市政给排水管道顶管施工技术的运用研究

梁凤如

（阳江市城市规划设计院 广东省阳江市 529500）

引言

顶管施工技术是继盾构施工之后而发展起来的一种地下管道施工方法，是一种不开挖或者少开挖的管道埋设施工技术，它不需要开挖面层，并且能够穿越公路、铁道、河川、地面建筑物、地下构筑物以及各种地下管线等。顶管法施工是在工作坑内借助于顶进设备产生的顶力，克服管道与周围土壤的摩擦力，将管道按设计的坡度顶入土中，并将土方运走。一节管子完成顶入土层之后，再下第二节管子继续顶进。其原理是借助于主顶油缸及管道间、中继间等推力，把工具管或掘进机从工作坑内穿过土层一直推进到接收坑内吊起。管道紧随工具管或掘进机后，埋设在两坑之间。

1 顶管施工技术概括

1.1 顶管施工技术的优点

顶管技术的最大特点在于它是一种不用开挖沟槽就可以进行管道敷设的施工技术，施工时不需要大范围的土方开挖工作，这样不仅可以避免大量的土方开挖及回填工程，也可以避开地下管线比较复杂的施工环境，同时，对于设计埋深较大的管道敷设，这种施工方式还具有比较经济的优点，另外，利用这种施工方式能够有效避免对管线敷设沿线居民生活的影响。如果是在商业比较繁华或者文物古迹地区进行施工，还能够极大程度上减少对周围环境的影响，这也体现出了顶管施工在市政给排水管道施工中的技术优越性。

1.2 顶管施工方法

在顶管施工过程中使用的方法，可以分为三种顶进工法。分别是：人工开放式顶进工法，它又细分为手掘式与挤压式；泥水平衡封闭式顶进工法，它细分为网格水冲式与刀盘掘进式；最后一种是土压平衡封闭式顶进工法，它分为单刀盘式与多刀盘式。

手掘式顶管施工方法适用于管径DN1000～3000之间的市政给排水工程，地质结构为黏性、砂性或硬质泥岩土层，且无地下水影响。手掘式顶管施工的优点具有顶管施工的所有优点：工作时占地面积小、设备简单、技术难度低、易于推广。其缺点是，这种施工方法对于不同类型的地质条件有很大的局限性，顶进面土压不能平衡，十分容易塌方；此外，其劳动强度大，施工进程较慢，人工成本较高。土压平衡式顶管施工法适用的土质范围广，从软黏土到砂砾土都能适用，是一种全土质的顶管施工方法。其原理是利用顶管机的刀盘切削和支承机内土压舱的正面土体，抵抗开挖面的水、土压力以达到土体稳定的目的。土压平衡式顶管施工法使用方式便捷，不需要人工进入井底，对施工管道周边地区的土体扰动也不大，能够保证正常施工的安全性。

泥水平衡式顶管施工工法是一种以全断面切削土体，以泥水压力来平衡土压力和地下水压力，又以泥水作为输送弃土介质的机械自动化顶管施工法，和土压平衡式顶管施工方法有很多相像的地方。泥水平衡式顶管施工方法可以有效的平衡地下水，特别是面对淤泥或流沙性地质结构具有有效的解决方案，较人工顶管安全。

土压平衡封闭式顶进工法需要运用土压平衡顶管机来进行。土压平衡封闭式顶进工法整个控制系统以土压平衡为工作原理，通过大刀盘及仿形刀对正面土体的全断面切削，改变螺旋机的旋转速度及顶进速度来控制排土量，使土压仓内的土压力值稳定并控制在所设定的压力值范围内，从而达到开挖切削面的土体稳定。和泥水平衡顶管施工工法相比，其最大特点就是排出的土或泥浆不需要进行二次处理。土压平衡封闭式顶进工法按刀盘的多少来分，可以分为单刀盘式和多刀盘式。单刀盘式具有广泛的适应性、可靠性和先进的技术性。而多刀盘式的优点是非常适用于软土。

2 市政给排水管道的顶管施工技术

2.1 工作井及其布置选型

工作井分为顶进井和接收井。顶管施工顶管设备的安装、顶进在顶进井内进行，它也是顶管掘进机的始发场所，是承受主顶油缸推力的反作用力的构筑物，供工具管出动、下管节、挖掘土砂的运出、设备材料的吊装、操纵人员的上下等使用。在顶进井内，需要布置主顶千斤顶、顶铁、基坑导轨、洞口止水圈以及照明装置和井内市政给排水设备等。在顶进井的地面上，需要布置行车或其他类型的起吊运输设备。接收井相对于顶进井来说布置比较简单，接收井是接收顶管机或工具管的场所。

顶管工作井的布置受顶管方式、地形地貌、管线设计、水文地质、排降水条件等决定；顶管工作井的平面尺寸和形式则受顶管设备、工具管长度、管节长度、管道节段长度和宽度、工作井深度、后背结构厚度、两侧和前后操作空间等确定；顶管工作井的选型还应综合地面交通、周边荷载、地上地下障碍物、施工技术设备、技术成熟条件、造价、工期、对周围的环境影响等其他因素进行经济技术比选确定，必要时还应采用多种结构形式的组合并辅以其他辅助施工措施以达到最优。

2.2 顶进工作井的井内布置

井内布置包括前止水墙、后座墙、市政给排水井以及基础底板。为了防止地下水土以及顶管用润滑泥浆的流失，前止水墙上面安装有洞口的止水圈。后座墙部分要有足够的抗压强度，这样才能承受得了主顶千斤顶的最大顶力。在顶管工作井内，还需布置顶管工具管、环形顶铁、弧形顶铁、基坑导轨、主顶千斤顶还有千斤顶架和后靠背。在这之中，主顶千斤顶及千斤顶架的布置尤为重要，因为主顶千斤顶的合力的作用点对于初始顶进的影响比较大。

2.3 顶管土压力控制

顶管施工中，控制地面沉降是最关键的技术之一。而影响地面沉降的主要因素之一，是顶进过程中泥土仓内土压力的控制。顶管机在顶进过程中，土仓之中会有一个控制土压力P，当控制土压力P小于顶管机所处土层的主动土压力PA时，土就会涌向顶管机土仓，致使螺旋输送机排出土的体积大于顶管机推进过程中理论排出土的体积，就会造成地面沉降；相反，如果当控制土压力P大于顶机所处土层的被动土压力PP时，导致排土过少，就会造成地面隆起。

随着顶管的向前推动，刀盘前的土压力不断增大，一直到土压力大于控制土压力，顶管将停止推进，刀架回缩，切削土量也会随之减少。因此，我们需要调节顶管的顶进速度，使顶进速度与排土量相符，才可以保证土压力在恒定值。然而，这是最理想的状态，在实际的顶进过程中，排土速度与顶进速度肯定不能保持一致，所以在操作上呈现出间接式的顶进。

2.4 地面起吊设备

地面起吊设备中门式行车是最为经常使用的，其他比较常用的地面起吊设备还有履带式起重机和汽车式起重机。门式行车比较难以转移，但是它操作较为简单，并且可靠性也很高。而相对于门式行车转移时拆装难度较大，履带式起重机和汽车式起重机则转移时比较方便。

2.5 顶管偏差的测量与校正

顶进过程中的纠偏是顶管作业质量好坏的关键，若操作不当，可能造成顶力骤升、管接口破损，严重时可能造成管道无法顶进，引发严重的安全、质量事故和重大经济损失，尤其是在砂层中顶进，管道极易因为泥水过度冲刷造成顶管机机头下沉，因此，对于顶进过程的纠偏显得尤为重要。

顶管施工的过程中，一般程序是每顶进0.5～1m，就要测量标高和中心线一次。如果发现偏差，不仅要及时校正，还应在每顶进一个行程后，正式测量和校正一次。在机械式顶管中，激光经纬仪使用较广，激光经纬仪即在普通经纬仪上加装一个激光发射器，将激光束打在掘进机的光靶上，可根据观察光靶上光点的位置能判断管的上下和左右偏差。一旦管的偏差超过允许值时，应根据实际情况采用适宜方法进行纠偏。顶进时，一定要加强第一节管道顶进质量的控制，使起顶误差减少。此外，导向轨、千斤顶受力点、管底滑道、管侧超挖必须严格按照施工要求进行。

3 结束语

近年来，随着城市建设规模的不断扩大，城市基础设施的建设规模不断扩大，如果仍按照传统的技术进行施工必然会存在较多的不足和局限，对土地资源、自然环境、人文生活等都存在着比较大的影响，除此之外，施工周期长、开挖面积大，投资大，这些因素都会产生一系列连锁反应，被人们所抵触。顶管技术应时代而生，日趋先进，备受喜欢。

[1]秦 勇.市政道路市政给排水管道顶管法施工技术[J].科技与企业，2015，23：130.

[2]孟丽娜.市政给排水管道顶管施工技术探析[J].科技创新与应用，2016.