待铺设的管线联接在鉆杆和回扩器尾部通过出土井与入土井之间的通道，从道路的B侧牵引至A侧

牵引完成后，对现场进行清理，并将铺设的管线接通。

施工工艺流程图

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