【摘要】文章以某城鎮(zhèn)燃氣工程為例，對矩形頂管施工方法進行研究。施工時首先開挖工作豎井并進行加固，然后通過精確控制頂管機的頂進速度，合理布置注漿孔并控制注漿量與壓力，實現(xiàn)頂管機切削土體并頂進管節(jié)。在頂進過程中采用止退裝置等設計，可以有效防止管節(jié)后退，保障鋪設作業(yè)的順利進行。應用結果顯示，頂管施工后，3根管道軸向變形量均未超15 mm標準，地面隆起量均值均低于10 mm標準，驗證了施工方案的合理性與質量控制的有效性。

【關鍵詞】燃氣管道；矩形頂管；工作豎井；頂管機；注漿孔

【中圖分類號】TU455 【文獻標志碼】A 【文章編號】1673-6028（2025）02-0134-03

0 引言

近年來，矩形頂管施工技術作為地下工程施工一種先進的非開挖技術，在城鎮(zhèn)地下燃氣管道建設中得到了廣泛應用和推廣。矩形頂管施工工藝具備占地面積小、交通疏導壓力輕、管線遷移與征地費用低等諸多優(yōu)點，對城市地表環(huán)境的干擾較為有限。此外，矩形頂管技術還具有無揚塵、無噪聲的特點，符合現(xiàn)代城市綠色環(huán)保的施工要求[1]。采用預制管節(jié)頂進，可以縮短工期并保證強度。更重要的是，矩形截面相較圓形截面具有更高的空間利用率，可以節(jié)約20%左右的空間，這對于城市地下空間的有限性來說，無疑是一個較大的優(yōu)勢。

1 工程概況

某城鎮(zhèn)燃氣工程線路經(jīng)過城市道路段，全長約780.5 m，其中，穿越某主干道部位采用先進的矩形頂管法作業(yè)，其余道路采用直接開挖施工。頂管穿越的道路為東西走向，路面寬度為24.5 m，頂管與道路呈30°夾角，考慮路肩與邊坡情況，經(jīng)過計算，此穿越段頂管長度精確控制為78 m。該頂管段包含3條并行布置的燃氣隧道，中央隧道斷面尺寸為9.60 m×6.80 m，兩側隧道斷面尺寸分別為7.20 m×5.20 m。經(jīng)地質勘探，施工區(qū)域內地基層次清晰且分布均勻，無明顯起伏，主要包括近代人工堆積層、黏土、粉質黏土及中砂層。矩形頂管隧道穿越地層如圖1所示。

該矩形頂管外部尺寸設定為1 000 mm×800 mm，內腔尺寸為950 mm×750 mm，采用高強度Q345B鋼材制造，設計承壓能力為10.8 MPa。

2 地下燃氣管道建設中矩形頂管施工技術設計

2.1 開挖工作豎井

在城鎮(zhèn)地下燃氣管道建設的矩形頂管施工技術設計過程中，針對開挖工作豎井，特別是在地質復雜區(qū)域，需采取加固措施。于豎井周邊設置3根φ800 mm的鋼筋混凝土支撐樁，每樁長30 m，如圖2所示[2]。

工作豎井在功能上主要分為起始豎井和終端豎井兩大類。起始豎井擔當著頂管機與第一節(jié)管道頂進作業(yè)的起點角色，內部裝備有完整的頂進機構，同時構筑有穩(wěn)固的支撐墻，用以承受主頂油缸施加的強大推力[3]。終端豎井作為頂管機行程的最終到達點，象征著頂管項目的成功完成。

2.2 利用頂管機切削土體

在城鎮(zhèn)地下燃氣管道建設的矩形頂管施工技術中，頂管機切削土體是施工流程中的核心步驟。當洞圈內圍護樁完全拆除后，頂進機頭即刻啟動，平穩(wěn)進入始發(fā)加固土體區(qū)域。此時，頂進速度需精確控制在3～8 mm/min的范圍內，同時啟動切削面的注水潤滑系統(tǒng)，以顯著降低頂管機頭正面的土壓力，并維持出土量在62～63 m3之間，根據(jù)實際情況進行微調，確保頂管機運行正常，同時保障洞口結構的穩(wěn)固性。

本工程選用先進的土壓平衡式頂管機，通過高效的螺旋輸送機進行出土作業(yè)。出土量與頂進速度的協(xié)調配合至關重要，一旦失衡將導致正面土體的過度挖掘或挖掘不足，進而引起土艙壓力波動。為防止土體變形或地表沉降，宜采用高靈敏度傳感器對土艙壓力進行持續(xù)監(jiān)控，理想情況下應保持在0.015 MPa的水平，在實際工程操作中，通常會將其控制在0.025 MPa左右[4]。

2.3 布置注漿孔

施工前對注漿孔的位置進行科學規(guī)劃，確保在管節(jié)拼裝后，注漿孔能在地層中呈現(xiàn)出菱形布局。這種布局能在保證注漿效果和壓力的同時減少注漿量，并有效保護泥漿套在施工過程中的完整性。

泥漿套在頂管推進時同步構建，為確保其完整性，注漿作業(yè)需覆蓋頂管機及其后方的3～5節(jié)管段。追加注漿應全面覆蓋已拼裝的頂管隧道，每掘進8～12 m后即進行一輪補充注漿作業(yè)，確保注漿效果持續(xù)有效[5]。

通常每環(huán)管節(jié)的同步注漿量設定為理論需求的2.5倍～3.5倍，而每次循環(huán)的二次補漿量則約為同步注漿量的0.15倍～0.25倍。為有效降低頂進摩擦力、遏制地面沉降，需及時補充潤滑泥漿，確保泥漿套的連續(xù)性。注漿時應遵循“即頂即注、孔孔到位、全線補充、壓力均衡”的原則，注漿參數(shù)見表1。

合理的注漿孔布置需兼顧注漿效率與地層穩(wěn)定性，既要確保漿液能均勻分布于管節(jié)周圍，又要避免對地層結構造成過度破壞。注漿孔間距過大，會導致注漿盲區(qū)，難以形成連續(xù)的泥漿屏障，間距過小則可能引發(fā)地層局部弱化，增加施工風險。

2.4 鋪設矩形管節(jié)

鋪設矩形管節(jié)前，需確保每兩環(huán)管節(jié)的接口嵌填緊密，并及時粘貼止水圈與木襯墊，以保障管節(jié)的密封性與穩(wěn)定性。安裝矩形管節(jié)時，應精準控制其軸心位置，使之與機體保持一致，確保管節(jié)間連接緊密，無錯臺、偏轉或夾角等缺陷，以維持管道的直線度和受力均衡。

在頂進作業(yè)中，每完成一節(jié)管節(jié)的頂進，即需對頂管機頭姿態(tài)進行測量，嚴格監(jiān)控施工高程與頂進軸線，實施“每節(jié)一測、隨偏隨糾”的策略。同時，需合理調控糾偏量，避免單次糾偏過大而擾動土體，造成管節(jié)間夾角。面對復雜地層，通過精細調整頂進與鉸接油缸壓力，有效控制頂管機姿態(tài)，確保最終接收姿態(tài)滿足設計要求[6]。

推進油缸達到行程后，利用定位銷柱、鋼墊塊與鋼板組成的穩(wěn)定系統(tǒng)，將管節(jié)后退力傳遞至止退裝置后支柱，有效穩(wěn)固管節(jié)，確保鋪設作業(yè)的順利進行。這一系列精心設計的措施，共同構成了矩形頂管施工技術中鋪設矩形管節(jié)的堅實保障。

3 頂管施工實施

3.1 工程準備

在矩形頂管掘進作業(yè)中，依據(jù)實時監(jiān)測數(shù)據(jù)與地表形變狀況，靈活調整掘進速度及注漿配比，確保地表變形量符合設計與安全規(guī)范。關鍵監(jiān)控指標見表2。

經(jīng)過綜合評估，城鎮(zhèn)地下燃氣管道建設項目決定采用泥水平衡式矩形頂管機執(zhí)行作業(yè)，此機型特色鮮明、構造精簡、操控簡便、維護快捷，并配備有泥漿攪拌系統(tǒng)以優(yōu)化切削土壤，所排棄的泥漿無需額外加工，便于運輸與存儲。

頂管內共設有3根天然氣管道，且與道路中心線形成30°的夾角。為確保城鎮(zhèn)地下燃氣管道矩形頂管施工區(qū)域地表沉降得到有效監(jiān)控，特設沉降監(jiān)測體系。沿施工軸線，每隔15 m布設一組監(jiān)測斷面，自頂管起始端依次命名為MP1～MP11。每個監(jiān)測斷面布放5個測試點，以軸線為基準，兩側分別按3、6、9 m間距設置，自頂進方向右側起編為1#～5#，全面覆蓋施工影響范圍。測試點布局如圖3所示。

施工完成后，在上述測試點上評估3根管道的軸向變形量以及地面隆起量，從而全面評價頂管施工的質量與效果。

3.2 管道軸向變形量分析

3根管道的軸向變形量在頂管施工后得到了精確的測量，其結果如圖4所示。

根據(jù)圖4可知，在所有測試點中，管道A平均變形量為11.8 mm，管道B的變形量平均值為9.8 mm，管道C的變形量平均值為13 mm。值得注意的是，盡管所有管道的變形量均未超過規(guī)定的15 mm標準，但管道C在測試點4的變形量達到了15 mm的臨界值?？傮w來看，本次頂管施工對燃氣管道的軸向變形影響可控，但仍要加強對施工過程中的監(jiān)測與質量控制，特別是針對變形量接近或達到臨界值的管道段落。

3.3 地面隆起量分析

3根管道的地面隆起量在頂管施工完成后，經(jīng)過專業(yè)團隊的精密測量，其具體數(shù)據(jù)結果如圖5所示。

根據(jù)圖5可知，管道A在頂管施工后的地面平均隆起量為6.2 mm，管道B的隆起量平均值則更低，為4.6 mm，而管道C的隆起量平均值為6.8 mm。這些數(shù)值均遠低于地面隆起量的規(guī)定標準10 mm，充分說明這次頂管施工對地面的影響被有效控制在了安全范圍內，這一結果驗證了此施工方案的合理性。

4 結語

矩形頂管施工技術不僅提高了施工效率，降低了對環(huán)境的影響，增強了管道的安全性和穩(wěn)定性。矩形頂管施工將在未來城市基礎設施建設中發(fā)揮更重要的作用。期待通過持續(xù)的研究和實踐，不斷優(yōu)化和完善矩形頂管施工技術，為城鎮(zhèn)地下燃氣管道建設提供更加優(yōu)質、高效的解決方案。

參考文獻

[1] 鐘江，閆佳宸.大斷面矩形頂管工程中頂管接收施工技術分析[J].中國建筑金屬結構，2024，23（9）：67-69.

[2] 范成強，孫丞.頂管施工技術在城鎮(zhèn)燃氣管道建設中的應用研究[J].全面腐蝕控制，2024，38（8）：72-74.

[3] 牛巍崴，黃偉洪，陳玉林，等.孤石區(qū)復雜環(huán)境下矩形頂管預處理施工技術[J].隧道與地下工程災害防治，2024，6（3）：50-59.

[4] 諸秋寅.燃氣管道建設和維護過程中質量控制與技術創(chuàng)新研究[J].當代化工研究，2024，16（3）：194-196.

[5] 田國濤.燃氣管道頂管施工技術方案設計[J].安裝，2022，52（12）：64-66.

[6] 牛勤赟.頂管施工中對高壓燃氣管道的保護[J].中國石油和化工標準與質量，2022，42（5）：139-141.

[作者簡介]王心藝（1987—），男，四川劍閣人，本科，工程師，研究方向：城鎮(zhèn)燃氣工程。