顶管施工工艺在市政管网施工中的运用探讨

2021-04-03张文涛于泽江陈晓庭

城市建设理论研究（电子版） 2021年19期

张文涛于泽江陈晓庭

中国建筑第七工程局有限公司南方分公司广东深圳 518000

在市政管道施工时，顶管工艺无需将施工区域的管线线路挖开，借助设备顶进管道穿过地下结构物，特别是一些复杂的、开挖难度较大的区域，从而将管道铺设到指定区域[1]。无论是在成本控制上，还是在工期控制上，新的施工工艺都比传统工艺更具优势，效率高、无污染，符合生态文明建设的大局。

一、顶管施工工艺概述

（一）泥水式推进法

泥水平衡顶管系统可分为三个主要组成部分，地面操作台、顶管机头、辅助设备等。值得注意的是，机头中安装了PLC控制箱，在控制机头时，可以由地面操作台发出控制信号，机头在接收指令后完成任务[2]。排泥系统可以清理掉管道内的泥土，完成下管作业后，可以借助千斤顶实现分段顶进管道作业。在工具管前进的同时，刀盘通过转动进行开孔，然后由进泥管供应泥水。此外，还要保障泥水舱压力的稳定，这样可以为刀盘向前钻进提供良好环境。

（二）顶管施工的优势

在施工的过程中，第一，与开槽施工相比较而言，顶管施工地下作业的工作方式决定了其工作会给外界带来良好的环境，不仅工作噪声小而且粉尘量极少，有利于创建安静、祥和的居民生活环境。第二，基于顶管工艺的施工方式为地下作业，只挖掘作业的小坑，所以地表开挖面积小；在顶进工艺过程进行时，挖掘土方面积仅为管道断面面积，节省了工程量和工程成本，对总工程的工期缩短有促进作用[3]。第三，一直以来地面沉降量都是工程中主要考虑的问题，沉降量的出现对于控制沉降量有很大的帮助。由实践结果显示，采用顶管工艺后地面沉降量非常小基本不会影响到地面建筑。

二、顶管施工工艺

顶进技术工作井和接收井设置。顶管井包含着接收井和工作井，顶管井结构主要为钢筋混凝土，其结构强度较高。工作井一般都是单排孔和单孔井，单孔井主要是圆形、矩形以及正方形等形状，对于单排孔井形状通常为矩形。而大多情况下，工作井的形状、结构要结合现场地质、环境确定。完成施工作业后,需要全面检查工作井、接收井质量，严控各项施工指标[4]。顶管施工时最大的难点在于穿墙施工，施工要点主要是防水处理问题，在将穿墙门板打开后，应该立即将工具管顶出，且做好防水措施。

顶进设备的选型、布置及安装。顶管机选型如果不适合施工条件，则会带来不良后果；轻则使得施工进度受到影响，重则使得顶管施工失败，所以务必控制好机型。①要集合土质选择：顶管机适应范围都有严格标准，无论是软土土质，还是砂砾土质，都无法通过同一机型完成施工。首先要了解该机的结构和工作原理，再查看它的使用业绩，根据生产厂商所提供的业绩资料做进一步的核实和调查研究。②与设计条件相适应:这里是指设计图纸中的要求和规定，如顶进管的直径、材质、顶进的长度和线型、工作坑和接收坑的构筑形式、覆土深度等条件[5]。③适合地面条件:很多时候，施工区域存在建筑物、铁路、大堤、公路、驳岸等设施，所以必须确保顶管机施工后这些设施的稳定性，避免出现沉降。与此同时，对于地下水以及构筑物等也要充分了解，防止施工破坏这些地下构筑物结构。④顶管机可靠性:顶管机质量取决于顶管机作业的稳定性，环境因素、人为因素都会导致顶管机质量出现变化。

工作井内需要配置完整的设备有后背墙、设备导轨、导轨、后座垫铁、千斤顶、后座泵站、千斤顶支架等。在进行吊入工作前，需要做好详细检查工作，特别是装、卸机头时，要始终确保机头的平稳性，采取缓慢装卸的方法，防止机头出现冲击、碰撞问题，同时也要通过专人指挥进行装卸，方可保障装卸作业的安全性。完成机头安放工艺后，需要将机头前后端中心偏差测出，在确定机头与导轨吻合度满足要求后再进行后续作业。

三、顶进施工

（一）顶力及管材设计

工程实施前,要先做好顶力模拟试验,在考虑实际参数的影响情况下,确定顶管受力状况,以便掌握施工进度[6]。在管材设计上，要对钢筋的质量与分布结构做好严格把关,对于混凝土的强度也要达到设计要求。此外，也要将顶管需纠偏处理工作做好,对于管道偏心受压的情况应该及时了解，确保管道安全系数达到要求,避免不良影响。

（二）顶进方法

在对管网施工的时候，需要对地下地质、水位、管经等因素进行考虑，还要对黏性土层以及砂性土的地质条件进行检测，并且要在地下水不会产生影响的基础上，选择手倔式以及挖掘式的顶管法进行施工，并对工作状态的运行情况进行检验。在施工过程中如果是在黏性土层的环境中进行施工，可以通过土压式的顶管法进行施工。

（三）顶管顶进及出洞

工作井沉井制作时，在预留洞口周边位置加设钢筋，并对井壁预留洞口进行封堵。洞口密封止水采用单道20mm厚密封胶圈加预埋钢构件形式。密封胶圈收口直径略小于管节外径（20mm），保证顶进过程中密封胶圈压紧密。顶管顶进过程中，需根据施工情况及时调整顶进速度，并根据顶进速度精确控制出土量。

顶管出洞是一项关键工艺。在顶进临近接收井前，应将接收井施工完成，并做好准备工作[7]。当顶进施工临近接收井时，应复测本段管道的长度是否符合设计要求，然后通过测量确定顶管机出洞的位置，在顶管机出洞前将该处井壁凿除。在出洞过程中，顶管机应适当提高顶进速度，待顶管机完成定出洞口后，吊运出顶管机并做好洞口止水措施。

（四）中继间的设置

在超长距离顶管施工中，为增加顶进距离，满足长距离推进的要求，需布置中继间。中继间的结构主要由壳体、油缸、密封件等部件组成。中继间的布置需与计算的顶力相匹配，并结合顶进施工过程中的具体情况进行调整。

在施工过程在需充分考虑顶进过程中顶力与土层阻力的变化，第一处中继间一般布置在顶进千斤顶总推力达到40%-60%时，此后，每当中继间总推力达到70%-80%时需布置下一个中继间。超长距离顶管施工中中继间采用成组的方式进行布置，通过多组中继间同时工作的方式，可有效地提高顶进效率。

四、顶进施工工艺后期工作

（一）顶管测量

顶管施工前，需需根据顶管线路所布设的导线点及水准点，标定出井的平面位置及测定其深度，以指导工作井的开挖施工。并标定出始发井与接收井的管道中心点，并将其投设于地面作好标记。在顶进过程中，通过激光经纬仪测量，实时记录顶管机头顶进偏移量，通过控制纠偏千斤顶的伸缩量，以纠正顶管机的顶进方向，使其始终沿设计轴线顶进。

（二）顶管纠偏

进行顶管作业时，实施监控顶管机测量靶激光点位置变化情况，通过监控数据计算得出顶管机的斜率，并调整相应的纠偏千斤顶组的伸缩量，进而控制顶管机的顶进方向，保证顶管沿设计轴线顶进，并准确顶入接收井。

顶管管道穿墙后的30～40m范围内的偏差是影响全段偏差的关键，特别是出墙洞时，由于管段长度短、工具头重量大，进出洞口土质易受扰动等因素的影响，往往会导致向下偏，此时，应该综合运用掘进机自身纠偏和调整千斤顶的作用力合力中心来控制顶管方向。

（三）穿墙止水

在顶管施工过程中，应采取措施防止地下水、泥砂和触变泥浆通过管节与顶进洞口的间隙渗入工作井中。因此，在施工过程中需要对工作井周围土体进行加工处理。其次，在顶进过程中在管节与洞口间隙安装橡胶止水环，借助管道顶进带动橡胶板形成逆向止水装置。顶进施工结束后，待顶管机完全出洞，即用水玻璃或水泥浆填充管节与洞口间隙，以保证止水效果。