市政给排水工程顶管施工技术

周崇荣

【摘 要】顶管技术在城市排水管道施工工程中具有举足轻重的作用，特别是对于一些深覆土大管径的管道工程的施工，在一些比较恶劣的施工环境中，顶管技术具有较高的优越性。随着我国城市建设的不断发展，地下的各种管道的建设工程也会随之增加，利用顶管技术的工程量也会加大。文章介绍了顶管施工技术特点，着重对市政给排水工程顶管施工技术进行了讨论。

【关键词】市政给排水；顶管技术；施工

地下管网是城市基础设施的重要组成部分，日夜肩负着传送信息和能量的重要任务。为城市处理污水的系统、自来水、煤气、电力和通讯设施等等都属于地下管网之内，要对上述市政设施进行改建、新建、扩建，需要工程技术人员进行安全的管道安装。传统的挖槽埋管地下管线施工技术由于对地面交通影响较大，使本来就拥挤繁忙的城市交通如同雪上加霜，同时给市民工作、生活带来许多不便，特别在人口稠密的城市和交通拥挤的地区以及不允许开挖的地段，这个矛盾就更加突出。市政工程如何使这些安装工程对城市的影响减至最小，如何尽可能减少对人们日常生活的影响。已经成了一个迫切解决的问题。

非开挖技术将完全能解决这些难题，提供安全及经济的施工方法。非开挖技术是指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工艺。顶管技术就是在这种情况下发展起来的一种非开挖技术，其在国外已广泛使用，在国内也已逐渐普及。随着顶管技术在市政工程的广泛运用，本论文主要讨论在顶管作业施工过程中出现了一些具体的技术问题，值得施工技术人员重视，并以此和同行共享。

1.顶管施工的特点

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的应用。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。

2.顶管技术施工应用分析

2.1顶进管的选择

顶进管一般选用钢筋砼管，如没有腐蚀要求可选用钢管。钢筋砼管的规格设计、配筋和应力验算应遵守有关钢筋砼的标准和技术规程，特别是有关钢筋砼管的标准和技术规程。

2.1.1顶进管直径的选择

顶进管的直径选择是首先根据工程性质、工程需要确定内径，根据顶进管所受荷载确定砼管的配筋及壁厚，进而确定外径。因为顶管工程工作面上需要配备挖土工人，所以一般管内径不小于500mm。

2.1.2顶进管长度的选择

顶进管的长度对顶管过程的可控性和经济性有很大的影响。在直线推顶的情况下使用长管可以减少装管的次数，取得良好的效果，但随着管长度的增长，如果偏离原定的路线，使之恢复正确路线要比使用短管更加困难。

2.2顶管施工的前期准备

2.2.1现场平面布置

平面总体布置包括起重设备、自动控制室、料具间、管片堆场、拌浆棚及拌浆材料堆场、注水系统、弃土坑的布置等。始发工作井内安装发射架、顶管机、前顶铁、主推千斤顶、反力架等顶进设备，工作井边侧设置下井扶梯供施工人员上下。

2.2.2顶管机进、出洞处以及后靠土体加固

为确保顶管机出洞的绝对安全，需对后靠土体及进、出洞区域土体进行高压旋喷桩加固。为防止顶管机进、出预留洞导致泥水流失，并确保在顶进过程中压注的触变泥浆不流失，必须在工作井安装洞口止水装置。

2.3顶管施工的工艺

顶管施工又称为顶进法施工，是指利用顶进设备将预制的箱形或圆形构造物逐渐顶入路基，以构成立体交叉通道或涵洞的施工方法。顶管施工需先在确定的管段之间设置工作井和接收井，然后在工作井内安装推力设备将导轨上的顶管机头推入土体，由机头导向，将预制的钢筋混凝土管向前顶进，前端土体通过工作井运出，最后完成管道铺设。

2.4顶管井的设计

顶管井分工作井与接收井两种，顶管井的建造结构有很多种类，一般使用钢筋混凝土结构。工作井的结构形式通常有单孔井和单排孔井。前者形状有圆形、正方形、矩形等，后者则大多为矩形，它们的结构受力性能由高至低依次为圆形、正方形、矩形。结构布置时，可在井内设置内支撑，改善结构受力。在建造过程中，工作井按双向顶进设计，与接收井间隔布置，间距与设计检查井间距一致，施工完毕，在工作井和接收井的位置上按设计要求做检查井。

3.顶管施工要点

（1）采用触变泥浆，向管道外壁压入一定量的减阻泥浆，在管道外围形成一个泥浆套，减小管节外壁和土层间的摩阻力，从而减小顶进时的顶力，泥浆套形成的好坏直接关系到减阻的效果。利用泥浆套的支承作用，减少粉质粘土坍塌，形成的地层流失，以控制地面沉降。对顶管机头尾端的压浆要紧随管道顶进同步压浆，在中继间和中部管节处须跟踪补浆，泥浆的实际用量要比理论用量大得多，一般可达到理论值的4～5倍。通过以上压浆措施，达到预期效果。

（2）顶进中须严格按设计线路顶进，可利用削土刀盘上可伸缩的超提刀，结合千斤顶编组进行纠偏。经常对顶进轴线进行测量，检查顶进轴线是否和设计轴线相吻合。在正常情况下，每顶进1节混凝土管节测量1次，在出洞、纠偏、到达终点前，适当增加测量次数。施工时还要经常对测量控制点进行复测，以保证测量的精度。通过及时纠偏，相邻管间错口<15%壁厚，且≯20，竖向偏差控制在+30～-40mm以内，水平偏差控制在±50mm以内。

（3）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些（一般为100mm）的方式，顶进时此间隙需采取有效措施进行封闭，采用的洞口止水方法是在沉井制作时，预先在洞口预埋一个10mm厚钢法兰，在钢法兰上焊接螺栓，安装16mm厚橡胶法兰，用10mm厚钢压板压紧，在完成的顶管中，未发现地下水和泥砂流入工作井内，同时橡胶法兰和压板可以回收，效果很好。

（4）进出洞是顶管施工中的一道重要工序，因为穿墙后掘进机方向的准确与否将会给以后管道的方向控制和井内管节的拼装工作带来影响。穿墙时，首先，要防止井外的泥水大量涌入井内，严防塌方和流沙。其次，要使管道不偏离轴线，顶进方向要准确。

（5）在建筑物密集处和路面上须作监测布置，观测地表变形和土体位移，有效避免房屋开裂和路面沉降。

（6）顶进中遇障碍物后的顶进处理，成为困扰施工的难题，如突遇大量埋木、石块及老河道驳坎等等，都需现场研究给出解决的技术措施。

笔者在市政给排水施工中经常遇到截污干管顶管的工程，所以特举例说明，根据前期地质勘察与笔者的施工经验，顶管机头采用气压平衡水冲式机头进行施工，此机头运行较为稳定，对土体的破坏较轻。

4.截污干管顶管施工实例

4.1顶管施工工艺

采用3台150吨/台千斤顶作为主顶，千斤顶行程为1.6米。千斤顶动力由油泵提供。千斤顶后端用道木和分压环将反力均匀作用于工作井，前端顶进分压环，顶铁将顶力传至管节。分压环制作具有足够的刚性，与管端面接触相对平整，无变形。在长距离顶进过程中，当顶进阻力超过容许总顶力时，无法一次达到顶进距离时，须设置中继间分段接力顶进。

本顶管工程在顶进长度超过120米时，考虑在机头后设置一只中继间，并采用触变泥浆注浆工艺。管节接口主要由外套环（钢套环）橡胶止水带和软土衬垫组成。钢套环在加工处至现场运输吊装过程中不能变形，接口不损坏，以确保管节在对接过程中，橡胶带不移位、不翻转，确保管节的密封性。同时，钢环套在进场前还必须做好防腐处理。在长距离（大于100米）管道顶进过程中，必须采用注浆工艺，利用触变泥浆套减少顶进过程中管壁与土体之间的摩擦力，并填充流失的土体，减少土体变形、沉降和隔水。

4.2管道内管线的铺设

管道内的管线用钢架设置到混凝土管壁上，主要有通风管线和电源管线。施工中由于施工距离大于100米，且埋置管体位置较深，管道内氧气不足或产生有害气体，所以必须要安装换气系统。通风设施按施工要求用一台柴油空气压缩机将空气过滤，并传输到储气桶中，经过压缩把空气传送到管体的最前端，并将管体最前端的空气排出，这样就可以确保管内空气的含氧量达到施工要求，同时还可以进行气体的循环。电源管线在顶管施工中也起着非常重要的作用，施工过程中主要依靠电源作为动力用电和照明电。顶管施工的电源一般都依靠380V的动力电，所以管内的管线施工一定要做好二极保护和接地保护，这样可以防止人为事故的发生，电源位置也要处理妥当，并加设保护套。照明电要依据施工要求采用36V的低电压，因为管内空气湿度较大，为避免事故，灯具也要加装防水防爆装置。

5.结束语

顶管过程是一个复杂的力学过程，它涉及材料力学、岩土力学、流体力学、弹塑性力学等诸多学科。顶管施工技术是在不稳定及饱和土层中以最小的破坏和最大的保护环境的特点，解决了市政给排水网管的难题，顶管技术适用于各种复杂的城市地形，顶管技术的出现为建设和谐安宁的城市和加速城区建设创造了勃勃生机。

【参考文献】

[1]夏志伟.简析顶管技术在给排水施工中的应用[J].中国房地产业：理论版，2012，15（6）.

[2]张宝华.有关市政给排水施工中顶管技术的应用研究[J].中国房地产业：理论版，2012，15（6）.