市政工程顶管施工技术探讨

杜 红 燕

(太原市市政公用工程质量监督站，山西 太原 030012)

0 引言

我国市政工程中顶管施工技术从20世纪90年代以来得到了快速发展，顶管施工技术主要是一种非开挖施工的施工方式，通过先进的管道顶进设备将管道顶入土体中起到管道埋设的目的。由于顶管施工不需要大面积破坏路面，与开槽埋管相比可以有效的减少对周边建筑和环境的污染以及很好的解决施工地段的堵塞，因此顶管施工具有更好的经济性和高效性。顶管施工技术目前在我国市政工程中得到了广泛的应用，特别是在一些管道工程及交通繁忙的城市主干道改造工程中具有很大的便捷性和有效性。早期的顶管施工技术以工程技术经验为主，但是缺乏理论支持和指导。随着科学技术的发展，2006年颁布的《顶管施工技术及验收规范(试行)》为顶管施工技术提供理论和技术支持，因此对市政工程中顶管施工技术的探讨就显得很有必要。

1 顶管施工技术原理

1.1 施工原理

顶管施工技术是一种非开挖或少开挖的管道埋设施工方法，其不需要大面积破坏路面，就可以在上方有建筑物的地下埋设管道，该施工法不会对地上建筑、周边环境及地下管道带来破坏，并且该施工法不会产生大量的粉尘，对环境和地上交通的影响很小，与开槽埋管相比施工周期较短，可以有效的减少对周边建筑和环境的污染以及很好的解决施工地段的堵塞，因此顶管施工具有更好的经济性和高效性。顶管施工技术的施工原理主要是：首先根据设计规划的管道路线首尾两端分别布置工作井和接收井，如果工程较为复杂，需要考虑在中间段布置中间井；然后在工作井内开始进行顶进作业，将钢制管道按设计的角度压入到地质层中。预埋设的管道紧随工具管，工具管从工作井内穿过土层将管道分节段顶进到接收井。对于污水管道的埋设，顶进设备和接收中继站的设备跟常规的管道略有不同，施工原理相同。

1.2 平衡理论

当前，顶管施工技术的平衡理论主要分为三类：第一类为气压平衡理论，第二类为泥水平衡理论，第三类为土压平衡理论。气压平衡理论主要是通过作用于临时掘进面上的气体压力来平衡地下水压力。由于作用的气体压力是相同的，但是地下水压力是呈梯度分布，因此在工具管顶部需要形成一个超过平衡压力的气体压力区，地层由于压力作用从饱和状态变成半饱和状态。该平衡理论适用于含水量比较大的砂层，并且管线上方有较厚的覆土层或粘土层。泥水平衡理论主要是利用出泥舱面的泥水压力来平衡顶进工作面上的水压力和土压力。该平衡理论适用于各种不同的土质条件，尤其适用于地下水位很高和地下水压力变化较大的地层。土压平衡理论是利用土压平衡式顶管掘进机进行顶管施工，其只取走顶入管子的土体，整个顶管过程能有效的防止挖掘面土方的超挖和欠挖。它对周围的土体扰动很小，能使地表的沉降或隆起减小到最低限度。该平衡理论适用于饱和含水地层中的淤泥质粘土或砂性土。由于这三类平衡理论的适用条件不同，因此在顶管施工过程中要根据地质条件、施工环境、设计要求等的不同而科学选择合适的平衡理论。

2 顶管施工技术实施过程

2.1 前期准备

在顶管施工前要做相应的施工前准备，包括顶进管的选择、施工场地的布置、工作井及接收井的确定和施工等。顶进管的选择是整个顶管施工的前提，按照工程要求和施工工艺选择合适的顶进管是工程顺利完工的重要前提。工程中顶进管一般使用钢管或钢筋混凝土管。如果选用钢管，需要保证钢材的力学参数和结构尺寸满足工程要求；如果选用钢筋混凝土管，需要保证钢筋混凝土管的载荷、配筋和结构尺寸满足工程要求。管道长度要根据地质条件和施工条件来确定，如果管道过长容易导致顶进偏差，如果管道过短，容易导致施工的繁琐，影响工期。顶进管选择之后，需要布置施工场地，根据施工的工期和规模合理布置施工场地。同时，顶管施工过程中要根据地质条件、施工环境、设计要求等的不同而科学选择合适的平衡理论。不同的平衡理论所选用的工艺和部分设备是不同的。

2.2 设备的安装与调试

顶管施工前需要对所有的设备进行安装和调试，其中包括顶进设备以及辅助设备。对于顶进设备的安装和调试，需要确保管千斤顶数量满足工程最大顶力的要求。顶进设备安装在工具管和调试设备之间。顶进设备安装完成后，需要进行调试，对液压元件、千斤顶等的可靠性进行整体检查，确定功能一切正常，线路一切完好，管路一切畅通。调整电接点压力表和压力继电器的压力阈值，逐步加大油压力，调整溢流阀的作用压力，推动管身，检查顶进推力是否满足要求。对于辅助设备的安装和调试，需要在预埋件上安装顶部、侧部和底部的钢刃脚，并安装人工挖土平台以及泥土输送设备。设备安装结束后，就可以进行试顶工作，试顶工作一般是使铺设管道产生初始位移为最佳状态。在试顶的过程中，要随时监测各设备在不同观测点处的参数变化并记录，如果发现有异常情况，随时终止试顶工作，检查检修好出现的问题之后再进行试顶，直至设备工作流畅。

2.3 顶管井的施工

在顶管施工前要先构造顶管井，顶管井主要包含工作井和接收井。工作井是顶管施工的主要场地，顶进设备、工具管道、铺设管道以及辅助设备都是从工作井进入开始顶进。接收井主要是顶管结束后，顶进设备、工具管道以及辅助设备能够顺利顶出并吊起。顶管井的结构根据工程设计的不同而不同，工程通常采用钢筋混凝土结构或者钢箱梁结构，工作井和接收井的井口可以是方形也可以是圆形。

2.4 施工步骤

在进行顶管施工前，需要将顶进设备、工具管道、铺设管道以及辅助设备安装在工作井内，通过在工作井导轨上安装的顶管来向前顶进工具管道和预铺设管道，以此类推完成铺设管道的整体铺设工作。顶进施工结束后，顶进设备、工具管道以及辅助设备出洞进入接收井，是顶管施工过程中非常重要的过程，接收井的井壁需要用混凝土喷浆通过高压旋喷技术进行加固，从而有效的保证设备出洞的安全。顶管施工的施工步骤共分为以下几步：

第一，穿墙。为保证顶管附近的土壤强度，穿墙管外侧需要采用注浆固结措施进行支护，打开穿墙闷板通过顶进设备将工具管顶出井外。

第二，顶管出洞。顶进设备和工具管道、铺设管道从工作井中破出洞口封门进入土中。通过工具管道调零可以防止铺设管线出现偏斜，同时要在工具管道的井壁位置设置支护结构，如果在顶进过程中出现偏差，要及时使用千斤顶组对误差进行纠正，千斤顶组分为横向纠正千斤顶组和纵向纠正千斤顶组，通过控制管道的横向位移和纵向位移来实现误差的纠正。

第三，注浆减阻。通过压注触变泥浆来填充铺设管道与土层之间的缝隙，最终在铺设管道外侧产生一层泥浆保护层，这对铺设管道起到支撑和保护的作用，同时可以减小地面塌陷和顶进压力。

3 结语

由于顶管施工不需要大面积破坏路面，与开槽埋管相比可以有效的减少对周边建筑和环境的污染以及很好的解决施工地段的堵塞，因此顶管施工具有更好的经济性和高效性。在顶管施工过程中，严格掌握顶管施工技术原理，对顶管施工技术实施过程进行探讨，进而有效的保证了顶管施工的质量，顶管施工技术对于保证市政工程项目的顺利实施具有显著意义。

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