鄧永宇

（山東恒建工程監(jiān)理咨詢有限公司，山東 濰坊 261041）

1 概述

在排水工程的施工中，施工工藝和方法比較多，頂管法就是其中的一種。頂管法適用于排水管線穿越公路、鐵路和市區(qū)道路而又不便斷絕交通的，現(xiàn)場條件不允許修筑便道的，或者修筑便道工程量較大時，街道狹窄，兩側(cè)建筑物多，大開挖施工要造成大量拆遷的，或管線埋設(shè)較深，開挖施工造成大量土方工程并需大量支撐材料時，都可用頂管法施工。人工挖土，機(jī)械頂進(jìn)時，排水管內(nèi)徑不能小于800mm，否則，不能采用頂管法施工。

在頂管法施工中，土的種類及其物理性質(zhì)影響到頂管方法的選擇，決定施工的難易程度、工程造價及施工進(jìn)度。頂管法一般適用于礫類土、砂類土及粘質(zhì)土。對于這些土，頂管法既可在干燥土層中應(yīng)用，也可在含水的土層中應(yīng)用。對于流砂、淤泥和沼澤則不適用頂管法，這是因為這類土質(zhì)條件缺乏頂管所需的導(dǎo)向力，可導(dǎo)致整段的管子在頂進(jìn)中可能改變位置。對于地下水位較高的地層，頂管前應(yīng)采取措施，降低地下水流速及水力坡度，以利于施工。

2 工作坑的開挖及導(dǎo)軌安裝

2.1 工作坑設(shè)置

工作坑設(shè)置時要力求長距離頂進(jìn)，盡量少挖工作坑。一般采用工作坑雙向?qū)敚粎R坑接口的施工方法。工作坑可采用直槽式，其優(yōu)點是挖土量少，占地少，工作坑小，便于搭工作平臺，它的缺點是支撐用木料或鋼板樁多。工作坑支撐立板應(yīng)埋于地下30cm，木撐板厚度5cm～7cm，橫頂木用方木，撐木用方木、圓木均可。圓木直徑應(yīng)不小于25cm，方木截面可分為15cm×15cm、20cm×20cm兩種。工作坑的底部平面尺寸如下：

2.1.1 寬度＝D+2a+2b+2c.式中D為管外徑m，a為兩側(cè)操作空間，視工具而定，一般不小于1.2m，b為撐板厚度m，c為排水溝及集水井寬度m。

2.1.2 長度＝L1+L2+L3+S1+S2L1-管節(jié)長度（每節(jié)）m，L2-千斤頂長度m，L3-后背所占工作坑長度m，它包括橫木、立鐵、橫鐵，一般為0.85m。S1-頂入管留在導(dǎo)軌上的最小長度，對于鋼筋混凝土管一般可采用0.5m～0.8m。S2-出土所需工作間長度，視使用工具而定，一般為1.0m～1.8m。

工作坑的基礎(chǔ)形式取決于地基上有無地下水而定，一般采用混凝土基礎(chǔ)。將軌枕橫向預(yù)埋在混凝土內(nèi)。

2.2 導(dǎo)軌

導(dǎo)軌是頂進(jìn)中的導(dǎo)向設(shè)備，安裝的好壞對頂進(jìn)質(zhì)量影響很大。因此，安裝導(dǎo)軌時要反復(fù)校測，使中線、高程、坡度務(wù)必符合設(shè)計和規(guī)范要求。導(dǎo)軌提倡采用鋼軌，小管用18Kg/m的輕軌；大管用32Kg/m的重軌。每組兩根，每根長4m。安裝時用道釘固定在枕木上，釘距85cm。

軌距計算如下：A＝2х[D1х（h－c）－（h-c）2]1/2（mm），其中：a-軌頂寬度，b-軌底寬度，h-軌高，c-預(yù)留縫，t-管壁厚，D-管內(nèi)徑，D1-管外徑，A0-兩軌中心距，A-兩軌軌頂凈距。

當(dāng)采用 18Kg/m 輕軌時，a＝40mm，b＝80mm，h＝90mm，預(yù)留縫 c＝10mm 時，A＝8х（5D1-400）1/2（mm）。當(dāng)采用 32Kg/m 重軌時，a＝60mm，b＝110mm，h＝128mm，預(yù)留縫 c＝10mm 時，A＝2х[118х（D1-118）]1/2（mm）,帶入不同的 D1 值便可得到相應(yīng)的A值。

導(dǎo)軌安裝在枕木上并固定牢固，枕木的安裝高程應(yīng)嚴(yán)格控制，其縱坡與管道縱坡一致。導(dǎo)軌高程允許偏差控制在+3mm～0mm之間，中線位移左3mm～右3mm之間。

2.3 后背

頂管時，一般采用天然后背，后背面積約8m2，高2m～2.5m之間。后背是頂進(jìn)施工時千斤頂?shù)闹蚊?，承受頂進(jìn)時的水平反力。后背雖然是臨時構(gòu)造物，但在頂管過程中自始至終地抗衡著千斤頂?shù)暮笞?，并在頂進(jìn)時不應(yīng)受到破壞。因而對后背有以下基本要求：要具有一定剛度，壓縮變形盡量??；具有足夠的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，不致因頂力大而坍塌；后背土應(yīng)一致，壓縮均勻，不致因頂力大而坍塌傾斜；后背土壁面要求平整，垂直于管中線，以便安裝。方木應(yīng)臥倒工作坑以下一定距離，使頂鎬的著力中心高度不小于方木后背高度的1/3。方木一般采用15cmх15cm橫排，方木中放置20cmх30cm，立鐵三塊，立鐵前疊放15cmх40cm頂鐵兩塊。

2.4 頂進(jìn)設(shè)備安裝

頂進(jìn)設(shè)備由液壓系統(tǒng)和傳力設(shè)備兩大部分構(gòu)成。液壓系統(tǒng)主要包括頂鎬、高壓油泵、閥門和其他液壓元件，傳力設(shè)備則主要包括頂鐵等。頂鎬安裝時，其高程應(yīng)控制在使頂鎬的著力點位于排水管總高的1/4處。使用一臺頂鎬時，頂鎬中心應(yīng)與管道中心線一致。頂鐵在安裝使用時，頂鐵無扭曲現(xiàn)象，安裝必須直順。每次退鎬加放頂鐵時，應(yīng)換用可能安放的最長頂鐵，始終保持連排的頂鐵數(shù)目為最少現(xiàn)用的20cmх30cm截面的頂鐵，其連接長度在單行使用時最大一般不超過1.5m，雙行使用時最大一般不應(yīng)超過2.5m。

3 頂管施工工藝

頂管工藝過程包括下管、接口、測量、挖土、出土、頂進(jìn)等。

3.1 下管

將工作坑上面管節(jié)吊裝于工作坑內(nèi)的導(dǎo)軌，一般可用吊車或卷揚機(jī)起吊，下到工作坑內(nèi)。所有管節(jié)在下吊之前都必須進(jìn)行外觀檢查。檢查內(nèi)容包括管節(jié)兩端的平直度、外測管壁光潔度、端面上有無縱向裂縫等。對不滿足要求的管節(jié)禁止使用。下管時，工作坑內(nèi)嚴(yán)禁站人。

3.2 穩(wěn)管與接口處理

每下一節(jié)管都要檢查一下管節(jié)的高程和方向是否符合設(shè)計和施工規(guī)范要求，管節(jié)是否完全貼臥于導(dǎo)軌上。管間油麻充填，在管內(nèi)用內(nèi)套環(huán)和木楔將管節(jié)連接起來，以保證頂進(jìn)過程中管的高程和方向的準(zhǔn)確度。管間接口處理，一般在兩管間接口外側(cè)用油麻充填以使管間留出空間，竣工后，在管間用石棉水泥充填。管與管接口必須密實、平順。內(nèi)套環(huán)中心應(yīng)對正管道接口，填料密實，管縫內(nèi)不得有泥土，石子，砂漿等雜物。

3.3 挖土

人工挖土頂進(jìn)時，管前挖土一般應(yīng)在在管內(nèi)操作，以確保安全。土質(zhì)容易塌方的地方，應(yīng)加管帽，頂鎬及出土卷揚機(jī)的操作，均應(yīng)聽從挖土人員指揮。管前挖土是保證頂管質(zhì)量及管上構(gòu)造物安全的關(guān)鍵。挖土應(yīng)遵守下列規(guī)定：土質(zhì)良好時，管頂以上的土能形成土拱，管端可不加管帽，并允許在管前超挖10-30cm后在頂管。土質(zhì)差，容易塌方時，管前超挖量宜小，并隨挖隨頂。管道下部1350范圍內(nèi)不應(yīng)超挖，土弧要與管外壁吻合，保持原狀土地基。土質(zhì)好時，管頂超挖量不得大于15mm，在重要建筑物和鐵路下，頂部地基不允許下沉地段及土質(zhì)差時，均不得超挖。

3.4 出土

當(dāng)管徑大于800mm時，可采用四輪小車運土，小車在管內(nèi)出入時可在其前后端拴上長繩，由管內(nèi)外的操作者拉繩，以使小車往復(fù)運土至工作坑坑底，再垂直提升到地面運走。當(dāng)管徑大于1500mm時，可采用雙輪手推車裝運至坑底，然后垂直吊到地面運走。

3.5 頂進(jìn)

頂進(jìn)要堅持“先挖后頂，隨挖隨頂”的原則。頂前應(yīng)檢查頂鐵安裝是否平直，以防頂進(jìn)時產(chǎn)生偏心荷載，頂鐵崩出傷人。頂進(jìn)的程序為：安裝頂鐵－啟動油泵（千斤頂活塞頂出）－管節(jié)向前運動－千斤頂?shù)男谐探Y(jié)束后關(guān)閉油泵－油泵回油（千斤頂活塞復(fù)位）－加頂鐵－下一行程開始。頂進(jìn)時還應(yīng)注意：注意油泵壓力表的變化情況，如發(fā)現(xiàn)壓力突然增大時，應(yīng)立即停泵檢查原因；千斤頂?shù)幕钊麠U的外伸長度應(yīng)控制在規(guī)定的行程范圍內(nèi)，不得超出，以防損壞設(shè)備；要連續(xù)頂進(jìn)，不能長時間停頓；千斤頂?shù)呐帕幸獙ΨQ于管道中線，以使著力均勻。在頂進(jìn)時，遇到下列情況之一時，即應(yīng)停止頂進(jìn)，迅速采取措施，處理完善后，方可繼續(xù)頂進(jìn)。

4 頂管出現(xiàn)偏差時的校正

測量時，若發(fā)現(xiàn)管位偏差達(dá)1.0cm時，一般應(yīng)考慮校正。校正時，應(yīng)根據(jù)管道設(shè)計坡度和頭一節(jié)管子管子的走向確定校正方法。當(dāng)根據(jù)頭一節(jié)管子的走向預(yù)計可能自行恢復(fù)到設(shè)計位置時不必校正。糾偏校正應(yīng)緩慢進(jìn)行，使管子通測復(fù)位，不得猛糾硬調(diào)，以防止發(fā)生相反的結(jié)果。

4.1 中線校正

中線校正的方法有兩種。挖土校正法：當(dāng)管頭發(fā)生偏差時，一側(cè)超挖，另一側(cè)不超挖，或留5mm～10mm土坎。在頂進(jìn)中，使管中心線徐徐復(fù)位，土坎不能過厚，以防矯枉過正；橫木支頂法：用挖土法效果不明顯時，可同時加橫木采用支頂法來校正。如管道同時有高程誤差時，可將木柱斜支以使中線高程同時得到校正。

4.2 高程校正

高程校正有四種方法：

第一種：挖土校正法。根據(jù)不同情況又可分為以下三種方法：a.逐步超挖校正法：在管前下部900范圍內(nèi)不超挖，900～1800范圍內(nèi)逐步超挖至10mm。頂進(jìn)時，利用下部原土承托管子有上升趨勢，隨頂隨測直至管子復(fù)位高程合乎要求后，再按正常挖土頂進(jìn)。b.留土坎法：管前下部900范圍內(nèi)留5mm～10mm土坎不挖，土坎不能留的太大，自900～1800范圍內(nèi)逐漸超挖至10mm，頂進(jìn)中利用土坎使管受托而上升，隨頂隨測直至接近設(shè)計高程，在施工技術(shù)規(guī)范要求的誤差范圍內(nèi)為止。保留土坎，正常挖土頂進(jìn)。c.留縫法：管前下部1800范圍內(nèi)超挖1.0mm～5.0mm縫隙，利用管身自重使管頭緩緩下降至復(fù)位上。挖土?xí)r要從略有縫隙逐步到5.0mm，1800兩側(cè)應(yīng)保持與下部同樣縫隙以防止管被土包著不動。第二種：木柱支頂法。在管前端設(shè)短木柱斜支于管內(nèi)頂上，上下墊木托，隨著頂進(jìn)將管節(jié)頂起，頂進(jìn)時不應(yīng)使木柱著力過大，使管端徐徐上升，當(dāng)管端接近設(shè)計高程時再拆除木柱。此法用于使管子抬頭。第三種：千斤頂支頂法。當(dāng)木柱支頂無效時，可采用50KN～150KN小千斤頂加木柱支頂，也就是以小千斤頂代替木柱支頂，長度不夠可加短木柱。第四種：杠桿支托法。在流砂地段頂進(jìn)時，無論誤差多少都必須立即快速校正，采用前兩種辦法無效時，采用此法。在第二節(jié)管內(nèi)和基坑內(nèi)放一支座，支座上放一枕木，枕木立千斤頂校正。

4.3 撥管校正法

在頂進(jìn)過程中，由于未及時測量或校正方法無效時，使高程或中心偏差超過規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)比較大時，采用此法。其操作步驟如下：

拆除一、二節(jié)管間的內(nèi)脹圈。撥開第一節(jié)管：方法是以千斤頂頂起管前端，使一、二節(jié)管底縫張開，填以木，急退千斤頂，使管端突然下落，則上縫張開，在上端再填木，如此反復(fù)操作，直到把管縫拉開30cm以上，然后在管間放上小千斤頂，將第一節(jié)管頂出。直徑小于1000mm以下的小口徑管，用短撬棍插入管縫內(nèi)就能撥開。如果是第三節(jié)管超過誤差標(biāo)準(zhǔn)，用同上方法撥出二、三節(jié)管，節(jié)間管縫放入30cm頂鐵，位于900以下兩側(cè)各一塊。管節(jié)撥開后，用正常頂進(jìn)法施工，這時在四個管端同時挖土，同時校正。頂進(jìn)2.0m后，當(dāng)?shù)谒墓?jié)到達(dá)未撥管前第三節(jié)管頭位置時，就可全部消除誤差，使管身復(fù)位。復(fù)位后取出管縫間頂鐵，逐個接口，安裝內(nèi)脹圈，繼續(xù)正常頂進(jìn)。無論哪一種校正方法，操作起來都麻煩，費時間。最好是在施工中勤測量，勤檢查，使偏差始終保持在施工規(guī)范規(guī)定的范圍內(nèi)。

5 結(jié)論

頂管法工藝簡單，易于操作，而且現(xiàn)階段技術(shù)完全能夠滿足施工工藝和質(zhì)量要求。在以后的排水工程施工中，可根據(jù)實際情況大力推廣。

[1]王樹理，張凱，彭鐵紅.排水頂管工程施工工藝的實踐[J].探礦工程(巖土鉆掘工程)，2000-09-25.