微型顶管在排水管道建设中的应用

唐 超

（北京城市排水集团有限责任公司，北京 100044）

随着我国经济和城市建设的快速发展，城市基础设施逐渐完善，其中各类地下管线的铺设与改造，在城市基础设施的建设中扮演了重要的角色。对于繁忙的城市交通系统，大开挖铺设地下管线必然会造成交通中断，特别是在城市主干道施工，大开挖对交通影响巨大，不仅会阻断交通，还会造成巨大经济损失，并且如果地面建筑物较多时，将无法施工。因而，非开挖施工技术越来越受到重视。顶管施工就是非开挖施工方法中的一种，是不开挖或少开挖的管道埋设施工技术。

顶管技术已在我国工程中得到大量的应用，且保持着高速的增长势头，无论在技术、顶管设备还是施工工艺上，都取得了很大的进步。其中，微型顶管是基于顶管技术开发出的小管径顶管技术，其工艺具有施工占地面积小、对道路结构影响小、对现场周边环境影响小、顶进精度高的特点。

1 微型顶管工艺的施工流程

微型顶管施工工艺原理：按照先定位，后顶进的原则，首先利用液压顶进机台将导向杆按照设计轨迹推进并贯通整个设计井段，然后顶进出土外管及螺旋排土杆组合装置，待整井段出土完毕后，将拟铺设的钢筋混凝土管顶进，在接收工作坑中置换出出土外管及螺旋排土杆，完成管道铺设。

具体流程：测量引点→工作竖井施工→机台底座、推进机台、激光经纬仪安装→导向杆顶进→出土外管顶进、安装螺旋排土杆→完成出土、拆除螺旋排土杆→混凝土管顶进。

（1）工作竖井施工。工作竖井采用倒挂井壁法施工，严格按照图纸要求排放钢格栅。

（2）机台底座、推进机台、激光经纬仪安装。根据设计管道中心轴线安装机台底座、推进机台及激光经纬仪，如图1所示。

（3）导向杆顶进。按照设计高程开始导向杆顶进施工，导向杆的端头是锥形导向头，在顶进过程中通过旋转导向头可以调整顶进方向。导向头内部是一个可发射激光信号的光标发射器，在顶进过程中延中空的导向杆及中空的螺旋排土杆不断向后方激光经纬仪发射信号。激光经纬仪将接收到的监测信号投射到显示器上，方便操作人员及时发现偏移，迅速调整操作。

图1 机台底座安装

（4）出土外管顶进、安装螺旋排土杆。导向杆贯穿工作井段后，在导向杆的尾端顶进出土外管及连接螺旋排土杆，进行工程段的出土工作，如图2所示。

图2 螺旋排土杆

（5）钢筋混凝土管顶进。出土完成后，在出土外管末端依次逐节顶进钢筋混凝土管，通过顶进机台上的液压油缸伸缩将每节管顶入土体，循环完成工程段的钢筋混凝土管顶进。

（6）钢筋混凝土管置换出导向杆、出土外管、螺旋排土杆完成全线顶管。将钢筋混凝土管顶至接收坑，并在接收坑内将导向杆、出土外管、螺旋排土杆逐节拆除，管道按照设计长度施工完成，至此此段微顶管工作完成。

2 微型顶管工艺在排水管道建设中的应用实例及注意事项

玉泉路污水管线工程起点为鲁谷东街往东190m，沿鲁谷路由西向东敷设，终点为玉泉路西侧污水管线，设计管线管径D=300～500mm，长度共1376m。

从地勘报告及管线纵断图来看，该工程设计管线部分位于卵石层中。考虑微型顶管在卵石地层的适用性，决定抽选3个管段作为试验段。由于微型顶管不具备研磨破碎的能力，在导向头顶进的过程中确实出现了卡钻的现象，后退并调整导向头方向也不能继续顶进，因此只得在卡住的位置开坑取出导向头，相应增加了工序及费用。根据试验段的实际使用情况来看，微型顶管对土层的适应还比较局限，不适用于粒径较大的卵石层和杂填土层。可见，详细的地质勘测对施工至关重要。

在顶进的过程中，如遇不明地下障碍物无法顶进时，应通过观察顶进压力表上的数值来决定是否继续顶进。当压力表数值持续增大，但进尺微小时，应立即停止顶进，适当后退并微调导向杆角度再顶进，如不进行调整继续蛮顶，可能会出现导向头断裂等情况。

在顶管施工前，还应对地下设施做详细的探测，摸清地下各设施高程、平面位置关系，这直接影响了微型顶管施工的顺利进行。当今城市道路地下管线错综复杂，水、电、气、热、通信等管线，碰断哪根都会造成停工、赔偿等损失。

3 微型顶管工艺的优点

3.1 施工占地面积小

由于微型顶管属于非开挖技术，相较于明开槽法，微型顶管技术在施工占地上有着极大的优势，只需一个顶进坑和一个接收坑即可完成一个井段的管道铺设，在施工占地上明显优于明开槽法。相较于以往人工顶大管穿小管的施工方法，由于微型顶管设备集成程度高，因此顶进和接收所需的工作坑尺寸也更小，可以进一步减少施工占地。

3.2 对道路结构影响小

在施工过程中，通过委托第三方监测单位在施工区域布设监测点，对道路沉降情况进行监测。在未做注浆等任何道路结构保护措施的情况下，路面沉降的累计变形值、变形速率均满足相关要求（累计变形值≤15mm，变形速率≤2mm/d）。在顶管施工完成后，采用雷达探测的形式对全线管道施工区域内的土体密实度进行检测。通过检测报告中的雷达图像可看出，顶管区域内的土体没有出现疏松或空洞的情况，土体密实度良好，不会造成道路塌陷。

3.3 对现场周边环境影响小

任何一种施工方法都会对周边环境造成一定的影响，若采用明开槽法施工，大量的土石方工作必将会对施工现场及周边环境造成扬尘污染；而应用微型顶管技术，土石方开挖量基本集中在工作坑的开挖上，土石方工作量远小于明开槽法，配合降尘措施，将能保证满足环保要求。若在现况道路上施工，较低的开挖工作量还可降低道路的挖掘修复费用。

3.4 管道铺设精度高

斜锥形的导向头在不旋转的情况下，将一直沿导向头斜面方向偏移。在导向头内部有激光发射靶，其所发出的激光信号被后端的激光经纬仪所接收，并上传至电脑中显示。发射靶上有若干靶点，激光经纬仪始终对准发射靶上的中心靶点，若顶进过程中偏移了中心靶点，可通过旋转导向头来调整顶进线路，管道铺设误差可控制在±2cm内。激光靶与导向头如图3、图4所示。

图3 激光靶

图4 导向头

4 结论及建议

微型顶管工艺在实际应用中优点明显，施工占地面积小、对道路结构影响小、对现场周边环境影响小、管道铺设精度高，具有广阔的发展前景，可以推广使用。但也存在一些不足之处，例如最大顶进距离为45m，长距离的顶进必然会增加工作坑的数量；不具备研磨破碎能力，可应用的地层比较局限，粒径较大的卵石层和杂填土层不适用微型顶管；设备造价较高。对此，建议在施工前做足前期调查工作，对地质情况、地下管线、地下构筑物情况尽可能详细探查。

随着城市的高速发展，对城市工程施工的场地限制、环境保护要求也越来越严格，微型顶管工艺也要在长期的施工中积累经验，不断创新、不断提高。