顶管技术在城市给水管道施工中的应用

王建国

【摘要】随着城市化进程的不断加快，市政给水工程建设数量也逐步增多，在施工过程中越来越广泛的应用到顶管施工技术，为市政给水工程建设的成功发挥了重要的作用。为保证施工质量，提高顶管技术的施工效果，在施工过程中一定要严格把握每一个要点。在市政给水工程施工过程中，顶管施工技术的应用，能够使施工作业面转移到地面以下，不仅保障了施工过程中的人员安全，也最大程度的减小了施工对交通的影响。顶管施工技术具有专业性强，对施工人员素质要求高的特点。因此在工程施工以前，一定要做好施工现场考察工作，为选线作准备。施工过程中，也一定要做好监督管理工程，保证科学合理的实施顶管技术。

【关键词】顶管技术；城市给水；管道施工；应用

林州市自来水公司担负着城区和经济开发区的供水，供水面积为56平方公里，DN100以上供水管网长度为335公里，在日益发展的城市供水管网建设工作中，非开挖施工方法显得尤为重要，我公司应用顶管施工技术十余年，顶管口径由DN100到DN800，顶管管材采用PE管、鋼制管材，顶管累计长度4.2公里，通过实践积累了不少经验。顶管不但能够避免对建筑物以及公共设施造成破坏，同时能够减少施工过程中对地面交通产生影响，对保护城市土层以及维护市容具有重要作用。在城市给水管道建设过程中由于通常都是在人口较为密集以及交通比较繁忙的地区来进行给水管道的建设，工程涉及的建筑范围非常的广泛，所以要加强顶管技术在给水管道施工中的应用，从而在维护城市正常秩序以及环境的情况下保证给水管道施工的正常进行。

1、顶管施工概述

通过顶进设备的推力来克服管道与土壤之间的摩擦力，从而按照设计坡度来将管道正确的放置在土层中，这种埋设管道的技术就称为顶管施工。在进行顶管施工的过程中，需要将主顶油缸以及中继间和管道间的推力利用起来，以利于工具管从工作坑内的土层穿过，进入到接受坑内进行起吊，然后再将管道在两坑之间进行埋设。相对与盾构施工技术，顶管施工作为当前应用比较广泛的一种给水管道施工技术，不用将面层开挖就可以进行地下管道的铺设，所以无论在公路、铁路以及河流或是建筑物下进行给水管道施工，都能够有效的完成管道铺设工作。顶管施工技术在国内起步比较落后，近些年来随着我国建筑行业的快速发展以及城市化进程的加快，随着顶管施工技术的应用不断增加，使国内顶管施工技术的某些方面已经逐渐的进入了国际一流水平行列。并且国内的城镇化进程依然在加速发展着，所以在未来顶管施工技术仍然存在着非常大的发展空间。在顶管施工技术发展中比较突出问题是国家区域经济没有得到均衡发展从而导致顶管施工机械设备的相对落后，并且投入到顶管施工行业中的人才非常的少，从而极大的影响了顶管技术的实际应用，但是作为非开挖施工技术的重点技术之一顶管施工在我国依然具有良好的发展前景。

2、顶管施工技术的优势与不足

顶管施工技术与开挖法相比具有其不可比拟的自身优势。顶管施工技术只需要进行工作坑和接收坑的挖掘，因此不会对交通造成大的影响，市政给水工程车辆能够顺利通行于施工现场，且更地保障了施工过程中的安全。且顶管施工只需要挖去管道断面位置的土层，因此施工任务少，大大减少了工程量，将施工对周围建筑所造成的破坏降到最低，符合安全文明施工的各要求，达到节约人工费、机械费等施工成本的目的。但是顶管施工技术在操作过程中也还存在着不完善的地方，在施工过程中，由于其施工曲率半径小，可能会造成多种曲线组合重叠到一直，从而使施工难度加大，对工程建设造成不利影响。且在施工穿越软土层时，对施工质量往往做不到精准控制，容易发生较大的念头，使施工控制难度加大，目前对这种偏差的控制还没有较好的解决办法。而如果忽视这种偏差不改进措施，便会造成管道不均匀沉降，使工程质量得不到保障。

3、顶管施工技术要点

顶管施工工程中有定位仪追踪钻头的方向和深度，根据施工的长度取管线的节点，施工完毕后绘制好坐标深度剖面图，以便日后其他管线施工联系本部门时给予出具给水管道的线路深度图，避免其顶管施工钻到给水管道造成施工事故。顶管施工严格控制落实施工技术措施，把握施工技术要点对于顶管施工技术的成功至关重要，因此在实际的施工过程中，一定要根据顶管施工建设的需要及市政给水工程的基本情况，对顶管施工技术要点进行严格的把控。

3.1现场勘查工作

进行施工前，一定要仔细考察顶管施工现场的交通路线及人流、车流情况。与相关部门进行沟通，必要时安排专门的人员进行交通的指挥，避免对交通运行情况造成影响；还要对施工现场及其附近的排水系统的基本情况进行调查，避开原有的给水管道，从而设计出最有利的排水管道线路，在施工时，根据需要设置临时的排水管道，将污水排出施工现场；此外还要对现场供水、煤气、电力及通讯管道进行定位，并标示出其具体位置，做好临时搬迁或关停方案；对现场附近的建筑结构基本形式展开摸底调查，做好相应的防护措施。

3.2顶管施工技术准备

相关部门一定要本着认真谨慎的态度进行现场的实地考察，了解施工现场土层的力学参数及物理性质等指标；掌握岩层及砂层的细度、抗剪强度及级配等基本情况；了解地下水的来源及其变化情况。对施工现场的基本情况进行了实地考察后，便可在此基础上进行相关的技术准备工作，设计出最合理的施工方案，对相关施工人员的权限及职责进行明确，对顶进路线进行合理的安排，做好技术管理与监督工作，有效落实施工技术措施，奠定好市政顶管施工的基础。

3.3顶管路线确定和井位设计

顶进距离要根据设备条件及施工现场的环境进行确定，从而保证顶管施工工作的有效进行。由于工作井的相对较高，因此在满足施工要求的前提下，进行方案设计时，要尽量减少工作井的数量。在施工过程中，可以采用安排往两个方向顶进的方式进行路线设计的优化。施工时可采取明挖的方式，从而有效避开不利于顶进的土层。设计顶进路线时，尽量避开树木及建筑物，保证顶进路线不会受到阻碍，从而减小顶进施工过程中的不利影响，有效的控制工程质量。

3.4顶力确定和管材施工

顶力大小的确定需要考察多种因素，如设备形式、管材形式、土层变化、机头切削形式、工作井形式、注浆压力及顶进速度等，一旦忽视任意一项内容，便可能对施工造成很大的阻碍。进行施工时首先要建立三维模型，从而综合全面的展现出多方面的系统参数，对顶进施工中各结构的受力情况进行认真分析，从而确定管材的设计，如钢筋布置、端部和细部处理、配筋量及混凝土强度的确定等，不断优化设计水平，管材的设计往往还要根据轴心受辱柱的情况来确定，并要综合考虑管道的局部应力和偏心受压情况，要施工过程中，一定要注意安全系數的保留，从而保证工程的质量与效果。

4、顶管施工技术应用流程

4.1穿墙

穿墙是指将墙闷板打开然后顶出工具管至井外并将止水装置安装的过程。首先在穿墙管内填纸筋粘土和土，以保证穿墙管能够拥有暂时性的阻水挡土效果，要注意将穿墙管内的纸筋凝土夯实；然后对穿墙管的外围采取注浆措施进行固结，从而保证工具管穿墙施工前，穿墙孔外围附近土体的稳定和强度达标；对穿墙施工前会出现的问题进行预分析有利于处理计划和措施的及时制定和实施；在打开闷板之后要将工具管迅速推进，推进过程中要做好穿墙止水工作。

4.2顶管出洞

顶管机从第一节管子中破除工作井洞口进入土层中的过程指的就是顶管出洞。在顶管出洞的施工过程中，施工人员要时刻注意管子受力情况，避免出现受力过大从而导致安全事故的产生。为了确保管子出洞过程的顺利一般都是利用工具管进行处理，并且在出洞过程中对顶进和接受工作井的外侧都会采取注浆措施来对土体进行加固，来确保出洞的安全。（下转第页）

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4.3注浆减阻

在顶管施工过程中通常会采取注浆措施来将管材和土壤之间的阻力减小，使用的注浆材料主要是水和膨润土。在水与膨润土充分混合以后会形成一种润滑层，将这种混合材料使用到管材外部和土壤之间能够将管节的推进摩擦力有效的进行降低，从而将管子的推进距离延长，并且能够起到保护管壁的作用，

4.4顶进纠偏

在顶管发生偏移时会导致管子无法合拢，需要采取纠偏措施。具体的纠偏措施有超挖、顶木和千斤顶三种纠偏方法。在偏差较小在1-2cm时可以采用超挖纠偏，通过在偏移一侧进行反挖来使管子回正；当偏差超过2cm时可以使用顶木纠偏，主要是通过将圆木顶在管子发生偏移的另一侧管壁上，另外一段则是斜撑在有钢板的管前土壤上，顶进过程中会斜支撑会有阻力产生利于顶管回正；千斤顶纠偏和顶木纠偏方法没有太大差异，只是在顶木上利用千斤顶强行校正管子。

结论：

在整个市政给水工程中，一定要高度重视顶管施工技术的重要作用，制定出科学合理的施工方案，保证各环节的技术措施严格落实，只有这样才能保证工程质量及效果。因此在顶管施工过程中，一定要做好施工管理工作，根据实际情况制定相关的技术质量管理对策，做好每一环节的验收管理工作，如施工进度、材料选择及工序等。只有将各项施工技术对策落实到位，才能保证顶管施工管理水平的提高，保障市政给水工程的建设质量和效益。

参考文献：

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