顶管施工技术及质量控制措施分析

陈凯强

（天津市静海城市基础设施建设投资集团有限公司，天津 301600）

引言

市政管道的应用涉及给水、雨水、污水等领域，其中市政排水管道的应用为城市解决了排污、排雨的基础难题。我国现在的城市排水系统建设与传统的存在很大的差异，现在的排水系统建设更多的显现出规模大、建设环境复杂、施工时间紧张等特点。在此基础上，大开挖施工技术会对生产生活、公共交通和工程造价产生重大的影响。因此，将顶管施工技术广发应用于市政建设中，能最大限度的解决这些难题。

一、顶管技术在市政排水管道施工中的重要性

顶管技术的施工对环境影响比较小，在市政排水管道施工中具有环境保护效益。市政工程施工中经济实惠的施工技术能带来成本上的降低，而环境保护对于市政工程建设而言同样重要，传统工程施工中对于环境保护问题的重视程度比较低，经常容易造成环境破坏和污染，在市政排水工程施工时管道的挖掘工作也会对周边环境特别是水土环境造成影响，若施工过程中不注重分析除了会影响环境外还可能造成地下水污染或者水土流失等问题。而顶管技术在环境方面具有较小的影响，顶管技术总体来说是一种高效节能的管道施工技术，可以消耗较少的资源和能源的条件下，完成管道施工，顶管技术通过作业坑的挖掘以及地下顶管施工，相比于传统开外对周围环境破坏比较小，不容易影响地上的植物或者建筑物，很少造成生态破坏问题。顶管技术应用中有可能产生水土流失等不良问题，但其技术控制的稳定性相对较好，对各种类型的施工问题和难题有比较有效的结局方法，根据相关调研结果显示，顶管技术施工时造成的施工污染更小，施工过程中产生的废物和施工垃圾也比较少，施工的安全环保质量有所保障，是一种相对安全高效的施工技术。

二、市政工程顶管施工技术操作规程

（一）顶进前准备工作

顶管顶进前，操作工人应办理交接班手续，召开交班会，介绍设备运转状况，移交《设备运转记录表》并办理交接班手续，接班的作业人见应对控制台、泥浆粟、管道、测量系统、工具头等顶管全套机械设备进行例行检查t确保顶管全套机械设备正常运转。

（二）机械设备安装及控制标准

工作井施工完成后，顶管施工的机械安装必须根据操作规程操作。

一是根据岩土地层结构特点、管道口径大小以及地面附着物的种类、抗震条件等选用型号较为合适的盾构机械设备；

二是选用钢质材料制作导轨，铺设平直，固定措施到位，确保顶进管道运行过程，不走样；

三是千斤顶与管道中心的垂线对称并在支架上固定好，需要一台以上的千斤顶合力作业，一般要求配对安装，型号相同，以满足同步作业的要求；顶铁轴线与管道轴线保持平行并对称，顶铁与导轨的接触面要确保干净，不许有油污、泥土等；

四是千斤顶的油压控制系统分台设置，并联安装，保持油泵与千斤顶型号相符，选择最佳匹配。

五是整套顶推设备试运行合格后才允许组织施工。

（三）顶管的选择与顶推设备安装

顶管的选择与顶推设备安装是顶管施工中极为关键的环节，顶管选择和顶推设备安装的可靠性和稳妥性往往直接关系着工程的最终质量。完成工作坑施工后，在工作坑中安装顶推设备，而后需要选择对应型号的顶管并且应用顶管设备进行施工。在这一过程中顶管的选择至关重要，顶管的选择通常是需要根据工程需求进行选择的，工程管道对于顶管的管径、长度等进行要求，施工单位根据相关要求为了满足排水的需求选择对应型号的顶管。而在顶管施工中还需要注意顶管长度对于施工作业的影响，一般来说顶管长度过长或过短都会对施工成本造成影响，越长的顶管可以减少顶管的次数，但是顶管的难度相对较大，而较短的顶管会增加顶管次数，但施工难度相对较小，为了保证顶管施工的效率和成本控制，施工单位需要根据实际情况对顶管的具体规格进行选择。顶管选择完成后，需要根据相应流程准备顶管设备，做好凿除洞门、注浆准备、初始顶进以及偏差测量等工作，最后进行下管顶进施工，通过顶管推进施工最终完成市政排水管道施工。

（四）顶管管节接头焊接

顶管管节接头焊接是顶管施工中较为重要的环节，其焊接的质量影响着整体顶管施工的质量与安全。因此，做好顶管管节接头焊接控制工作至关重要。首先，在进行管道焊接之前，做好对管口处油污、毛刺等的清理工作，确保管口端面的光滑度与平整度。同时，要在安装管段接口处，采用焊丝进行焊接固定。下管操作则应要紧扣管口，同时做好管节高程与中心的有效调整。最后，在完成点焊操作之后，再进行全方位的焊接施工。需要注意的是，对于对口处的焊接，必须确保其内外部较好的平整与完整性，在接口的内部周边按照一定的顺序贴靠长度为300mm 的直尺，将错口的偏差控制在壁厚的0.2 倍以内，且不能大于2mm。点焊需对称固定，且点焊和焊接都必须使用相同的焊丝。焊接过程中，需要及时清理焊渣、药皮等，以免影响焊接质量。除此之外，在每完成一节管段的安装之后，都要对焊缝质量、管节、防腐层等施工质量进行检查、检测，若是焊接施工不达标，则必须进行重焊，直至质量达标为止。

（五）工作坑

市政工程中应用顶管施工技术，需要施工工作井和接收井，这两种不同功能的井即我们常说的工作坑。在工作坑施工过程中，通常SMW 工法桩配合混凝土冠梁及水平横撑作为工作坑的围护结构，开挖至设计标高后施作底板。其中工作井需要施作后背墙，后背墙以钢筋混凝土结构为主，一般是采用预制装配式混凝土结构或现场浇筑混凝土的方式。以现浇混凝土施工为例，在天津市静海区北海片区瑞和道雨水管施工中，施工单位按照设计图安装后背墙的钢筋及模板，经验收合格后浇筑后背墙混凝土，经养护达到设计强度后即可开始顶推施工。在修建工作坑的过程中，施工方需要严格把控工作坑的质量，保证工作坑质量牢固，防止工作坑坍塌及渗水。

（六）施工过程中管道减阻技术

随着顶进长度增加，管道侧面摩阻力越来越大，阻力增加会造成千斤顶液压油泵压力加大、投入千斤顶设备吨位加大；由于管道在顶进过程中受力不均，管道质量自身存在差异，容易造成管道破裂，影响后续顶进，所以在施工前要对顶力进行计算，确保施加在管道上的压力小于管道混凝土抗压强度。为确保顺利顶进，在施工过程要针对不同的地层配备不同配比的触变泥浆以减小摩檫阻力。

三、市政工程顶管施工技术及质量控制措施

（一）管道选择质量控制

市政给排水设施，最常应用管道材质为钢管、复合管、钢筋混凝土管。在设计施工期间，必须按照工程实际情况，合理选择管道材质、连接强度、接口类型。我国给排水管道类型多为钢筋混凝土管，多是由于管道顶进施工，千斤顶会产生较大推力，要求管道材质的承压能力较强。管道内多为生活废水、生活用水，可能会腐蚀管道。钢筋混凝土管片具备良好的抗腐蚀性能，即使长期运行，也不会出现水渗漏。在选择管道时，需要关注顶管长度。给排水管线路不同，则地段管道长度也不同。针对线路弯曲弧度大，线路较短地段，必须控制顶管长度。线路弯曲弧度小，线路长度长，地段缓和时，则适当延长顶管长度。按照环境要求、工程成本、土壤腐蚀性、覆土深度，合理选择管道。

（二）降排水工程施工方法与质量控制措施。

根据地层结构和地下水埋深特点，相应采取集水明排，或者井点降水的方式，确保工作井施工和顶管施工处于无水环境。技术质量控制措施一是在施工区域设置积水坑，再利用抽水设备或者泥浆泵将水或泥浆全部抽出；而是在工作坑周边设置降水井将地下水位降至底板以下50cm；考虑到顶管过程岩土地层的渗水外溢，降水、排水必须无间断进行，确保施工区域不存积水。

（三）监测技术优化

监测技术优化是顶管技术质量控制中比较关键的内容。顶管技术作为市政排水管道施工的重要技术，在施工过程中需要应用监测系统对施工的过程以及施工情况进行监测，确保施工不会对周围的建筑、环境等产生负面影响。通过监测技术的应用同样也可以对施工过程中可能出现的管道渗漏，管道沉降等问题进行预防，及时将风险扼杀在摇篮里。施工过程中严格按照已经批准的监测方案进行监测，将监测数据与建设单位委托的第三方监测机构的监测数据进行比对，若有出入寻找其中原因，针对存在问题采取有效措施；若无问题，保存监测资料。优化监测技术方案是重中之重，在编制监测方案时要全面、细致，编制依据合理规范，计算准确。针对危险性较大的工程，要加大监测范围，增加监测点位及监测频率，监测人员要持证上岗，经验丰富。

（四）科学选择顶管设备

地下水位以上和以下通常会选择不同的顶管机，地下水位以上会选择敞开类顶管机，比如机械式顶管机、挤压式顶管机、人工挖掘顶管机等，而地下水位以下则选择平衡类顶管机，比如土压平衡式顶管机、泥水平衡式顶管机、气压平衡式顶管机等。根据勘察报告，充分考虑土层的特点，在选择顶管设备时，充分考虑其的安全性和效率性。在选择主顶油缸时，要考虑顶进管的承受能力，精准计算其机头迎面阻力、管道表面摩擦阻力、顶进贯入阻力、管材自重、管道上垂直水平侧压力等，最终得到顶进的总阻力，并将其与顶管允许顶力进行对比。

（五）优化顶管施工技术

与其他管道施工技术相比，顶管施工技术的应用难度较小，但不能否认顶管施工技术的复杂性，所以在具体施工过程中要加强对顶管施工技术的管控力度。施工之前施工单位应做好图纸会审，认真研究设计图纸，编制专项施工方案，如有必要进行专家论证，为后期顶管施工技术的应用打下良好基础。在顶管施工过程中积累总结施工经验，针对每次出现的状况采取有效精准的处理方案，关注任何一个细节。当然，这些都建立的施工人员的基础上，首先施工单位应学习更先进的技术，其次施工单位应加强对施工人员的技术培训，包括施工管理人员及实际操作人员，提高施工人员的管理能力和应用能力，确保施工人员在具体施工过程中有能力将顶管施工技术的优势发挥出来。

结束语

综上可知，顶管施工技术的应用使得施工工程避免了大量的土方开挖工作，施工效率与施工安全性都得到较大程度的提高,降低对环境和交通方面的影响等方面，能发挥积极的作用。为了能使该技术的优势持续有效的发挥，应当有目的、有节奏的对其优势进行挖掘，同时要加大对其应用和熟悉程度，这样才能避免各类问题的出现，同时保证市政排水工程建设能按照计划顺利完成。由此可见，加强对顶管技术应用的分析研究，有着较为重要的现实意义。对此施工单位必须在全面了解掌握顶管施工流程的基础上，做好施工要点与施工注意事项的控制，进而为实现较好的施工质量提供更有效保障。