林欣云

（海口市設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司，海南 ?？?570208）

0 引言

頂管工藝在應(yīng)用中開挖工作量較小，能夠以擾動(dòng)性較小的方法完成管道的敷設(shè)作業(yè)，尤其是在市政基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)復(fù)雜的管網(wǎng)工程中更具可行性。為充分發(fā)揮出頂管工藝在管道工程中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，需要加強(qiáng)設(shè)計(jì)與施工，把握各項(xiàng)工作要點(diǎn)，由專員順利將管道敷設(shè)到位。

1 頂管工藝的優(yōu)勢(shì)分析

頂管工藝是一種無(wú)須對(duì)地面大規(guī)模開挖便可敷設(shè)地下管線的工藝，相比于常規(guī)的開挖敷設(shè)工藝而言，其具有施工影響范圍小、投資少、效率高、生態(tài)環(huán)境效益好的特點(diǎn)，如圖1 所示。具體至城市排水管道工程施工中，頂管工藝因具備降低噪音、減少粉塵量等優(yōu)勢(shì)而深受工程人員的青睞，是一種無(wú)污染、經(jīng)濟(jì)高效的技術(shù)形式。概括而言，頂管工藝的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在以下3 個(gè)方面。

圖1 頂管方式

（1）施工占地面積小，在寸土寸金的城市具有可行性，管道工程施工期間對(duì)地面活動(dòng)的影響微弱，現(xiàn)場(chǎng)交通不會(huì)由于管道施工而受到干擾。

（2）頂管工藝的環(huán)保特性突出，頂管產(chǎn)生的噪音和震動(dòng)較弱，周邊居民的正常生產(chǎn)、生活不會(huì)因此而受到影響。

（3）頂管工藝在應(yīng)用中無(wú)過多的既有管線改遷問題，工作量隨之減少，施工效率提高，工程的經(jīng)濟(jì)效益顯著。

2 頂管工藝的適用性分析

市政排水管道直徑通常在800mm 以上，現(xiàn)場(chǎng)不具備明溝開挖埋管的施工條件時(shí)，可考慮應(yīng)用頂管工藝，以便高效完成排水管道的建設(shè)工作。若采用人工頂管的方法，則要求頂進(jìn)面的土質(zhì)條件良好，即該部分土體應(yīng)有足夠的自立性；地下水壓力較小，否則將在較強(qiáng)水壓作用下導(dǎo)致土體發(fā)生不同程度的塌方。人工頂管期間，以實(shí)際狀況為準(zhǔn)靈活糾偏，具體可以考慮頂面局部超挖的方法，但部分工程中可能存在頂進(jìn)面流沙的問題，此時(shí)難以做局部超挖處理，導(dǎo)致頂管偏差的調(diào)整效果差。針對(duì)該局限性，需要在頂管前便對(duì)頂管施工區(qū)域做全面的勘察，明確地質(zhì)、水文條件，識(shí)別可能會(huì)對(duì)頂管造成影響的因素，探尋合適的方法，主動(dòng)規(guī)避[1]。

3 頂管工藝在市政排水管道工程中的應(yīng)用

3.1 工程概況

海口云龍產(chǎn)業(yè)園縱一路，該道路為南北走向的園區(qū)支路，北起橫六路（規(guī)劃園區(qū)主干路），南至規(guī)劃?rùn)M八路（規(guī)劃園區(qū)次干路），全長(zhǎng)2529.663m，紅線寬20m。該項(xiàng)目包含道路工程、雨、污水工程等。

該項(xiàng)目污水主管道管徑為1000mm，污水管道部分管道埋深較深，施工難度較大。污水管道樁號(hào)k1+898—k2+254 處，污水管道由于開挖深度較深，深度約為4.85～9.03m，使得采用傳統(tǒng)的施工方法的安全風(fēng)險(xiǎn)加大，為最大限度地規(guī)避工程實(shí)施存在的風(fēng)險(xiǎn)及安全隱患等因素。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)踏勘情況及《?？谠讫埉a(chǎn)業(yè)園縱一路工程地質(zhì)勘察報(bào)告（詳細(xì)勘察）》，樁號(hào)k1+898—k2+254 段，此段污水管道坐落于第②層粘土、④層粉質(zhì)黏土層，地質(zhì)狀況較好，地基承載力基本容許值均大于等于140kPa，因此將污水管道工程采用為非開挖頂管法實(shí)施是可行的，頂管施工工藝暫考慮采用泥水平衡機(jī)械頂管施工法。

3.2 頂管工藝

3.2.1 頂進(jìn)管的選擇

（1）頂進(jìn)管的管材。管材采用頂管專用Ⅲ級(jí)鋼筋混凝土頂管，F(xiàn) 型鋼承口結(jié)合楔形橡膠圈接口。

（2）頂進(jìn)管的直徑。綜合考慮工程性質(zhì)、工程需求，合理控制頂進(jìn)管的內(nèi)徑；預(yù)估管道所受的荷載，根據(jù)此項(xiàng)指標(biāo)確定壁厚，再根據(jù)已經(jīng)明確的內(nèi)徑確定外徑。考慮到頂管時(shí)需配備挖土工人的施工要求，要求管的內(nèi)徑達(dá)到800mm 及以上。

（3）頂進(jìn)管的長(zhǎng)度。直線頂推時(shí)，優(yōu)先考慮長(zhǎng)管，原因在于可減少裝管的次數(shù)，以便頂管作業(yè)的順利進(jìn)行。但隨著頂進(jìn)管長(zhǎng)度的增加，頂管姿態(tài)的控制難度隨之加大，可能由于控制不當(dāng)而導(dǎo)致偏差超出許可范圍，因此在設(shè)計(jì)頂進(jìn)管的長(zhǎng)度時(shí)需兼顧頂進(jìn)便捷性和頂進(jìn)姿態(tài)合理性的雙重要求。當(dāng)然，直線頂推時(shí)也不宜采用過短的管，否則此類頂進(jìn)管易擠入周圍土層中，導(dǎo)致管列呈蛇形彎曲姿態(tài)，也難以滿足設(shè)計(jì)管路姿態(tài)要求。

由于工作井與接收井的尺寸與管節(jié)的長(zhǎng)短及機(jī)頭的尺寸有密切關(guān)系，實(shí)際采用時(shí)，管節(jié)的長(zhǎng)度可與機(jī)頭及井的尺寸綜合協(xié)調(diào)后確定。

3.2.2 頂管前的準(zhǔn)備工作

（1）基礎(chǔ)條件的判斷。若現(xiàn)場(chǎng)不具備明溝開挖埋管的作業(yè)條件，同時(shí)管道周邊未建設(shè)建筑物時(shí)，可優(yōu)先考慮頂管工藝，配套管道的管徑需在800mm 以上，以便順暢頂管。

（2）局部土體的加固。頂管機(jī)出洞必須具有安全性，為實(shí)現(xiàn)此目標(biāo)，有必要對(duì)后靠土體及進(jìn)、出洞土體做加固處理，具體可視實(shí)際條件采用堆土反壓、高壓旋噴樁加固等方法。

3.2.3 頂管施工的工藝

（1）注漿止水。時(shí)間發(fā)生在頂管工作井穿墻頂口前方，按照石灰:水泥:黏土=2:1:3 的配合比取用材料，拌制成漿液，此部分漿液在與自然土混合后發(fā)生固結(jié)，起到止水、擋土的作用，有利于工具頭順利穿墻。

（2）穿墻。①向穿墻管內(nèi)填夯紙筋黏土，用于臨時(shí)性阻水擋土。②穿墻前，以注漿的方法對(duì)穿墻管外側(cè)做加固處理，確保該范圍內(nèi)的土體有足夠的穩(wěn)定性。③穿墻前，先全面匯總現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)條件，判斷可能出現(xiàn)的問題，制定應(yīng)對(duì)措施，在前期做充分的準(zhǔn)備后，可提高穿墻的主動(dòng)性。④悶板開啟后隨即推進(jìn)工具管，配套止水法蘭加壓板，達(dá)到穿墻止水的效果；中間壓入拉伸率和耐磨性均較好的橡膠止水板環(huán)，隨著管道頂進(jìn)量的持續(xù)增加，帶動(dòng)橡膠板形成逆向止水裝置，此時(shí)可有效保證穿墻管外側(cè)土體的穩(wěn)定性，避免因暴露至外界的時(shí)間過長(zhǎng)而受到強(qiáng)烈的擾動(dòng)作用。

（3）頂管出洞。于工具管下的井壁處設(shè)穩(wěn)定可靠的支撐裝置，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)頂進(jìn)情況，提前設(shè)置適宜的初始角，以便彌補(bǔ)工具管出洞前的下跌量，進(jìn)而順利頂管出洞。

（4）注漿減阻。管道周邊存在空隙，此時(shí)管道的穩(wěn)定性和姿態(tài)合理性難以得到保證，為此可采取壓注觸變泥漿的方法，用適量的泥漿有效填充空隙，隨著泥漿的固結(jié)，構(gòu)成完整的泥漿保護(hù)套，此類成型結(jié)構(gòu)可起到支撐地面的作用，此時(shí)地面的穩(wěn)定性得以提升，沉降量減少，自然也有利于降低頂進(jìn)阻力。從適用性的角度來(lái)看，注漿減阻在長(zhǎng)距離頂管中具有突出的應(yīng)用效果，其基本思路是：對(duì)頂管機(jī)頭尾部做壓漿處理，同步頂進(jìn)，后續(xù)根據(jù)實(shí)際情況，對(duì)中續(xù)間和管道適宜部位跟蹤補(bǔ)漿，經(jīng)過適量泥漿的補(bǔ)充后，來(lái)彌補(bǔ)頂進(jìn)產(chǎn)生的泥漿損失量，使泥漿達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡的狀態(tài)。路面各部位允許沉降或隆起數(shù)值如表1 所示。

表1 路面各部位允許沉降或隆起數(shù)值

（5）頂進(jìn)偏差的校正。頂進(jìn)期間加強(qiáng)對(duì)管位的檢測(cè)，若偏差達(dá)到10mm 左右，需要隨即采取糾偏措施。糾偏遵循的是循序漸進(jìn)的原則，以緩慢、多次的方式使管道復(fù)位，禁止強(qiáng)制性調(diào)節(jié)。糾偏作業(yè)借助糾偏千斤頂組完成，在該設(shè)備的輔助下，靈活調(diào)節(jié)機(jī)頭端面的方向，逐步將偏差控制在許可范圍內(nèi)，使偏離的管道繼續(xù)沿著設(shè)計(jì)軸線頂進(jìn)。針對(duì)頂進(jìn)管同時(shí)存在方向偏差和高程偏差的情況，則判斷兩個(gè)方面的偏差程度，優(yōu)先對(duì)偏差較大的一項(xiàng)做糾偏處理[2]。

3.3 頂管施工要求

（1）頂管采取機(jī)械頂管工藝，輔以注漿措施，具體根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)單坑頂進(jìn)長(zhǎng)度、現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件等確定合適的注漿方法。立足于頂管作業(yè)范圍內(nèi)的土層特性，適配強(qiáng)度、剛度等各項(xiàng)指標(biāo)均合適的刀具，為頂管提供硬件層面的支持。

（2）導(dǎo)軌由鋼制材料制作而成，準(zhǔn)確將導(dǎo)軌安裝到位，確保導(dǎo)軌有足夠的穩(wěn)定性，在使用期間不發(fā)生位移。頂管過程中定期檢查導(dǎo)管，及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常，妥善處理。導(dǎo)管安裝后，需滿足以下兩項(xiàng)要求：①兩條導(dǎo)軌保持平行，各導(dǎo)軌均順直，縱坡與管道設(shè)計(jì)坡度相同；②導(dǎo)軌的允許偏差為：兩軌內(nèi)距±2mm，頂面高程0～+3mm，軸線位置3mm。

（3）千斤頂?shù)陌惭b要點(diǎn)為：于支架上安裝千斤頂，做固定處理，保證千斤頂?shù)姆€(wěn)定性；千斤頂與管道中心的垂線對(duì)稱，最大頂力不超過1283.62t。

（4）油泵安裝和運(yùn)行時(shí)，需注意以下4 點(diǎn)：①于千斤頂周邊配套油泵，連接的油管應(yīng)具有嚴(yán)密、順直的特點(diǎn)。②根據(jù)千斤頂?shù)倪\(yùn)行特性適配油泵，且考慮到作業(yè)的連續(xù)性要求，在現(xiàn)場(chǎng)配備備用油泵，以備不時(shí)之需。③油泵安裝后，安排試運(yùn)行，檢驗(yàn)油泵的工作狀態(tài)。④頂進(jìn)初期保持緩慢的速度，在確認(rèn)無(wú)異常后，按正常速度頂進(jìn)。

（5）頂管頂進(jìn)時(shí)加強(qiáng)對(duì)工具管前進(jìn)方向的有效控制，及時(shí)測(cè)量，發(fā)現(xiàn)偏差后予以糾正。

3.4 頂管的監(jiān)測(cè)

頂管施工條件復(fù)雜，可能遇到設(shè)計(jì)階段難以考慮到的因素，因此需要加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，根據(jù)最新的實(shí)際情況合理規(guī)劃后續(xù)的頂管工作。監(jiān)測(cè)項(xiàng)目主要有：頂管通過路線時(shí)，路面的沉降和水平位移；頂管作業(yè)場(chǎng)所周邊現(xiàn)狀建（構(gòu)）筑物的沉降。

3.5 頂管的常見問題

（1）管道軸線偏差。管道軸線偏差的成因主要有以下3 個(gè)方面：①地面阻力缺乏均勻性，工具管局部受力過強(qiáng)，產(chǎn)生導(dǎo)向偏差，此時(shí)的管道自然偏離設(shè)計(jì)軸線；②頂管后背墻缺乏足夠的平整性，或是該部分有位移現(xiàn)象，頂力合力存在偏差，影響頂管姿態(tài)；③千斤頂?shù)陌惭b精度偏低，或是頂力存在明顯的偏差，此時(shí)均會(huì)由于千斤頂層面的問題而導(dǎo)致管道軸線偏離要求。

（2）地面沉降和隆起。開挖斷面的取土量未得到有效的控制，迫使推進(jìn)壓力和開挖壓力缺乏足夠的均衡性，在壓力異常的條件下，地面顯現(xiàn)出沉降或隆起。此外，頂管外部與土體間并未達(dá)到緊密貼合的狀態(tài)，兩者間存在空隙，但該部分并未得到有效的填充，此時(shí)地下水以較快的速度流動(dòng)，土體流失量增加，也將影響地面的平穩(wěn)狀態(tài)。

（3）管道接口滲漏原因有以下3 個(gè)方面：①施工不規(guī)范，現(xiàn)場(chǎng)工作人員未將管道準(zhǔn)確安裝到位；②管材的質(zhì)量不達(dá)標(biāo)，例如管道接口錯(cuò)位，間隙缺乏均勻性，頂管接口的密封效果差，從而出現(xiàn)滲漏；③接口抹帶的施工不規(guī)范，此時(shí)管道接口部位也容易發(fā)生滲漏。

3.6 頂管常見問題的預(yù)防措施

（1）管道軸線偏差的預(yù)防。頂管前，先在現(xiàn)場(chǎng)做全面的勘察，明確頂管施工范圍內(nèi)的地質(zhì)條件，并合理設(shè)置測(cè)力裝置；注重對(duì)頂管后背的有效控制，保證該部分的穩(wěn)定性和平整性；合理配套頂進(jìn)設(shè)備，切實(shí)提高此類設(shè)備的運(yùn)行精度；配套千斤頂?shù)囊?guī)格應(yīng)一致，并在施工前詳細(xì)檢查千斤頂，判斷是否有異常狀況，調(diào)整頂力合力線，正常狀態(tài)是恰好與管道軸線保持重合。

（2）地面沉降和隆起的預(yù)防。經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查后，準(zhǔn)確掌握現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，對(duì)距離管道較近的地區(qū)采取有效的防護(hù)措施，必要時(shí)做加固處理；頂進(jìn)期間及時(shí)處理外圍環(huán)形空隙，做有效的填充處理，材料可以選用質(zhì)量達(dá)標(biāo)的潤(rùn)滑介質(zhì)；加強(qiáng)對(duì)管道接口部分的密封處理，保證該處有足夠的嚴(yán)密性，以免出現(xiàn)地下水滲漏帶走泥沙的現(xiàn)象（由于泥沙量的減少，地面有下陷的變化）。

（3）管道接口滲漏的預(yù)防。以工程要求為準(zhǔn)，選擇質(zhì)量達(dá)標(biāo)的管材；嚴(yán)格落實(shí)質(zhì)量檢驗(yàn)制度，圍繞外觀、接口部位做詳細(xì)的檢驗(yàn)，判斷是否存在裂縫、接口不規(guī)整等質(zhì)量缺陷，若有則不予以投入使用；管節(jié)裝車運(yùn)輸時(shí)應(yīng)加強(qiáng)防護(hù)，采取減隔震措施，車輛平穩(wěn)行駛，確保運(yùn)送至現(xiàn)場(chǎng)的管道材料無(wú)質(zhì)量問題；此外，選擇合適型號(hào)的接口裝置也尤為關(guān)鍵，保證接口配套的有效性，以免由于接口型號(hào)問題而發(fā)生泄漏。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，頂管工藝在市政給排水管道工程施工中取得廣泛的應(yīng)用，能夠在不開挖的前提下將管道安裝到位。施工單位在應(yīng)用頂管工藝時(shí)，需要加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)勘察，明確頂管作業(yè)范圍內(nèi)的地質(zhì)條件、水文條件以及既有建（構(gòu)）筑物的分布特點(diǎn)，合理優(yōu)化頂管工藝，并挑選優(yōu)質(zhì)的管材、千斤頂?shù)扰涮自O(shè)施，頂管期間及時(shí)發(fā)現(xiàn)管道偏差并糾正，在施工人員的共同配合下，最終將頂管工作落實(shí)到位。