顶管施工技术在城镇燃气管道建设中的应用

邢 晟

（太原天然气有限公司， 山西 太原 030006）

伴随着经济的发展及社会能源需求的不断提高，城镇燃气管道建设受到了越来越多的重视。顶管施工技术是一种非开挖技术，相比较于传统挖槽铺管施工技术，顶管施工技术对周边生态环境、交通以及居民等造成的影响相对较小，无需大量占用土地，且施工成本较低，经济效益与生态效益均比较好，因此得到了越来越多的应用。

1 顶管施工技术的原理

顶管施工技术的作用原理为予力技术，其主要通过应用顶管机头，来对顶进管材沿线的土壤、岩石等不断施加予力作用，从而不断切割、扰动土壤，并对出现预变形的土壤实施变形碎化，再进行压实，补偿岩石土壤、支撑土壤出现变形，产生土压力，进而使顶进管材的管外壁与周围岩石、土壤之间紧密结合，并对已顶进的管道进行不断挤压，构成管网。

2 城镇燃气管道建设中顶管施工技术的应用

2.1 工程概况

某城镇燃气管道工程，建设中需穿越高速公路。综合考虑工程实际情况、对比分析各种不开挖技术，拟采用机械顶管施工技术。燃气管道设计压力0.4 兆帕，设计管径为DN500，顶管施工中使用口径1500 毫米的钢筋混凝土管作为套管，顶管长度129 米。

2.2 顶管施工

1.顶管机头进洞

工作竖井施工完成后，洞口加固后，用风镐人工将洞门砼凿除，确保外部土体稳固的基础上，将井壁固定钢筋迅速切断，人工将土层向前开挖50 厘米，将顶管机头置于洞口中，顶管机刀盘完全进洞后，安装止水圈，安装完成后，将所有顶进设备以及顶管机刀盘启动，开始顶进作业，顶进作业过程中必须严格遵循操作规程要求。为保障顶管施工质量，应设置试验段，充分考虑顶进效果、土质条件等因素，优化调整刀盘转速、扭矩。由于这时顶进阻力相对较小，因此顶进速度不可超过15 毫米/分钟，以避免机头整体旋转问题的出现。机头完全进入土层，且没有发生旋转，则可逐步提升顶进速度。

2.顶进作业

顶管作业过程中，初始顶进前30 米为试验段。在试验段中设置沉降观测点，对土仓压力、土的流塑性、顶进偏差、顶力大小等参数进行检测，并根据试验段情况，优化调整后续顶进段的相关参数。

根据试验段相关数据，调整设计土仓压力，从而实现安全系数的提升。顶进作业中，尽量降低顶进阻力是顶力控制的主要目的。顶进阻力由两部分组成，一是顶管机的迎面阻力，二是顶进管道周围土壤及其管壁之间的摩擦阻力。为实现摩擦阻力的降低，可借助管道内壁设置的注浆孔，将泥浆注入到管道外侧，从而使顶进管道、顶管机与土壤之间形成一个泥浆套，在泥浆套中顶进管道、顶管机向前顶进的阻力会明显降低。顶进的钢筋混凝土管，每节管道内壁均设置了三个注浆孔，在同一圆周上均匀分布，可在注浆孔安装止回阀，以避免浆液倒流。管道顶进中为预防注浆孔被泥浆、土壤封堵，应在其后部注浆，并将侧壁、前部遮上。顶管完成后，将水泥砂浆注入到管道外侧，在内壁将注浆孔封闭，使管道周围土体固化，避免空洞而造成的地表沉降问题。顶管顶进全过程中，始终伴随注浆工作，一边顶进、一边注浆，从而形成饱满、连续的泥浆套，降低顶进阻力。

注浆过程中，应遵循“先注浆、后顶进，边顶进、边压浆，及时补充浆液”的原则，以确保顶进管道、周围土壤之间可以形成环形空间，扮演润滑泥浆套的角色，有效减小摩擦阻力。同时，也要严格控制注浆压力，通常为0.2～0.3 兆帕，避免注浆压力过高而导致的冒浆、跑浆、摩擦阻力增大的问题。

顶管机操作员在顶进过程中，应通过监控设备，密切观察光靶上激光点是否出现偏移。若是顶管机偏转，则可采取改变刀盘转向的方法予以解决，若是刀盘伴随着顶管机偏转方向进行转动，则可应用液压千斤顶进行纠偏，但此措施仅适用于偏转角＜15 度的情况。在进行纠偏的时候，每顶进30 厘米便要进行一次测量，发现已有纠正趋势之后，向前顶进一段距离，再停止纠偏，以预防纠偏过量问题的出现。纠偏过程中，应坚持微纠偏、勤纠偏的原则。

本工程顶进作业中，顶进速度为30～50 毫米/分钟，试验段、纠偏时，适当降低顶进速度，等到正常顶进的时候，再将顶进速度提高。下新管的时候，顶管机停止顶进，并断电，以维持压力均衡。在连接管道的同时进行顶进，先是刀盘动作，然后将顶进装置、切削土运送机打开。顶管作业中，对刀盘挖下来的土，使用螺旋输送机送至水平运输车斗，再应用起吊设备运到竖井上的存土场。

3.机头出洞

机头出洞施工是在接收竖井中出洞口位置的土体加固强度达标后开始的。顶管机机头与上切削面快速接触，对洞口止水装置进行安装，加快顶进，尽量缩短开挖面暴露时间。顶进作业中，对出洞口密封圈压实效果进行仔细检查，确保顶管机机头能够顺利顶进至接收竖井之中。

顶管机刀盘顶进至接受竖井前的10～15 米的时候，进行一次贯通测量作业，对顶管机的里程进行测量，准确计算洞口、刀盘间的距离。顶管机机头刀盘与出洞口之间的距离为200～500 毫米的时候，停止顶进，尽可能地降低刀盘迎面的土压力，保障开洞口时设备、人员的安全。

4.浆液置换

顶进作业完成后，为避免顶进区域地表沉降现象的出现，应对顶进管道、周围土壤间的空隙进行注浆。注浆液为1:3:5 的水泥、粉煤灰、水的混合物。每节管道内壁均设置有注浆孔，从管道的一端开始注浆，并逐排向另一端进行，注浆压力为0.2～0.5 兆帕，注浆结束后，保压10 分钟，再将所有阀门关闭，注浆作业完成。

5.套管内管道安装

混凝土套管顶进完成后，在混凝土套管中，安装燃气管道，并进行焊接操作。采用φ508×7.9 毫米L245MB 的注浆钢管，3PE 加强级防腐钢管。将滑轮支架安装在管底，辅助发送，以降低穿越阻力。滑轮支架是用5 毫米的钢板卷制而成，穿越主管、滑轮支架之间使用5 毫米厚的橡胶护层进行隔离，以避免主管道防腐层受损。应用滑轮支架结合止浮杆的措施，套管内的管道，每隔5 米设置一道止浮杆，止浮杆、滑轮支架之间的间距为0.5 米，穿越工作管长129 米。

混凝土套管中，接口焊缝施焊结束后，应立刻开展射线检验，确保其质量合格后，立即对管口焊缝实施防腐处理，并将管道向前拖移。采取上述方式，循序渐进地完成管道的安装。混凝土套管封闭前，应设置检水井、检漏井，选择DN25镀锌钢管当作检水井、检漏井的制作材料，并各砌筑一座保护井。检水井设置在下游，检漏井设置在上游。

3 结语：

综上所述，城镇燃气管道建设中实际应用顶管施工技术的时候，应明确顶管施工技术的作用原理，并充分考虑工程实际情况，对顶管施工中的顶管机头进洞、顶进作业、机头出洞、浆液置换以及套管内管道安装等环节进行严格控制，从而确保顶管施工质量，充分发挥顶管施工技术的优势，实现城镇燃气管道建设质量的提升。