排水管道施工中顶管法施工技术探讨

张学民

摘要：结合天津某排水D1500mm顶管工程，主要从管道顶进方法的选择、顶管施工工艺流程、允许偏差及检验方法、主要技术措施方面对顶管法施工技术进行探讨。

关键词：排水管道；顶管；技术措施

中图分类号：TU74 文献标识码：A

一、顶管施工技术的理论介绍

现代非开挖顶管施工技术是80年代在发达国家兴起并形成的新的产业，该技术是对传统地下管线开挖铺设、更换、修复的一次革命，自正式进入工程施工市场至今，在短短的20余年时间内，以其独到的技术特征与优势，以其对环境、城镇交通的最小影响和危害，以其效率和成本等优势，日益受到欧美发达国家的重视和提倡，取得了很好的社会和经济效益。如美国克林顿政府于1994年财政年度批准的七年期“先进的钻探和掘进技术国家计划”（NAEDT National Program for Advanced Drilling and Excavation Technologies），就将此技术列入城市基础设施和建筑业发展规划中，以增强美国在该领域内的技术领先和市场竞争优势。此外，如英国曼彻斯特工业大学、美国路易斯安娜理工大学、德国波鸿大学等高等院校及时适应产业结构调整的需要,相继开设了非开挖技术课程和相应的研究机构，以培养该领域的专业技术人才。

在我国，非开挖敷设管道技术在近年来也得到广泛的应用。由于它不需要开挖面层，能穿越地面构筑物和地下管线及公路、铁路、河道。节省大量投资和时间。这项技术的快速发展也使市政工程需敷设的大量上、下水道、煤气、电力、通信工程时，对城区的交通、噪音、粉尘的危害和影响大大降低。是真正的无污染、高效率的施工技术。

在我国，“非开挖技术”虽然发展时间不长，但其施工工艺技术的先进性、优越性带来的经济效益和社会效益已十分明显。

二、管道顶进方法的选择

管道顶进方法的选择，是根据管道所处土层性质、管径、地下水位、附近地上与地下建筑物、构筑物和各种设施等因素，经技术经济比较后确定的。普通顶管法是在黏性或砂性土层，且无地下水影响时，采取的手掘式或机构挖掘式顶管法。

三、顶管施工工艺流程

非开挖顶管施工的施工程序是：先在管道的一端挖掘工作坑（井），完成后在其内安装顶进设备，将管道顶进土层，边顶进边挖土，将管段逐节顶入土层内，直到顶至设计长度为止。

1、工作坑

①顶管工作坑的位置的设置应便于排水、出土和运输，并对地上与地下建筑物、构筑物易于采取保护和安全生产措施。

②采用装配式后背墙由方木、型钢或钢板等组装而成，组装后的后背运动员具有足够的强度和刚度。

③工作坑的支撑应形成封闭式模框架，矩形工作坑的四角应加斜撑。

2、 设备安装

①导轨：选用钢质材料制作，两民轨安装牢固、顺直、平行、等高，其纵坡与管道设计坡度一致。在使用中经常检查校核导轨，防止产生位移。

②千斤顶：安装时固定在支架上，并与管道中心的垂线对称，其合力的作用点在管道中的中心的垂线上。

③油泵：应与千斤顶相匹配，并用备用油泵；安装完毕后进行试运转。顶进过程中油压突然增高时，应立即停止顶进，检查原因并经处理后方可继续顶进。

④顶铁：

分块拼装式顶铁应有足够的刚度，并且顶铁的相邻面相互垂直。

安装后的顶铁轴线应与管道轴线平等、对称，顶铁与导轨之间的接触面不得有泥土、油污。

更换顶铁时，先使用时观察顶铁有无异常现象。

顶铁与管口之间采用缓冲材料衬垫，当顶力接近管节材料的允许抗压强度时，管口应增加U型或环形顶铁。

起重设备：正式作业前应试吊，检查重物捆扎情况和制动性能；严禁超负荷吊装。

3、 顶进

全部设备经过检查并试运转合格后可进行顶进。顶进程序是：安装顶铁，开动油泵，顶镐活塞伸出一个行程后，关油泵，顶镐停止运行，活塞收缩，在空隙处加上顶铁，再开油泵，如此周而复始。

顶管结束后，管节接口的内侧间隙按设计规定处理，设计无规定时，可采用石棉水泥、弹性密封膏或水泥秒浆密封。填塞物应抹平，不得凸入管内。

顶进时测量工具管的中心和高程

全段顶完后，在每个管节接口处测量其轴线位置和高程；有错口时测出相对高差。

纠偏

采用小角度、顶进中逐渐纠偏

纠偏方法

挖土校正法：即在管子偏向一侧少挖土，而在别一侧多超挖些，强制管子在前进时向另一侧偏移。适用于偏差为10-20mm时。

木杠支撑法：如管端下陷，管子发生错口时，可采用木杠支撑法方法校正，适用于偏差为20mm时。

顶进过程中，出现下列紧急情况时应采取措施进行处理：

工具管前方遇到障碍

后背墙变形严重

顶铁发生扭曲现象

管位偏差过大且校正无效

顶力超过管端的允许顶力

油泵、油路发生异常现象

接缝中漏泥浆

四、顶管工作坑允许偏差和检验方法

五、顶管允许偏差和检验方法

注：表内D为管道内径，L为管道顶进距离,以两井轴线距离计算。

六、主要技术措施

1、止水墙:

进洞前洞口外安装止水圈，防止机头进洞时正面的水涌进工作坑内，同时防止顶进施工时注浆减阻的膨润土从此处流失，以保证能够形成减阻的完整泥浆套。洞口止水墙墙高为管子外径加上500毫米，厚度300毫米左右，予留洞口Ф1.7米。

2、初顶进洞：

机头初顶入洞是比较关键的工序，由于机头较重，进入土体时容易造成"扎头"的现象。为防止扎头现象的发生，需要在止水墙内做延伸轨道。另外初始进洞后，机头首先遇到的是防水帷幕桩，由于桩有一定强度，切削磨桩时要控制好速度，注意刀盘转矩，防止超载。

3、顶进：

以理论的控制土压力结合经验控制土压力进行修正，经过调试后应将控制土压力和地下泥水压力接近，使地面沉降缩小到最小。

开始顶进后机头后面要连续设置3节带注浆孔的砼管，便于注浆降低管道磨阻力。每顶一节管材后，将管材内的管道拆下，在下一节新管内重新接好管材内的所有管道。顶进施工时，管内的动力线、照明线、排泥管、注浆管依次接入，接头要安全可靠。

顶进中严格控制泥水的给水压力，控制掘进面迎面土压力，防止对正面土压力的超量挤压。由于受挤压的土体密实度发生变化，会造成路面的隆起，顶管中要根据不同土质覆土深度及时调整土压力的平衡值。

4、控制土压力的设定:

如果在没有进行现场工程地质堪察工作情况下，初步顶力计算过程中，考虑采用顶管施工的最不利条件，按流砂地质条件考虑。

以天津某排水工程为例，施工时土质的主要物理和力学指标如下:地面至机头中心的覆土深度为6.2米，土内摩擦角φ=35°，内聚力C＝0。容重r＝27KN/M3，管外径1.5米

主动土压力:

Pa＝r×h×tg2(450－φ/2)-2×C×tg(450－φ/2

＝27×6.2×tg2(450-35°/2)-2×C×tg(450-35°/2

＝45.4KPa

被动土压力:

Pa＝r×h×tg2(450+φ/2)-2×C×tg(450+φ/2)

＝27×6.2×tg2(450+35°/2)-2×C×tg(450+ 35°/2

＝618KPa

（5）总推力的计算:

按经验公式 F＝K×π×D×L

K一注浆后磨阻系数 按经验为1.1吨/米

D一管外径 (1.5m)

L一顶管距离(65米)

F＝K×π×D×L＝1.1×3.14×1.5×65＝337吨

（6）工作坑后背承受力的计算:

后靠背的承受力R为总推力的1.2～1.6倍

R＝a×F＝1.6×337＝539吨

a— 保险系数 (1.5～2.5)

（7）顶镐的配置：

本次工程配置4个顶镐进行顶进，每个顶镐的顶力为120吨，即480吨小于后背承受顶力，所以符合要求。