市政給排水工程頂管施工技術

周崇榮

【摘 要】頂管技術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，頂管技術具有較高的優(yōu)越性。隨著我國城市建設的不斷發(fā)展，地下的各種管道的建設工程也會隨之增加，利用頂管技術的工程量也會加大。文章介紹了頂管施工技術特點，著重對市政給排水工程頂管施工技術進行了討論。

【關鍵詞】市政給排水；頂管技術；施工

地下管網(wǎng)是城市基礎設施的重要組成部分，日夜肩負著傳送信息和能量的重要任務。為城市處理污水的系統(tǒng)、自來水、煤氣、電力和通訊設施等等都屬于地下管網(wǎng)之內，要對上述市政設施進行改建、新建、擴建，需要工程技術人員進行安全的管道安裝。傳統(tǒng)的挖槽埋管地下管線施工技術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日常生活的影響。已經(jīng)成了一個迫切解決的問題。

非開挖技術將完全能解決這些難題，提供安全及經(jīng)濟的施工方法。非開挖技術是指利用少開挖和不開挖技術來進行地下管線的鋪設或更換的工藝。頂管技術就是在這種情況下發(fā)展起來的一種非開挖技術，其在國外已廣泛使用，在國內也已逐漸普及。隨著頂管技術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)了一些具體的技術問題，值得施工技術人員重視，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技術，它具有不需要開挖面層，就能穿越地面構筑物和地下管線及公路、鐵路、河道的特點，相比開挖敷設技術，投資和工期將大大節(jié)省。同時，頂管施工技術可以降低噪音，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。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用。概括起來，頂管施工技術具有幾大方面的優(yōu)點：施工面由線縮成點，占地面積??；地面活動不受施工影響，對交通干擾??；噪音和震動低，城市中施工對居民生活環(huán)境干擾小，不影響現(xiàn)有管線及構筑物的使用；可以在很深的地下或水下敷設管道，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難度較高，需要詳細的工程地質和水文地質勘探資料。

2.頂管技術施工應用分析

2.1頂進管的選擇

頂進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)格設計、配筋和應力驗算應遵守有關鋼筋砼的標準和技術規(guī)程，特別是有關鋼筋砼管的標準和技術規(guī)程。

2.1.1頂進管直徑的選擇

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

2.1.2頂進管長度的選擇

頂進管的長度對頂管過程的可控性和經(jīng)濟性有很大的影響。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，使之恢復正確路線要比使用短管更加困難。

2.2頂管施工的前期準備

2.2.1現(xiàn)場平面布置

平面總體布置包括起重設備、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)工作井內安裝發(fā)射架、頂管機、前頂鐵、主推千斤頂、反力架等頂進設備，工作井邊側設置下井扶梯供施工人員上下。

2.2.2頂管機進、出洞處以及后靠土體加固

為確保頂管機出洞的絕對安全，需對后靠土體及進、出洞區(qū)域土體進行高壓旋噴樁加固。為防止頂管機進、出預留洞導致泥水流失，并確保在頂進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法施工，是指利用頂進設備將預制的箱形或圓形構造物逐漸頂入路基，以構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置工作井和接收井，然后在工作井內安裝推力設備將導軌上的頂管機頭推入土體，由機頭導向，將預制的鋼筋混凝土管向前頂進，前端土體通過工作井運出，最后完成管道鋪設。

2.4頂管井的設計

頂管井分工作井與接收井兩種，頂管井的建造結構有很多種類，一般使用鋼筋混凝土結構。工作井的結構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，它們的結構受力性能由高至低依次為圓形、正方形、矩形。結構布置時，可在井內設置內支撐，改善結構受力。在建造過程中，工作井按雙向頂進設計，與接收井間隔布置，間距與設計檢查井間距一致，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，從而減小頂進時的頂力，泥漿套形成的好壞直接關系到減阻的效果。利用泥漿套的支承作用，減少粉質粘土坍塌，形成的地層流失，以控制地面沉降。對頂管機頭尾端的壓漿要緊隨管道頂進同步壓漿，在中繼間和中部管節(jié)處須跟蹤補漿，泥漿的實際用量要比理論用量大得多，一般可達到理論值的4～5倍。通過以上壓漿措施，達到預期效果。

（2）頂進中須嚴格按設計線路頂進，可利用削土刀盤上可伸縮的超提刀，結合千斤頂編組進行糾偏。經(jīng)常對頂進軸線進行測量，檢查頂進軸線是否和設計軸線相吻合。在正常情況下，每頂進1節(jié)混凝土管節(jié)測量1次，在出洞、糾偏、到達終點前，適當增加測量次數(shù)。施工時還要經(jīng)常對測量控制點進行復測，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，水平偏差控制在±50mm以內。

（3）洞口止水，頂管工程中，為使管子能順利從工作井內出洞，一般采取工作井預留洞口比管節(jié)外徑略大些（一般為100mm）的方式，頂進時此間隙需采取有效措施進行封閉，采用的洞口止水方法是在沉井制作時，預先在洞口預埋一個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，同時橡膠法蘭和壓板可以回收，效果很好。

（4）進出洞是頂管施工中的一道重要工序，因為穿墻后掘進機方向的準確與否將會給以后管道的方向控制和井內管節(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，嚴防塌方和流沙。其次，要使管道不偏離軸線，頂進方向要準確。

（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）頂進中遇障礙物后的頂進處理，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)前期地質勘察與筆者的施工經(jīng)驗，頂管機頭采用氣壓平衡水沖式機頭進行施工，此機頭運行較為穩(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。在長距離頂進過程中，當頂進阻力超過容許總頂力時，無法一次達到頂進距離時，須設置中繼間分段接力頂進。

本頂管工程在頂進長度超過120米時，考慮在機頭后設置一只中繼間，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，確保管節(jié)的密封性。同時，鋼環(huán)套在進場前還必須做好防腐處理。在長距離（大于100米）管道頂進過程中，必須采用注漿工藝，利用觸變泥漿套減少頂進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管道內管線的鋪設

管道內的管線用鋼架設置到混凝土管壁上，主要有通風管線和電源管線。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)。通風設施按施工要求用一臺柴油空氣壓縮機將空氣過濾，并傳輸?shù)絻馔爸校?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空氣的含氧量達到施工要求，同時還可以進行氣體的循環(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，所以管內的管線施工一定要做好二極保護和接地保護，這樣可以防止人為事故的發(fā)生，電源位置也要處理妥當，并加設保護套。照明電要依據(jù)施工要求采用36V的低電壓，因為管內空氣濕度較大，為避免事故，燈具也要加裝防水防爆裝置。

5.結束語

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

【參考文獻】

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

[2]張寶華.有關市政給排水施工中頂管技術的應用研究[J].中國房地產(chǎn)業(yè)：理論版，2012，15（6）.