周崇榮

【摘 要】頂管技術(shù)在城市排水管道施工工程中具有舉足輕重的作用，特別是對于一些深覆土大管徑的管道工程的施工，在一些比較惡劣的施工環(huán)境中，頂管技術(shù)具有較高的優(yōu)越性。隨著我國城市建設(shè)的不斷發(fā)展，地下的各種管道的建設(shè)工程也會隨之增加，利用頂管技術(shù)的工程量也會加大。文章介紹了頂管施工技術(shù)特點，著重對市政給排水工程頂管施工技術(shù)進(jìn)行了討論。

【關(guān)鍵詞】市政給排水；頂管技術(shù)；施工

地下管網(wǎng)是城市基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，日夜肩負(fù)著傳送信息和能量的重要任務(wù)。為城市處理污水的系統(tǒng)、自來水、煤氣、電力和通訊設(shè)施等等都屬于地下管網(wǎng)之內(nèi)，要對上述市政設(shè)施進(jìn)行改建、新建、擴(kuò)建，需要工程技術(shù)人員進(jìn)行安全的管道安裝。傳統(tǒng)的挖槽埋管地下管線施工技術(shù)由于對地面交通影響較大，使本來就擁擠繁忙的城市交通如同雪上加霜，同時給市民工作、生活帶來許多不便，特別在人口稠密的城市和交通擁擠的地區(qū)以及不允許開挖的地段，這個矛盾就更加突出。市政工程如何使這些安裝工程對城市的影響減至最小，如何盡可能減少對人們?nèi)粘Ｉ畹挠绊?。已?jīng)成了一個迫切解決的問題。

非開挖技術(shù)將完全能解決這些難題，提供安全及經(jīng)濟(jì)的施工方法。非開挖技術(shù)是指利用少開挖和不開挖技術(shù)來進(jìn)行地下管線的鋪設(shè)或更換的工藝。頂管技術(shù)就是在這種情況下發(fā)展起來的一種非開挖技術(shù)，其在國外已廣泛使用，在國內(nèi)也已逐漸普及。隨著頂管技術(shù)在市政工程的廣泛運用，本論文主要討論在頂管作業(yè)施工過程中出現(xiàn)了一些具體的技術(shù)問題，值得施工技術(shù)人員重視，并以此和同行共享。

1.頂管施工的特點

頂管法又稱為非開挖管道敷設(shè)技術(shù)，它具有不需要開挖面層，就能穿越地面構(gòu)筑物和地下管線及公路、鐵路、河道的特點，相比開挖敷設(shè)技術(shù)，投資和工期將大大節(jié)省。同時，頂管施工技術(shù)可以降低噪音，減少粉塵，減輕對城區(qū)的交通條件和環(huán)境狀況的干擾和破壞，屬于真正的無污染、高效率的施工技術(shù)。頂管施工法由于其上述多方面的優(yōu)點，在市政工程中尤其是在市政給排水管線工程中得到了廣泛的應(yīng)用。概括起來，頂管施工技術(shù)具有幾大方面的優(yōu)點：施工面由線縮成點，占地面積小；地面活動不受施工影響，對交通干擾?。辉胍艉驼饎拥?，城市中施工對居民生活環(huán)境干擾小，不影響現(xiàn)有管線及構(gòu)筑物的使用；可以在很深的地下或水下敷設(shè)管道，可以安全穿越鐵路、公路、河流、建筑物，減少沿線的拆遷工作量，降低工程造價，其主要缺點是施工技術(shù)難度較高，需要詳細(xì)的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)勘探資料。

2.頂管技術(shù)施工應(yīng)用分析

2.1頂進(jìn)管的選擇

頂進(jìn)管一般選用鋼筋砼管，如沒有腐蝕要求可選用鋼管。鋼筋砼管的規(guī)格設(shè)計、配筋和應(yīng)力驗算應(yīng)遵守有關(guān)鋼筋砼的標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)規(guī)程，特別是有關(guān)鋼筋砼管的標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)規(guī)程。

2.1.1頂進(jìn)管直徑的選擇

頂進(jìn)管的直徑選擇是首先根據(jù)工程性質(zhì)、工程需要確定內(nèi)徑，根據(jù)頂進(jìn)管所受荷載確定砼管的配筋及壁厚，進(jìn)而確定外徑。因為頂管工程工作面上需要配備挖土工人，所以一般管內(nèi)徑不小于500mm。

2.1.2頂進(jìn)管長度的選擇

頂進(jìn)管的長度對頂管過程的可控性和經(jīng)濟(jì)性有很大的影響。在直線推頂?shù)那闆r下使用長管可以減少裝管的次數(shù)，取得良好的效果，但隨著管長度的增長，如果偏離原定的路線，使之恢復(fù)正確路線要比使用短管更加困難。

2.2頂管施工的前期準(zhǔn)備

2.2.1現(xiàn)場平面布置

平面總體布置包括起重設(shè)備、自動控制室、料具間、管片堆場、拌漿棚及拌漿材料堆場、注水系統(tǒng)、棄土坑的布置等。始發(fā)工作井內(nèi)安裝發(fā)射架、頂管機(jī)、前頂鐵、主推千斤頂、反力架等頂進(jìn)設(shè)備，工作井邊側(cè)設(shè)置下井扶梯供施工人員上下。

2.2.2頂管機(jī)進(jìn)、出洞處以及后靠土體加固

為確保頂管機(jī)出洞的絕對安全，需對后靠土體及進(jìn)、出洞區(qū)域土體進(jìn)行高壓旋噴樁加固。為防止頂管機(jī)進(jìn)、出預(yù)留洞導(dǎo)致泥水流失，并確保在頂進(jìn)過程中壓注的觸變泥漿不流失，必須在工作井安裝洞口止水裝置。

2.3頂管施工的工藝

頂管施工又稱為頂進(jìn)法施工，是指利用頂進(jìn)設(shè)備將預(yù)制的箱形或圓形構(gòu)造物逐漸頂入路基，以構(gòu)成立體交叉通道或涵洞的施工方法。頂管施工需先在確定的管段之間設(shè)置工作井和接收井，然后在工作井內(nèi)安裝推力設(shè)備將導(dǎo)軌上的頂管機(jī)頭推入土體，由機(jī)頭導(dǎo)向，將預(yù)制的鋼筋混凝土管向前頂進(jìn)，前端土體通過工作井運出，最后完成管道鋪設(shè)。

2.4頂管井的設(shè)計

頂管井分工作井與接收井兩種，頂管井的建造結(jié)構(gòu)有很多種類，一般使用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。工作井的結(jié)構(gòu)形式通常有單孔井和單排孔井。前者形狀有圓形、正方形、矩形等，后者則大多為矩形，它們的結(jié)構(gòu)受力性能由高至低依次為圓形、正方形、矩形。結(jié)構(gòu)布置時，可在井內(nèi)設(shè)置內(nèi)支撐，改善結(jié)構(gòu)受力。在建造過程中，工作井按雙向頂進(jìn)設(shè)計，與接收井間隔布置，間距與設(shè)計檢查井間距一致，施工完畢，在工作井和接收井的位置上按設(shè)計要求做檢查井。

3.頂管施工要點

（1）采用觸變泥漿，向管道外壁壓入一定量的減阻泥漿，在管道外圍形成一個泥漿套，減小管節(jié)外壁和土層間的摩阻力，從而減小頂進(jìn)時的頂力，泥漿套形成的好壞直接關(guān)系到減阻的效果。利用泥漿套的支承作用，減少粉質(zhì)粘土坍塌，形成的地層流失，以控制地面沉降。對頂管機(jī)頭尾端的壓漿要緊隨管道頂進(jìn)同步壓漿，在中繼間和中部管節(jié)處須跟蹤補(bǔ)漿，泥漿的實際用量要比理論用量大得多，一般可達(dá)到理論值的4～5倍。通過以上壓漿措施，達(dá)到預(yù)期效果。

（2）頂進(jìn)中須嚴(yán)格按設(shè)計線路頂進(jìn)，可利用削土刀盤上可伸縮的超提刀，結(jié)合千斤頂編組進(jìn)行糾偏。經(jīng)常對頂進(jìn)軸線進(jìn)行測量，檢查頂進(jìn)軸線是否和設(shè)計軸線相吻合。在正常情況下，每頂進(jìn)1節(jié)混凝土管節(jié)測量1次，在出洞、糾偏、到達(dá)終點前，適當(dāng)增加測量次數(shù)。施工時還要經(jīng)常對測量控制點進(jìn)行復(fù)測，以保證測量的精度。通過及時糾偏，相鄰管間錯口<15%壁厚，且≯20，豎向偏差控制在+30～-40mm以內(nèi)，水平偏差控制在±50mm以內(nèi)。

（3）洞口止水，頂管工程中，為使管子能順利從工作井內(nèi)出洞，一般采取工作井預(yù)留洞口比管節(jié)外徑略大些（一般為100mm）的方式，頂進(jìn)時此間隙需采取有效措施進(jìn)行封閉，采用的洞口止水方法是在沉井制作時，預(yù)先在洞口預(yù)埋一個10mm厚鋼法蘭，在鋼法蘭上焊接螺栓，安裝16mm厚橡膠法蘭，用10mm厚鋼壓板壓緊，在完成的頂管中，未發(fā)現(xiàn)地下水和泥砂流入工作井內(nèi)，同時橡膠法蘭和壓板可以回收，效果很好。

（4）進(jìn)出洞是頂管施工中的一道重要工序，因為穿墻后掘進(jìn)機(jī)方向的準(zhǔn)確與否將會給以后管道的方向控制和井內(nèi)管節(jié)的拼裝工作帶來影響。穿墻時，首先，要防止井外的泥水大量涌入井內(nèi)，嚴(yán)防塌方和流沙。其次，要使管道不偏離軸線，頂進(jìn)方向要準(zhǔn)確。

（5）在建筑物密集處和路面上須作監(jiān)測布置，觀測地表變形和土體位移，有效避免房屋開裂和路面沉降。

（6）頂進(jìn)中遇障礙物后的頂進(jìn)處理，成為困擾施工的難題，如突遇大量埋木、石塊及老河道駁坎等等，都需現(xiàn)場研究給出解決的技術(shù)措施。

筆者在市政給排水施工中經(jīng)常遇到截污干管頂管的工程，所以特舉例說明，根據(jù)前期地質(zhì)勘察與筆者的施工經(jīng)驗，頂管機(jī)頭采用氣壓平衡水沖式機(jī)頭進(jìn)行施工，此機(jī)頭運行較為穩(wěn)定，對土體的破壞較輕。

4.截污干管頂管施工實例

4.1頂管施工工藝

采用3臺150噸/臺千斤頂作為主頂，千斤頂行程為1.6米。千斤頂動力由油泵提供。千斤頂后端用道木和分壓環(huán)將反力均勻作用于工作井，前端頂進(jìn)分壓環(huán)，頂鐵將頂力傳至管節(jié)。分壓環(huán)制作具有足夠的剛性，與管端面接觸相對平整，無變形。在長距離頂進(jìn)過程中，當(dāng)頂進(jìn)阻力超過容許總頂力時，無法一次達(dá)到頂進(jìn)距離時，須設(shè)置中繼間分段接力頂進(jìn)。

本頂管工程在頂進(jìn)長度超過120米時，考慮在機(jī)頭后設(shè)置一只中繼間，并采用觸變泥漿注漿工藝。管節(jié)接口主要由外套環(huán)（鋼套環(huán)）橡膠止水帶和軟土襯墊組成。鋼套環(huán)在加工處至現(xiàn)場運輸?shù)跹b過程中不能變形，接口不損壞，以確保管節(jié)在對接過程中，橡膠帶不移位、不翻轉(zhuǎn)，確保管節(jié)的密封性。同時，鋼環(huán)套在進(jìn)場前還必須做好防腐處理。在長距離（大于100米）管道頂進(jìn)過程中，必須采用注漿工藝，利用觸變泥漿套減少頂進(jìn)過程中管壁與土體之間的摩擦力，并填充流失的土體，減少土體變形、沉降和隔水。

4.2管道內(nèi)管線的鋪設(shè)

管道內(nèi)的管線用鋼架設(shè)置到混凝土管壁上，主要有通風(fēng)管線和電源管線。施工中由于施工距離大于100米，且埋置管體位置較深，管道內(nèi)氧氣不足或產(chǎn)生有害氣體，所以必須要安裝換氣系統(tǒng)。通風(fēng)設(shè)施按施工要求用一臺柴油空氣壓縮機(jī)將空氣過濾，并傳輸?shù)絻馔爸?，?jīng)過壓縮把空氣傳送到管體的最前端，并將管體最前端的空氣排出，這樣就可以確保管內(nèi)空氣的含氧量達(dá)到施工要求，同時還可以進(jìn)行氣體的循環(huán)。電源管線在頂管施工中也起著非常重要的作用，施工過程中主要依靠電源作為動力用電和照明電。頂管施工的電源一般都依靠380V的動力電，所以管內(nèi)的管線施工一定要做好二極保護(hù)和接地保護(hù)，這樣可以防止人為事故的發(fā)生，電源位置也要處理妥當(dāng)，并加設(shè)保護(hù)套。照明電要依據(jù)施工要求采用36V的低電壓，因為管內(nèi)空氣濕度較大，為避免事故，燈具也要加裝防水防爆裝置。

5.結(jié)束語

頂管過程是一個復(fù)雜的力學(xué)過程，它涉及材料力學(xué)、巖土力學(xué)、流體力學(xué)、彈塑性力學(xué)等諸多學(xué)科。頂管施工技術(shù)是在不穩(wěn)定及飽和土層中以最小的破壞和最大的保護(hù)環(huán)境的特點，解決了市政給排水網(wǎng)管的難題，頂管技術(shù)適用于各種復(fù)雜的城市地形，頂管技術(shù)的出現(xiàn)為建設(shè)和諧安寧的城市和加速城區(qū)建設(shè)創(chuàng)造了勃勃生機(jī)。

【參考文獻(xiàn)】

[1]夏志偉.簡析頂管技術(shù)在給排水施工中的應(yīng)用[J].中國房地產(chǎn)業(yè)：理論版，2012，15（6）.

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