顶管技术在市政工程中的应用及施工要点思考

顶管技术在市政工程中的应用及施工要点思考

王世田

徐州徐工基础工程机械有限公司 江苏徐州 221000

摘要：随着我国城市化水平不断提高，城市给排水管网、燃气管道、电力隧道等工程不断增加，顶管技术已在市政工程施工中广泛运用。为实现市政工程建设的快速、高质量发展，严格规范和执行顶管技术的工艺的指导，才能提高市政建设的整体质量，保障施工安全。本文主要对市政工程顶管施工的原理、市政工程中的应用及施工要点进行了分析与思考。

关键词：顶管技术；市政工程；非开挖；顶管机

引言

顶管技术在我国市政工程中得到了广泛地应用，但施工过程中因地质条件、城市环境等因素的制约，顶进施工需采用承受极大的推进力，将导致地层的应力变化，为确保市政工程的整体质量，保障施工安全，减少地面扰动，必须在施工前期对施工地质构成、环境等进行勘测，规范顶管技术应用，选择合理的施工方式。

一、顶管工作原理与施工选择

顶管法施工，是一种非开挖或少开挖施工工法，其原理为：管道沿线设置工作井和接收井，工作井内设置顶进油缸,要顶进的钢管或混凝土管，以及顶管机头，然后开启机头刀盘旋转，用顶进油缸缓慢顶进，在顶进的过程中通过控制顶进管的轴线，边顶进边排土，直到管节顶至接收井内。

顶管机的种类很多，但维持开挖面的稳定是顶管机的主要性能，平衡式顶管技术是目前主流的应用方向。平衡方式又分为气压、泥水和土压平衡。所谓气压平衡是在所顶进的管道或挖掘面上充满一定压力的压缩空气，从而达到平衡地下水压力和挖掘面土体中的作用；泥水平衡是将泥浆充满顶管机泥水舱并对它施加一定的压力，以平衡地下水和土压力的一种顶管施工技术，然后通过泥浆循环系统将弃土排出。土压平衡是继泥水平衡顶管之后发展的施工工艺，是以顶管机舱内泥的压力来平衡顶管机挖掘面土和地下水压力，其特点是排出的土或泥浆不需要二次处理，但弃土需要管内运输，从而不能实现连续顶进。

顶管施工最关键的就是适应性问题，针对不同的地质情况、施工条件和设计要求，选用与之适应的施工方式，选择顶管机和配套辅助设备，才能保证施工质量，达到保护周围环境和提高施工效率的目的，本文主要以泥水平衡顶管施工技术展开探讨。

二、顶管技术的应用及施工要点

（一）顶进管的选择

顶进管一般选用钢筋砼管，如没有腐蚀要求可选用钢管。钢筋砼管的规格设计、配筋和应力验算应遵守有关钢筋砼的标准和技术规程。顶进管直径的选择：首先根据工程性质、工程需要确定内径，根据顶进管所受荷载确定砼管的配筋及壁厚，进而确定外径。所以一般管内径不小于500mm；顶进管长度的选择：顶进管的长度对顶管过程的可控性和经济性有很大的影响。在直线推顶的情况下使用长管可以减少装管的次数，取得良好的效果，但随着管长度的增长，如果偏离原定的路线，使之恢复正确路线要比使用短管更加困难。但建造工作井的长度也要增大，造井、支护、回填、修复的费用将相应地增加。

（二）顶管施工的工艺

完整的顶管施工由工作井、推进系统、注浆系统、定位纠偏系统以及辅助系统组成。施工前先需在管段之间设置工作井和接收井，然后在工作井内安装推力设备将导轨上的顶管机头推入土体，由机头旋转在前方导向，将预制的钢管向前顶进，最后完成管道铺设。在顶管施工作业前，要根据地下水文地质条件和周边环境，对邻近的建筑物、地下管线要制定监测和技术保护措施。随后开展专项施工组织设计，考虑顶管顶管机的选型，管节的连接及防水，进行顶进力计算与靠背布置，制定顶管施工参数的选定，做好经内部通风、供电措施，进出洞措施、顶进过程应急预案等安全、质量、环境保护措施。

（三）顶管新技术

我国顶管施工技术发展较慢，目前在从人工掘进顶管向机械顶管方向发展，从顶进距离上看，顶进施工正长距离方向发展；在顶管直径方面，已经覆盖从DN300mm至DN4000mm的钢管、混凝土管、玻璃钢夹砂管的延伸，以至椭圆形、矩形等超大断面直径的施工；考虑地层的复杂性，针对复杂地层如曲线、深埋、高水头条件下，逐步摸索对不同地层的顶管机的设计制作，才能完成复杂的顶管施工；注浆减阻方面，常规的注浆工艺与土质密不可分，减阻效果在黏土效果好，粗砂、卵石土层会差，二次注浆工艺即在一次注浆形成固结外壳后，再在外壳内壁和管子外周之间注入减阻润滑浆，使得顶进力控制更好；在顶管测量方面，已从激光测量向顶管自动引导测量系统实现突破，解决激光导向误差、短距离测距的弊端。

（四）施工要点

1 现场踏勘

顶管施工前，一）进行施工现场勘查，在施工之前要考察临近的排水系统建设，设计好排水线路以及管道建设，避免污水横流；二）对施工现场的电力、通讯、煤气等管道进行现场定位勘查，找出需要临时关停或搬迁的设备设施，避免发生不良影响；三）认真调查附近桥梁等构筑物的桥台基础、桩基深度及间距、建筑物基坑的结构形式，为顶管技术的顺利实施做好铺垫；四）进行环境调查，包括噪声震动、道路交通情况、注浆影响、地形变形控制等保护方案等。

2 进出洞施工

进出洞施工前，一）要对洞口土体进行加固，工作井洞口按专项施工方案执行，控制加固土体的均匀性和强度；二）顶管前一般要安装洞口止水装置，确保与基坑导轨的管道同心，安装的要求是:在顶管过程中不能漏水漏浆，收井一般不设置。三）轴线控制。在基坑导轨、承压壁、主顶油缸支架、出洞口控制好顶进轴线，保证安装精度，确保牢固稳定。顶管机进洞前，要复核位置和姿态，以使顶管在进洞始终按预定的方案实施。

3 顶进施工

顶管施工过程中，应该贯彻勤测量、亲纠偏、微纠偏的原则。勤纠是在发现有偏差时就要及时纠偏，让顶管机始终处于微调状态下保持其顶进的直线性，而不要等到偏差较大时再纠偏；顶进要根据土压力来确定顶进速度，土压力过高表明顶进速度过快，此时应降低顶进速度，否则地面回隆起。土压力过低表明顶进速度过慢，此时应加快顶进速度，否则地面回下沉；顶力控制也是顶管过程需要关注的，顶力过大容易时要进行原因分析，可能为顶管沿线遇到障碍物，或轴线失控，导致受力不均也会使顶力过大；随着沿线阻力的增加，可通过沿线对管壁注浆，减轻摩擦阻力，长距离顶管时设置中继间进行接力也较为广泛。

4、变形控制

顶管施工不可避免会对地层产生扰动，引起应力重分布，导致地层变形，从而产生地面沉降。引起地面沉降主要控制点如下：一）保持开挖面土压平衡可以减少开挖面土体的坍塌、变形、土体损失，因此为维护开挖面的稳定，通常要在顶管前方形成一定的压力来平衡土体水平和侧向土压，通常采用气压、泥水、土压来平衡。二）控制顶进速度，顶进过程需克服开挖面的土压和侧面摩擦阻力，速度的选取是为了保证土体不被过量挤压，过量挤压必定增加地层的扰动，如推进过快，泥水仓土体来不及排除，会造成土压失稳。三）注浆。顶管机顶进后管道外围与土体之间存在环形间隙，如不能及时充分地以触变泥浆填充，周围土体由于应力释放，可能引起土体坍塌。

结束语

我国城市供排水管网建设、水利、能源和电网工程等基础设施正在飞速发展,市政设施配套完善，地下各种管道建设将会大量增加，顶管技术在经济和环境保护上具有很大的优势，并得到广泛的应用。随着顶管工程规模的不断增大，顶管施工技术也将不断的取得新的进展。因此，我们要重视这个良机，进一步地完善和提高顶管技术，使之综合施工技术达到国际领先水平。

参考文献

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[2]葛金科.沈水龙.许烨霜.现代顶管施工技术及工程实例.中国建筑工业出版社，2009.10

[3]王伟斌.市政工程顶管施工技术的应用分析[J].居舍,2020(05):68-68.