顶管技术在供水管网改造工程的应用

廖 悦

（五华县华康供水有限公司）

0 引言

近年来，城市给排水施工工程的数量不断增加，有效保障城市的日常稳定运转，但由于大量工程的开挖，导致对地面及道路造成严重破坏。顶管技术，也称非开挖管道敷设技术，在施工过程中，对于地面的开挖较少，或者基本不开挖。在供水管网改造工程施工中，应用顶管技术可以有效减少施工对于城市的污染以及对周边居民日常生活的影响，确保施工的稳定进行，已经得到了十分广泛的应用。

1 顶管施工原理

随着隧洞盾构法技术的不断发展，为了更好适应现代工程，延伸出顶管技术，从而为非开挖大直径工程提供良好操作方式。在施工中，管道直径若是在DN800～4 500 mm，由于其直径较大，若是采取以往施工技术，则会增加众多工作量，应用此技术，则可减少或不需要开挖，通常是在两侧工作面安置接收井与工作井，利用工作井中管道间中继间和主顶液压油缸等设备，工作中可产生顶力，以此破坏土层结构，再通过工具松散土体，即可简单使用紧随工具埋设管线，并将卵石等坚硬物体运出管道，避免对管线埋设造成影响。顶管施工原理主要是利用掘进机对设计管线岩土连续施加作用力，以破坏岩土体，让其松散后利用工具推出管道。

2 施工工艺

顶管部分管线顶管的设计深度是4 m，管壁厚80 mm，管径则是800 mm，总体管长是275 m。在施工之前进行地质勘测，报告显示地下土层以砾石土层、沙子及粘土为主，则以此为依据，顶管施工选择人工方式，设备则选用液压千斤顶，设置头部刃口工具管，下口与上口分别为30 cm与100 cm。制作工具管材料是钢板，具有导向、保护管道与起切土作用，利用工具管挤压岩土，让土体保持松散状态，液压千斤顶顶进后，即可将松散土体挤入管内，利用双胶轮车，让施工人员将多余土体运出去。

施工中应当以土质实际情况为依据，在刃口附近适当设置挡板，或是在管内设置格栅，避免顶进过程中发生土体坍塌等情况，影响后续工作。

3 施工计划

3.1 安排工期

工程中顶管施工较短，为保证资源分配合理性，与总施工进度相结合。

3.2 配置资源

工程资源配置作为其中重点，其合理性可在减少施工成本的同时，缩短施工工期。

3.3 安全环保

3.3.1 安全

一是进场人员需佩戴劳保设备及工具；二是在施工现场附近，选择恰当部位立起警示牌，做好围挡工作，避免无关人员误入；三是定期保养工程中的车辆、机械与设备，保证管路安全，以免埋下安全隐患；四是工程不可避免需要进行夜班施工，此期间应保证现场照明度，合理进行照明设施布置；五是培训人员安全知识，尤其是面对突发情况，应有一定应急能力。

3.3.2 环保

一是在施工现场洒水，避免粉尘飘起，以彩条布覆盖车辆上运输的渣土；二是设置排水沟，将施工废水沉淀后统一排放，避免胡乱排放污染附近水系；三是设置指定位置，排放施工中弃渣、废水废油等。

4 施工工序

4.1 顶坑施工

式中：L 为工作井长度；L5为顶进管导轨留下长度，约为0.40 m左右；L4为后背墙厚度，约为0.60 m；L3为出土工作间，约为1.40 m；L2为顶管长度；L1为管节长度。

式中：B为工作井宽度；S为操作宽度，约为3.00 m；D为混凝土管径。接收井同样以上述公式进行计算，技术参数如表1所示。

表1 技术参数表

4.2 顶进施工

4.2.1 确定参数

以地质勘探数据、实际情况及方案设置顶管参数。

式中：F0是总顶力标准；L为设计管道顶进长度；D1为管道外径；fk为土与管道外壁摩阻力，由于工程主要是粉性土与粘土，其摩阻力为8 kN/m；NF 则是工具管迎面阻力。通过计算后，总顶力标准未超过混凝土管节允许顶力，3.04 为其安全系数，有效满足顶进施工需求。施工中设备为千斤顶1 台，规格为100 t。

式中：B为导轨规矩，R则代表管道径。经过计算后，安装参数中，设计管道坡度与两条导轨纵坡相符，轨距设计为0.51 m。并且，保证轨道并不会超过3 mm偏差，两轨间距约为1.00 mm，下口与上口长度分别是30 cm 和1 cm，顶面高差在3 mm 范围内。设备则选用轻钢与型钢制作，工具管为钢板制作。

4.2.2 安装设备

在顶管施工中，设备包含主顶泵站、工具管、主顶油缸、导轨及千斤顶等（见图1）。

图1 设备安装图

4.2.3 施工工序

调试设备。当安装完顶进设备后，则施工人员应当根据技术规范做好试车调试工作，检验设备安装精度是否满足要求，避免出现安装偏差等情况。

一是下放之前需检查管道是否存在裂痕、破损，内壁清洁情况、是否平直无缺陷等；二是在吊送管道时，吊送管道与规定井下距离相距在50 cm范围下，工作人员方可下到井底帮助作业，辅助管道安放至指定导轨部位。

一是顶进每节管道约为30 cm时，即需测量前后高程与中心轴线，遵循勤顶勤测、随挖随测原则，及时矫正偏差，以免问题积累对后续施工造成更大影响；二是入土工具管施工，对顶进偏差加强控制，确保高低偏差不超过1 cm，中心偏差在0.50 cm范围内；三是若是顶进测量中发现偏差，则需要及时纠正，若是同时存在左右与高低偏差，则以较大偏差方向为切入点，分析偏差原因，为后续顶进工作提供资料，以免再次发生偏差问题。

一方面定期测量平台后视点、起始点及控制网，若是发生较大偏差，则需立刻分析原因，做好修正工作。另一方面，当管内存在不超过0.20 mm 裂缝，则使用涂料或环氧砂浆修补，保证裂缝在完成修补后无渗漏情况，裂缝若是超过0.20 mm，则需要依据裂缝位置、现场情况制定相应方案。

控制顶进测量。一是布置测量平台与控制网，业主为施工单位提供基准测量控制点，通过复测后，可依据基准点进行工程整体测量控制网布置，将其设置在工作井附近，其中包含井下测量后视点、起始点及轴线点；二是控制顶进测量。同时在施工坑中设置高程桩与中心桩，导向设备以激光水平仪为主，做好顶进方向观测工作。

纠偏。顶进施工中为保证管道能够沿着设计方向顶进，施工时需要在中心轴放置激光靶，以观测控制管节情况，若是发生偏移则可及时纠正。

在记录中主要包含设备运行、测量工作、地质勘察、顶进尺寸、超挖详细位置、问题及对策等；而记录管理则需要与作业交班实现同步交接，班组管理者需进行签字，保证管理有效性。

5 结语

总之，在工程施工中，为了不会对交通、建筑物等造成破坏或影响，则可利用顶管技术进行管道埋设，不仅能够将工期缩短，还能提高施工质量，维护人员安全。同时，本次工程中可知，顶管施工需要做好施工组织计划，良好的计划能够为后续施工提供指导，优化资源配置与施工间距，进而促进施工经济效益提高。