浅谈顶管施工技术在城市给排水管道中的应用

蒋春菊

摘要：随着城市的快速发展，城市人口的大量增加，城市原有的给排水管网已无法应对城市快速发展的需求，针对这种情况，城市开始了大规模的给排水管道建设。本文针对现在城市的特点，分析了顶管技术的特点及在城市给排水管道建设中的应用。

关键词：顶管技术；给排水管道；施工工艺

引言

给排水管网作为城市的重要基础设施，为城市的生产和生活提供了重要的保障。但在传统的给排水管网工程建设中，需对管网所对应的地面进行挖掘，这使本来就紧张的交通环境又雪上加霜，给城市的整体环境造成相当大的影响。同时在给排水管网的改扩建中由于部分城市繁忙路段是禁止开挖的，如果再采用传统的施工方法进行施工就不太可能，随着科学技术的不断发展，非开挖技术已为我们解决了这一难题，顶管技术作为非开挖技术的一种，已逐渐在城市给排水管道工程中进行普及，此技术是对施工地段进行少开挖或不开挖技术来进行管道的铺设及更换，是一种非常经济安全的施工方法。

1 顶管施工的特点

作为非开挖技术的一种，顶管施工在城市给排水施工中得以广泛应用，由于其不需要进行开挖作业，所以在成本和工期上都会有很大程度的节省。同时由于不需要大面积的开挖地面，所以对地面的交通不会产生影响，周围的居民不會受施工中灰尘及噪音的影响，能正常的生活，城市的环境也不会受到破坏，此技术不受地面建筑等的影响，施工范围大，施工成本低。由于其具有较高的技术难度，在进行顶管技术施工前需要对施工过程中的地质条件及水文环境进行详细的了解，以便于根据不同的地质条件制订不同的施工方案。

2 顶管施工的选择

顶管顶进方法的选择，应根据工程设计要求、工程水文地质条件、周围环境和现场条件，经技术经济比较后确定，并应符合下列规定：（1）采用敞口式（手掘式）顶管机时，应将地下水位降至管底以下不小于0.5m处，并应采取措施，防止其他水源进入顶管的管道；（2）当周围环境要求控制地层变形或无降水条件时，宜采用封闭式的土压平衡或泥水平衡顶管机施工；（3）小口径金属管道，当无地层变形控制要求且顶力满足施工要求时，可采用一次顶进的挤密土层顶管法。

3 顶进管的选择

适用于顶管的管材类型通常包括：混凝土管道、球墨铸铁管道、石棉水泥管道、陶土管、钢管和塑料管等。

3.1 顶进管直径的选择

在进行给排水管道的施工过程中，可根据该项工程的性质来对顶进管的内径进行选择，正常情况下需要配备作业人员，所以内径一般都不会小于500mm，对于外径的选择则会根据顶进管所需要承受的荷载力来确定配筋及管壁的厚度。

3.2 顶进管长度的选择

管道长度通常以2.0～3.0米为宜，有时也采用1.0～1.25米较短的管节。在施工过程中会根据不同的要求及情况进行顶进管的选择。对于大口径的管道，一般应采用较长的管节，这样可以减少管接头的次数，提高施工效率。在通常情况下，采用单根管节的长度不宜超过顶管机或微型隧道挖掘机机身的长度。

一般情况下，管长度须相对于管径来衡量，当L/D外≤1.10时，为短管；当L/D外=1.15时，为标准管；当L/D外≥2.10时，为长管。

4 顶管工作坑的要求

工作坑的大小依据顶进设备，混凝土管的管径大小，管长短而确定。通过长期的工作经验得知，工作坑长一般为混凝土管径加2.5m，工作坑深为管底标高加上0.7 m，工作坑四壁可用木方、模板支撑加固，首先必须在工作坑底先铺上一层大约20㎝厚的卵石或碎石，然后再浇灌一层30㎝厚的混凝土，待混凝土凝固后，再在上面铺设两根导向用钢轨。

为保证所顶进的混凝土管准确无误，导向用的钢轨必须经过认真测量，安装的允许偏差为：轴线位置3㎜，顶面高程0～+3㎜，两轨内距±2㎜。安装后导轨必须确保导向用钢轨坚固不走形，在顶进承受各种负载时不产生位移、不沉降、不变形，即使用土质较好的原土墙，也必须用木方、工字钢加固，以确保顶管工程的顺利。

5管道顶管施工中挖土的技术要求及注意事项

给排水管道顶管挖土工作要与顶管工作紧密配合，挖土速度过快，则易塌方；挖土速度过慢则影响顶管速度。在挖土时要时刻注意，如不注意势必会造成所顶管道“低头”、“抬头”或偏离中线，给顶管工程造成不必要的麻烦，甚至需要进行纠偏作业。在所顶管道挖土时，要注意管道上半部要比管外壁直径多挖1.5cm，管道下半部不能有缝隙，以免出现“低头”及偏离现象。在管道挖土时可多挖8㎝，若所挖土质较好，在保证不塌方的前提下，可多挖一些，但不得大于25㎝。

6 顶管施工的前期准备

6.1 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。

6.2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。

7给排水管道顶进施工技术

穿越地层有岩土、砂层、淤泥、粘土等。施工中根据不同地质情况，采用不同的技术措施，使顶管施工既保证质量又确保了工期和安全。

7.1普通土顶进

普通土的土质有粉质粘土，回填土等。

1）顶进工艺。此类土质易塌方，自稳一般。每次掘进90㎝，采用先挖后顶，平均顶进速度为5.4m/d。

2）顶进纠偏。由于此类土质易塌方，轴线及高程都不易控制，根据我们顶管设备的实际情况，采用超、欠挖土，并加木尖、钢板条的方法控制。

3）轴线、高程控制。采用水平仪、经纬仪观测，测量频率为顶进1.8m检测一次，遇松散的土层顶进0.6m测量一次。根据現场施工经验，顶进1.8m时，高程变化在±5mm内属正常，较易纠偏。

4）质量检查。单向顶进120m，轴线偏差50mm，高程偏差均在-50mm、+40mm以内。

7.2砂砾坚土顶进

此类土为坚硬、密实的残积土、强风化岩（含砂砾较多）。

1）顶管纠偏。此类土质较坚硬，轴线、高程易控制，采用超挖、欠挖土层即可达到纠偏目的，根据地质情况有时也用垫钢板进行纠偏。

2）轴线、高层控制。采用水平仪、经纬仪检测，测量频率为1.8m/次，每顶进3.6 m，高程差可控制在±5㎜范围内。

3）质量检查。此段顶进130 m，质量较好，轴线及高程符合设计规范。

7.3淤泥层顶进

此类土易塌方、自稳差。

1）顶进工艺。采用人工开挖、出土，每次掘进30～50㎝，随挖随顶或先顶后挖的施工方法，顶进速度为3.0 m/天。

2）轴线、高程控制。淤泥层中顶进，轴线、高层极难控制，无法采用超、欠挖、打木尖、钢板的方法进行纠偏。根据在淤泥中顶进管底高程常出现负偏差的特点，我们采用挖除管底淤泥、换填块石作管底基础来控制高程，但轴线通常无法控制，故不适宜长距离顶进。

3）测量控制。测量频率为1 m/次，同时根据高程变化情况加密测量次数。

4）质量检查。此段共顶进45 m，通过换填块石做基础的技术措施，对于高程控制有良好的效果，轴线偏差在100㎜以内，高程偏差在+40㎜、-50㎜以内。

8 结论

实践证明，要搞好输水管道顶管法施工，工作坑的选择相当重要，既要满足顶管施工全线的需要，又要尽量避开房屋、地下管线，河塘、架空电线等场所。在施工过程中不断观察，发现问题及时采取有效措施，并做好坑内排水工作，使工作坑安全稳固。在顶进过程中及时注意油泵的压力表指示值的变化，发现压力突然上升时，立即停止顶进，检查压力上升原因，防止发生意外。同时，随着技术的不断进步，顶管技术无论从社会效益和经济效益都是具有可行性的一项给排水管道施工技术，顶管施工技术必将向规模化、规范化、国际化的方向发展。

参考文献：

[1]张红乾.浅谈泥水平衡法顶管施工工艺及应注意的问题 2008（3）

[2]《顶管施工技术及验收规范》 中国非开挖技术协会 2006年12月