文/肖紹斌 湖南省建筑設(shè)計院有限公司 湖南長沙 410000

長距離頂管是指先在管道其中一端開挖工作坑，然后在坑中放置頂管設(shè)備在土層中頂進管道，在頂進的同時進行開挖，使管道逐段進入土層，直至到達設(shè)計長度。頂進時，會用到潤滑劑降低阻力，并采用中繼接力等配套技術(shù)。

在科技發(fā)展的推動下，中繼接力與觸變泥漿潤滑等新興技術(shù)的出現(xiàn)和應用，使頂管施工得到了顯著的改善。以國外某個長距離頂管施工項目為例，頂進施工時采用了以上兩項新技術(shù)，實現(xiàn)了一次性成功頂進1.2km。

1、長距離頂管技術(shù)關(guān)鍵問題

1.1 頂力

隨頂進長度不斷增加，頂管頂力持續(xù)增大，而由于會受到管道自身強度影響，所以并不會持續(xù)增加，有一定限度，因此大多采用普通做法僅在管道尾部實施推進。就目前來看，主要采用以下兩種方式：其一，中繼接力；其二，潤滑降阻。這兩項技術(shù)的合理應用都能有效控制頂力，使其處在要求的范圍之內(nèi)[1]。

1.2 方向控制

管道能否按照預期的軸線向前推進，直接決定頂管施工成敗，所以頂管方向控制至關(guān)重要。在目前的頂管系統(tǒng)當中，主要由雙鉸型工具管實現(xiàn)對方向的精準控制。

1.3 避免正面塌方

如果發(fā)生塌方，將對地面建筑物造成嚴重威脅，導致管道方向失控，使其受力出現(xiàn)變化，施工難以進行。據(jù)統(tǒng)計，在實際的頂管施工中，尤其是深層頂管，地下水是造成塌方的主要因素，因此塌方的控制與預防應以治理地下水為主。

2、長距離頂管技術(shù)主要措施

2.1 穿墻

從開啟穿墻管的悶扳開始，到最后的安裝止水，這個過程即為穿墻。它是頂管施工的關(guān)鍵工序之一，穿墻之后工具管具體方向是否準確將直接影響后續(xù)的拼接施工與方向控制。在進行穿墻的過程中需要注意，應在管中預先注入經(jīng)夯實處理的黃粘土，以此防止土或地下水向工作井內(nèi)涌入，在開啟了悶扳之后，應及時頂進工具管[2]。

2.2 糾偏和導向

管道頂進必須與設(shè)計軸線重合，在頂進時必須嚴格控制高程與方向，如果產(chǎn)生偏差，要及時采取措施處理。過去的偏差處理主要在管道端部出現(xiàn)偏離后進行；然而，此時管道偏差已然存在，所以軸線會出現(xiàn)不同程度的彎曲。管道和軸線之間發(fā)生偏離，頂力不平衡是主要原因之一。若能有效消除或大幅降低不平衡外力，則能起到從本質(zhì)上避免偏位的作用。

2.3 局部氣壓

當頂管在呈流塑性或流砂性的土層進行時，由于正面擠壓力較小，無法限制塌方，所以有發(fā)生正面塌方的危險，同時出泥量大幅增加，導致地面沉陷、開裂。管道軸線不同程度的彎曲，導致糾偏根本無法進行，并且還影響降阻的實際效果。為了解決這些實際問題，一般會用到局部氣壓，其大小須充分考慮實際情況，大多以避免塌方的發(fā)生為基準。

2.4 觸變泥漿減阻

為了減小頂管時管壁受到的阻力，可在管壁的外側(cè)壓力灌注觸變泥漿，以此形成厚度足夠的“套管”，促使頂管的過程在這一套管中完成，進而從根本上減小阻力。

2.5 中繼接力

長距離頂管過程中，如果只采用以上措施進行降阻的實際效果不佳，則須配套使用中繼接力，即在管道中央安裝中繼環(huán)，以分段的形式減小阻力，進而使頂力穩(wěn)定，滿足施工要求。

3、頂管設(shè)備及其工作狀況

3.1 工具管

在頂管施工中，工具管是一個重要設(shè)備，在管道前端進行安裝，它的外形和管道十分相似，作用在于以下幾點：確定方向、糾正偏差、避免塌方、協(xié)助出泥等[3]。

3.2 頂進設(shè)備

頂進設(shè)備由以下幾部分組成：后座、油缸、導軌與頂鐵。反力墻與主油缸中間的是后座，所有油缸都配置了后座，作用在于向后墻傳遞集中力。油缸是實現(xiàn)頂進的核心動力，通常以對稱的形式設(shè)置4-6臺，行程與頂力均需根據(jù)實際情況確定。頂鐵的主要作用是彌補油缸行程，它的厚度不得超過油缸形成。導軌在系統(tǒng)中主要起導向作用，接管過程中還能為焊接提供作業(yè)平臺，并使管道吊放順利完成。頂進設(shè)備布置如圖1所示。

圖1 頂進設(shè)備布置圖

1.后座；2.調(diào)整墊；3.后座支架；4.油缸支架；5.主油缸；

6.剛性頂鐵；7.U型頂鐵；8.環(huán)形頂鐵；9.導軌；10.預埋板；

11.管道；12.穿墻止水

3.3 出泥設(shè)備

被高壓水槍沖碎的部分泥漿，從吸泥設(shè)備中排出管道外。水力吸泥機的構(gòu)造較為簡單，且性能良好，支持連續(xù)運輸，有很高的工作效率。為避免發(fā)生以往使用的吸泥機當中，泥水和塊石同時通過管壁，對管道造成磨損，損失大量的能量等問題，目前應以高壓水走彎道為主，以此有效提高揚程與效率。

3.4 氣壓設(shè)備

水下頂管施工中用到的工具管部分情況下要用局部氣壓進行施工，周期相對較長，而且還要進行故障排除，也就是氣壓應急處理。以上情況對于壓縮空氣有著不同的實際要求。其中，局部氣壓應有足夠的氣量，可以進行波動，而且無需凈化。但氣壓應急處理主要是指在吸泥機無法正常運作的情況下由人工進行作業(yè)，不僅要確保壓縮空氣的氣壓保持穩(wěn)定，還要達到一定衛(wèi)生條件。

4、中繼接力

頂管時的阻力主要有以下兩部分：其一，在管道正面產(chǎn)生的阻力；其二，管道周圍產(chǎn)生的阻力。以某類工具管為例，其正面產(chǎn)生的阻力在施工時不會產(chǎn)生較大的變化，但頂進的實際長度和周圍阻力成正比關(guān)系。為實現(xiàn)頂進目標，建議應用中繼接力。

首先將整個管道分成多段，然后在相鄰的管道中間安裝中繼環(huán)，如圖1所示。所有中繼環(huán)都安裝在前后兩個管段的中間部分，其中的油缸按照環(huán)狀進行分布。在油缸開始工作以后，其后方管段變?yōu)楹笞?，而前方管段則被向前頂進。按照一定順序啟動中繼環(huán)，分段開始前進，能有效降低阻力，實現(xiàn)預期目標[4]。

圖1 中繼環(huán)

1.鋼管；2.內(nèi)套斯瞥；3.鋼管；4.止水膠帶；5.止水膠圈；6.千斤頂

如果整個管段被分為三個分段，則設(shè)置2個中繼環(huán)，則這種情況下的頂進原理為：

（1）中繼環(huán)不啟動，所有管段由千斤頂進行頂進。在這種情況中，管段背部所受頂力必須克服頂進阻力；（2）啟動1個中繼環(huán)，通過開啟千斤頂，使兩段同時進行頂進。在兩個中繼環(huán)不再頂進以后，主壓千斤頂對第三段進行頂進?？梢姡ㄟ^對中繼技術(shù)的合理應用，管段實際頂進長度將不受后座影響，只要中繼環(huán)增加，則頂進長度必定延長。因此，在長距離頂管施工中，中繼接力是一項重要技術(shù)，應對此引起足夠重視。

結(jié)語：

綜上，本文詳細闡述了市政給排水工程中長距離頂管技術(shù)的應用，包括技術(shù)應用過程中的關(guān)鍵問題、技術(shù)和設(shè)備，以及中繼接力新興技術(shù)，為保證市政給排水工程長距離頂管施工質(zhì)量提供可靠依據(jù)。