大口径顶管施工技术在市政工程中的应用

2018-03-22曹爱军

山西建筑 2018年32期

曹爱军

(山西诚信市政建设有限公司，山西太原 030024)

1 概述

近十几年来，我国经济建设取得了十分显著的成就。社会经济的飞速发展推动了城镇化的规模和速度不断扩大和加快。在城镇化进行中，市政道路建设是城市发展的基础性工程，受到了全社会的广泛关注。现阶段，随着城市建设规模的不断加大和城市人口数量的不断增多，城市空间资源的使用受到越来越多的限制，很多城市都在大规模开发地下空间，以满足日益增长的市政工程建设需求。

在已有的各种地下市政工程建设施工技术中，顶管施工的技术先进程度最高，应用也最为广泛，而且必将继续应用于各种大型地下市政工程建设中。这是因为，在各种地下施工技术中，顶管施工技术对地上设施的破坏程度最小、对周围居住环境的影响最小。此外，顶管施工上技术还能够适应各种复杂特殊的施工环境，例如可以轻松穿过各种阻挡建筑，施工过程不影响地上交通的正常运行。因此，顶管施工技术在市政工程建设中发挥了越来越重要的作用。本文介绍了顶管施工的技术原理和典型特征，分析了市政工程建设中顶管施工技术存在的漏洞，并提出了有针对性的措施。

2 顶管施工技术原理与优势分析

2.1 技术原理

顶管施工技术广泛应用于各种地下工程项目的施工过程中，特别是在市政工程中的应用十分广泛，已经成为市政工程地下项目中首要考虑的一种施工技术。顶管施工过程中，不需要进行开挖，或者仅需要进行十分少的开挖就能够将各种管道迈入地下。整个施工过程不会对地面产生很大的影响。即使是路面有建筑物，采用顶管施工技术也可以在不影响地面建筑物的前提下，将管道埋入预设路线。并且，顶管施工技术不但对地面各种建筑的影响最小，对环境的破坏也是最小的。顶管施工过程中产生的各种有害粉尘最小，施工过程不会对周边生活环境造成很大的污染。因此，自顶管施工技术诞生之日起，尤其是随着顶管施工技术的成熟度越来越高，绝大多数市政地下工程项目中已经摈弃了开槽埋管的施工技术，而青睐于优势明显的顶管施工技术。

顶管施工技术的基本原理是采用推力巨大的机械设备，直接将管道植入土层之中，避免对传统铺设管道过程的开挖处理。顶管施工的基本施工过程为：首先，基于市政工程设计规划的管道铺设线路，在管道铺设的开端与尽头分别修建工作井和接收井。如果管道沿线的地质环境复杂，或者是管道的距离过长超出了一次铺设的范围，需要在管道线路中间建设中间井；其次，利用工作井内的大推力机械设备完成钢制管道(工具管)的顶进作业。最后，正式的管道紧随工具管的推进，不断被推入工作井中，一直到管道成功铺设至接收井。在市政工程的污水管道安装项目中，施工过程相对复杂，但施工原理基本相同，区别仅在于需要更为先进的顶进设备和额外建设顶进中继站。

2.2 技术优势

顶管施工技术又叫做非开挖管道施工技术。顶管施工的显著优势就在于铺设管道的过程中，不需要对土体进行开挖。基于此，相比传统基于开挖的管道铺设技术，顶管施工技术所具有的独特技术优势包括以下几个方面：第一，顶管施工可以轻松地将管道铺设进公路、铁路等交通设施，以及商场、居民小区等地上建筑之下，不影响地上建筑的正常使用。第二，顶管施工技术的施工成本和施工时间均远小于传统的开挖施工技术，可以大量节省工程资金和缩短工期。第三，顶管施工技术对施工场地周围的环境影响较小，采用顶管施工能够大幅度降低施工场地的噪声和粉尘扩散。第四，顶管施工技术需要的施工场地较小。相比传统基于开挖的施工技术，顶管施工只需要几个占地空间较小的作业点，对周围正常生产生活的干扰较小。正是因为顶管施工技术所具有的这些技术优势，使得顶管施工技术在现代城市市政工程的各种管线工程项目中的应用非常普遍。但是，相比传统基于开挖的管道铺设技术，顶管施工的技术相对复杂，对工程人员的专业知识要求较高，且需要非常精确的地质与水文数据。在市政工程地下项目施工过程中，顶管顶进的路线有可能是直线，也有可能是曲线。但无论如何，顶进的管道必须要按照预先设置的路线前进，不能偏离过大。

3 市政工程中大口径顶管施工容易出现的漏洞

3.1 顶力不足

在市政工程地下项目中，受到复杂地面建筑的影响，顶管的距离一般会较长，此时就很容易出现顶力不足的问题。在顶管施工过程中，所需顶力是随着顶管的不断顶进而逐渐加大的，因此对顶进设备的顶力要求较大。为了避免在施工过程中出现顶管顶力不足的问题，可以采用两个方法降低对顶力的需求。首先，降低管道行进阻力。在管道顶进过程中，利用顶进管线与周围土体的空隙，一般为3 cm左右，通过在管道外围施加压力的方法注入减阻泥浆，降低管道的行进阻力，间接地减小对顶力的需求。其次，对于大口径长距离的顶管施工，可以通过在管线中间设置中继站的方式降低对顶力的需求。

3.2 靠背强度不足

在顶管施工的过程中，顶进设备向外输出巨大的顶力同时，大口径长距离顶管工程的后座必须要同时承受巨大的反推力，即顶进力的反作用力。通常情况下，按照管道的口径和顶管施工的距离，可以预测出后座承受的推力数值。但是，在施工过程中，顶进设备的顶力难以保证是十分平稳地施加到管道中，此时后座就很可能要承受顶进设备突然产生的爆发力。这样就很有可能造成顶进设备受损，给施工单位带来经济损失的同时，影响工程质量和工程进度。为此，必须要在顶进设备安装的过程中，预估可能出现的极限推力，加顶管设备的靠背强度，避免出现推力不足的问题。

4 市政工程施工中大口径顶管技术应用要点

顶管施工技术使市政地下工程的应用十分广泛，但是其施工技术相对复杂，施工过程中一定要注意掌握施工要点，提高施工技术水平，确保施工质量，提升市政工程的整体质量水平。

4.1 掌握技术应用要点

市政工程是一项十分复杂的工程，在市政工程中应用顶管施工技术，首先要做的就是深入学习和分析有关于顶管施工的各项技术，充分掌握顶管施工的技术要领，按照预定的施工总体规划，科学合理地制定顶管施工方案。目前，虽然顶管施工技术已经较为成熟，但是仍然需要根据具体的施工环境，明确顶管施工过程中的各项具体操作，坚决杜绝不按照实际情况制定施工方案，而盲目依据经验施工的情况发生。

4.2 落实现场勘查工作

顶管施工的技术复杂程度高，施工过程中随时可能出现各种突发情况。为此，施工单位必须严格落实施工现场勘查工作，这是保证工程质量的基础条件。特别是在大口径长距离顶管施工的过程中，必须要随时根据现场勘查情况调整施工方案。笔者结合自身工作实际，认为需要从以下几个方面强化顶管施工的现象勘查工作。首先，要对施工现场进行精确测量，基于现场勘查结果，规划顶管管道位置，而且施工之前要及时清理影响施工的杂物。其次，勘查顶管施工涉及的路面交通状况，及时掌握施工沿线的交通情况，联合相关部门在必要的时候减小地面交通压力，为顶管施工创造良好的施工条件。最后，勘查施工沿线的地质和水文条件，市政工程中尤其要注意对各种地下管线的勘查，例如地下电缆、给排水管道等。此外，还要对顶管施工现场的地上建筑物构造进行勘查，确保施工期间的地上建筑物安全。

4.3 规范顶管技术运用

顶管施工技术的规范性对于提升市政工程质量是至关重要的。只要按照操作规范严格落实施工技术要求，才能确保工程施工的规范性。在市政工程顶管施工，要落实的技术规范主要包括以下几点。第一，科学合理地勘查施工现场的基础上，确定施工技术，确保顶管施工技术与市政工程建设能够严密配合；第二，施工过程中，密切监测城市地下水位的变化情况，对突发情况要做好预案；第三，做好顶管施工的准备工作，对顶进设备的顶力和管材承受的推力要有充分的准备，避免在施工过程中出现顶力不足和推力不足的现象。