梁鳳如

（陽(yáng)江市城市規(guī)劃設(shè)計(jì)院 廣東省陽(yáng)江市 529500）

引言

頂管施工技術(shù)是繼盾構(gòu)施工之后而發(fā)展起來(lái)的一種地下管道施工方法，是一種不開(kāi)挖或者少開(kāi)挖的管道埋設(shè)施工技術(shù)，它不需要開(kāi)挖面層，并且能夠穿越公路、鐵道、河川、地面建筑物、地下構(gòu)筑物以及各種地下管線(xiàn)等。頂管法施工是在工作坑內(nèi)借助于頂進(jìn)設(shè)備產(chǎn)生的頂力，克服管道與周?chē)寥赖哪Σ亮?，將管道按設(shè)計(jì)的坡度頂入土中，并將土方運(yùn)走。一節(jié)管子完成頂入土層之后，再下第二節(jié)管子繼續(xù)頂進(jìn)。其原理是借助于主頂油缸及管道間、中繼間等推力，把工具管或掘進(jìn)機(jī)從工作坑內(nèi)穿過(guò)土層一直推進(jìn)到接收坑內(nèi)吊起。管道緊隨工具管或掘進(jìn)機(jī)后，埋設(shè)在兩坑之間。

1 頂管施工技術(shù)概括

1.1 頂管施工技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

頂管技術(shù)的最大特點(diǎn)在于它是一種不用開(kāi)挖溝槽就可以進(jìn)行管道敷設(shè)的施工技術(shù)，施工時(shí)不需要大范圍的土方開(kāi)挖工作，這樣不僅可以避免大量的土方開(kāi)挖及回填工程，也可以避開(kāi)地下管線(xiàn)比較復(fù)雜的施工環(huán)境，同時(shí)，對(duì)于設(shè)計(jì)埋深較大的管道敷設(shè)，這種施工方式還具有比較經(jīng)濟(jì)的優(yōu)點(diǎn)，另外，利用這種施工方式能夠有效避免對(duì)管線(xiàn)敷設(shè)沿線(xiàn)居民生活的影響。如果是在商業(yè)比較繁華或者文物古跡地區(qū)進(jìn)行施工，還能夠極大程度上減少對(duì)周?chē)h(huán)境的影響，這也體現(xiàn)出了頂管施工在市政給排水管道施工中的技術(shù)優(yōu)越性。

1.2 頂管施工方法

在頂管施工過(guò)程中使用的方法，可以分為三種頂進(jìn)工法。分別是：人工開(kāi)放式頂進(jìn)工法，它又細(xì)分為手掘式與擠壓式；泥水平衡封閉式頂進(jìn)工法，它細(xì)分為網(wǎng)格水沖式與刀盤(pán)掘進(jìn)式；最后一種是土壓平衡封閉式頂進(jìn)工法，它分為單刀盤(pán)式與多刀盤(pán)式。

手掘式頂管施工方法適用于管徑DN1000～3000之間的市政給排水工程，地質(zhì)結(jié)構(gòu)為黏性、砂性或硬質(zhì)泥巖土層，且無(wú)地下水影響。手掘式頂管施工的優(yōu)點(diǎn)具有頂管施工的所有優(yōu)點(diǎn)：工作時(shí)占地面積小、設(shè)備簡(jiǎn)單、技術(shù)難度低、易于推廣。其缺點(diǎn)是，這種施工方法對(duì)于不同類(lèi)型的地質(zhì)條件有很大的局限性，頂進(jìn)面土壓不能平衡，十分容易塌方；此外，其勞動(dòng)強(qiáng)度大，施工進(jìn)程較慢，人工成本較高。土壓平衡式頂管施工法適用的土質(zhì)范圍廣，從軟黏土到砂礫土都能適用，是一種全土質(zhì)的頂管施工方法。其原理是利用頂管機(jī)的刀盤(pán)切削和支承機(jī)內(nèi)土壓艙的正面土體，抵抗開(kāi)挖面的水、土壓力以達(dá)到土體穩(wěn)定的目的。土壓平衡式頂管施工法使用方式便捷，不需要人工進(jìn)入井底，對(duì)施工管道周邊地區(qū)的土體擾動(dòng)也不大，能夠保證正常施工的安全性。

泥水平衡式頂管施工工法是一種以全斷面切削土體，以泥水壓力來(lái)平衡土壓力和地下水壓力，又以泥水作為輸送棄土介質(zhì)的機(jī)械自動(dòng)化頂管施工法，和土壓平衡式頂管施工方法有很多相像的地方。泥水平衡式頂管施工方法可以有效的平衡地下水，特別是面對(duì)淤泥或流沙性地質(zhì)結(jié)構(gòu)具有有效的解決方案，較人工頂管安全。

土壓平衡封閉式頂進(jìn)工法需要運(yùn)用土壓平衡頂管機(jī)來(lái)進(jìn)行。土壓平衡封閉式頂進(jìn)工法整個(gè)控制系統(tǒng)以土壓平衡為工作原理，通過(guò)大刀盤(pán)及仿形刀對(duì)正面土體的全斷面切削，改變螺旋機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度及頂進(jìn)速度來(lái)控制排土量，使土壓倉(cāng)內(nèi)的土壓力值穩(wěn)定并控制在所設(shè)定的壓力值范圍內(nèi)，從而達(dá)到開(kāi)挖切削面的土體穩(wěn)定。和泥水平衡頂管施工工法相比，其最大特點(diǎn)就是排出的土或泥漿不需要進(jìn)行二次處理。土壓平衡封閉式頂進(jìn)工法按刀盤(pán)的多少來(lái)分，可以分為單刀盤(pán)式和多刀盤(pán)式。單刀盤(pán)式具有廣泛的適應(yīng)性、可靠性和先進(jìn)的技術(shù)性。而多刀盤(pán)式的優(yōu)點(diǎn)是非常適用于軟土。

2 市政給排水管道的頂管施工技術(shù)

2.1 工作井及其布置選型

工作井分為頂進(jìn)井和接收井。頂管施工頂管設(shè)備的安裝、頂進(jìn)在頂進(jìn)井內(nèi)進(jìn)行，它也是頂管掘進(jìn)機(jī)的始發(fā)場(chǎng)所，是承受主頂油缸推力的反作用力的構(gòu)筑物，供工具管出動(dòng)、下管節(jié)、挖掘土砂的運(yùn)出、設(shè)備材料的吊裝、操縱人員的上下等使用。在頂進(jìn)井內(nèi)，需要布置主頂千斤頂、頂鐵、基坑導(dǎo)軌、洞口止水圈以及照明裝置和井內(nèi)市政給排水設(shè)備等。在頂進(jìn)井的地面上，需要布置行車(chē)或其他類(lèi)型的起吊運(yùn)輸設(shè)備。接收井相對(duì)于頂進(jìn)井來(lái)說(shuō)布置比較簡(jiǎn)單，接收井是接收頂管機(jī)或工具管的場(chǎng)所。

頂管工作井的布置受頂管方式、地形地貌、管線(xiàn)設(shè)計(jì)、水文地質(zhì)、排降水條件等決定；頂管工作井的平面尺寸和形式則受頂管設(shè)備、工具管長(zhǎng)度、管節(jié)長(zhǎng)度、管道節(jié)段長(zhǎng)度和寬度、工作井深度、后背結(jié)構(gòu)厚度、兩側(cè)和前后操作空間等確定；頂管工作井的選型還應(yīng)綜合地面交通、周邊荷載、地上地下障礙物、施工技術(shù)設(shè)備、技術(shù)成熟條件、造價(jià)、工期、對(duì)周?chē)沫h(huán)境影響等其他因素進(jìn)行經(jīng)濟(jì)技術(shù)比選確定，必要時(shí)還應(yīng)采用多種結(jié)構(gòu)形式的組合并輔以其他輔助施工措施以達(dá)到最優(yōu)。

2.2 頂進(jìn)工作井的井內(nèi)布置

井內(nèi)布置包括前止水墻、后座墻、市政給排水井以及基礎(chǔ)底板。為了防止地下水土以及頂管用潤(rùn)滑泥漿的流失，前止水墻上面安裝有洞口的止水圈。后座墻部分要有足夠的抗壓強(qiáng)度，這樣才能承受得了主頂千斤頂?shù)淖畲箜斄ΑＴ陧敼芄ぷ骶畠?nèi)，還需布置頂管工具管、環(huán)形頂鐵、弧形頂鐵、基坑導(dǎo)軌、主頂千斤頂還有千斤頂架和后靠背。在這之中，主頂千斤頂及千斤頂架的布置尤為重要，因?yàn)橹黜斍Ы镯數(shù)暮狭Φ淖饔命c(diǎn)對(duì)于初始頂進(jìn)的影響比較大。

2.3 頂管土壓力控制

頂管施工中，控制地面沉降是最關(guān)鍵的技術(shù)之一。而影響地面沉降的主要因素之一，是頂進(jìn)過(guò)程中泥土倉(cāng)內(nèi)土壓力的控制。頂管機(jī)在頂進(jìn)過(guò)程中，土倉(cāng)之中會(huì)有一個(gè)控制土壓力P，當(dāng)控制土壓力P小于頂管機(jī)所處土層的主動(dòng)土壓力PA時(shí)，土就會(huì)涌向頂管機(jī)土倉(cāng)，致使螺旋輸送機(jī)排出土的體積大于頂管機(jī)推進(jìn)過(guò)程中理論排出土的體積，就會(huì)造成地面沉降；相反，如果當(dāng)控制土壓力P大于頂機(jī)所處土層的被動(dòng)土壓力PP時(shí)，導(dǎo)致排土過(guò)少，就會(huì)造成地面隆起。

隨著頂管的向前推動(dòng)，刀盤(pán)前的土壓力不斷增大，一直到土壓力大于控制土壓力，頂管將停止推進(jìn)，刀架回縮，切削土量也會(huì)隨之減少。因此，我們需要調(diào)節(jié)頂管的頂進(jìn)速度，使頂進(jìn)速度與排土量相符，才可以保證土壓力在恒定值。然而，這是最理想的狀態(tài)，在實(shí)際的頂進(jìn)過(guò)程中，排土速度與頂進(jìn)速度肯定不能保持一致，所以在操作上呈現(xiàn)出間接式的頂進(jìn)。

2.4 地面起吊設(shè)備

地面起吊設(shè)備中門(mén)式行車(chē)是最為經(jīng)常使用的，其他比較常用的地面起吊設(shè)備還有履帶式起重機(jī)和汽車(chē)式起重機(jī)。門(mén)式行車(chē)比較難以轉(zhuǎn)移，但是它操作較為簡(jiǎn)單，并且可靠性也很高。而相對(duì)于門(mén)式行車(chē)轉(zhuǎn)移時(shí)拆裝難度較大，履帶式起重機(jī)和汽車(chē)式起重機(jī)則轉(zhuǎn)移時(shí)比較方便。

2.5 頂管偏差的測(cè)量與校正

頂進(jìn)過(guò)程中的糾偏是頂管作業(yè)質(zhì)量好壞的關(guān)鍵，若操作不當(dāng)，可能造成頂力驟升、管接口破損，嚴(yán)重時(shí)可能造成管道無(wú)法頂進(jìn)，引發(fā)嚴(yán)重的安全、質(zhì)量事故和重大經(jīng)濟(jì)損失，尤其是在砂層中頂進(jìn)，管道極易因?yàn)槟嗨^(guò)度沖刷造成頂管機(jī)機(jī)頭下沉，因此，對(duì)于頂進(jìn)過(guò)程的糾偏顯得尤為重要。

頂管施工的過(guò)程中，一般程序是每頂進(jìn)0.5～1m，就要測(cè)量標(biāo)高和中心線(xiàn)一次。如果發(fā)現(xiàn)偏差，不僅要及時(shí)校正，還應(yīng)在每頂進(jìn)一個(gè)行程后，正式測(cè)量和校正一次。在機(jī)械式頂管中，激光經(jīng)緯儀使用較廣，激光經(jīng)緯儀即在普通經(jīng)緯儀上加裝一個(gè)激光發(fā)射器，將激光束打在掘進(jìn)機(jī)的光靶上，可根據(jù)觀(guān)察光靶上光點(diǎn)的位置能判斷管的上下和左右偏差。一旦管的偏差超過(guò)允許值時(shí)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況采用適宜方法進(jìn)行糾偏。頂進(jìn)時(shí)，一定要加強(qiáng)第一節(jié)管道頂進(jìn)質(zhì)量的控制，使起頂誤差減少。此外，導(dǎo)向軌、千斤頂受力點(diǎn)、管底滑道、管側(cè)超挖必須嚴(yán)格按照施工要求進(jìn)行。

3 結(jié)束語(yǔ)

近年來(lái)，隨著城市建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，城市基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，如果仍按照傳統(tǒng)的技術(shù)進(jìn)行施工必然會(huì)存在較多的不足和局限，對(duì)土地資源、自然環(huán)境、人文生活等都存在著比較大的影響，除此之外，施工周期長(zhǎng)、開(kāi)挖面積大，投資大，這些因素都會(huì)產(chǎn)生一系列連鎖反應(yīng)，被人們所抵觸。頂管技術(shù)應(yīng)時(shí)代而生，日趨先進(jìn)，備受喜歡。

[1]秦 勇.市政道路市政給排水管道頂管法施工技術(shù)[J].科技與企業(yè)，2015，23：130.

[2]孟麗娜.市政給排水管道頂管施工技術(shù)探析[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2016.