市政道路给排水施工中顶管技术的应用

赵胤机

（广西川辉建设工程有限公司，广西玉林 530028）

相比传统明挖施工，顶管能大幅减少开挖量，在市政给排水工程中尤为适用，能减少施工对环境造成的影响和破坏。而为了使顶管施工顺利完成，并达到预期的质量和效果，需要根据工程实际情况，制定合理可行的技术，并在工程加以严格执行。

1 工程概况

某工程预计顶管三道，分别为东西侧污水管、雨水管和给水管，该三处管道汇入至中央分隔带中，管道类型为承插式钢筋混凝土管道，每道30m，共90m。顶管施工需按以下工艺流程进行：施工准备→测量放样→场地平整→标志与隔离带设置→工作坑开挖→设备安装→管道顶进→闭水试验。现结合该工程实际情况，对其顶管施工进行如下深入分析。

2 施工准备

顶管施工正式开始前，应先认真做好以下各项准备工作：

（1）进场后及时搭设施工所需临时设施，然后熟悉图纸，确定顶管长度与埋深，以及设计与结构等方面的要求，明确顶管区域地质情况。由于此次顶管的部位没有勘察报告，需要通过挖坑来获取资料，以保万无一失[1]。

（2）和相关部门积极联系，确定需穿越的所有地下管线和障碍物，使施工能够顺利完成。

（3）配备施工所需所有设备、材料和各类辅助设施。

（4）在施工场地周围做好围护，并设置好各类标志，提醒往来车辆及人员注意安全。

（5）做好现场保洁，避免造成大规模扬尘污染。

3 测量放线

（1）在工作井的后方进行测量控制桩的准确设置，需要从地面引到地下，防止由于工作井产生变形导致误差，以顶管段两端采用明挖法施工而成的管线为依据确定具体的顶管走向，同时用水准仪把水准点放到控制桩。

（2）如果在顶进过程中管位产生5mm 以内的偏差，则应立即校正。对管道进行的纠偏校正必须缓慢进行，确保管节逐渐恢复到正确的位置，严禁猛纠硬调。具体的校正方法为利用工具头进行纠偏，严格控制工具头所处状态，每次纠偏一般采用5mm 作为一个单元，当顶进距离达到1m 时，若采用经纬仪施进行测量发现偏位趋势保持不变，则应适当增加纠偏的力度[2]。

4 场地平整与标志及隔离带的设置

场地平整需在具有施工条件的情况下进行，场地面积需要以作业坑大小与堆土区域等为依据确定，应充分考虑吊车具体摆放位置与占地面积等。

（1）在现场的工作坑位置设置围栏，同时设置好相应的标志标牌，提醒往来车辆及人员密切注意安全，以免发生意外。

（2）在夜间设置好照明灯与信号灯，保证现场照明，避免由于照明不良发生意外。

5 工作坑开挖

5.1 开挖位置

根据现场测量放线成果确定工作坑具体位置，然后采用人工与机械相配合的方式开挖，对于开挖的尺寸，按宽×长×高=2.5m×4.5m×3.0m 严格控制，开挖产生的土方堆放于坑外2m 的位置。在回填过程中，可将土方运输到坑边，然后采用人工与机械相配合的方式进行分层夯填。工作坑开挖方法为放坡法，放坡的坡度为1:0.33，坑深3m。开挖施工中应密切注意既有管线位置，以免造成破坏，并尽可能减少对工作坑顶部造成的扰动。将工作坑开挖好后，立即予以围护，并设置明显的标志，以保证安全。将工作坑开挖完成后，在其底部周围设置集水沟，以免施工中产生的污水及其他水流进入工作坑中，使工作坑始终保持干燥[3]。

5.2 工具头吊装与设备调试

（1）待吊车就位以后，开始吊装工具头，并对油管、电力电缆和信号线进行连接，然后对整机予以现场调整，使顶进过程中设备处在正常工作状态。

（2）因管段长度不大，且管径也很小，地质和地层条件良好，所以在工作坑其中一侧进行顶进，在另一端顶背浇筑一层厚度为50cm 的C20 钢筋混凝土，其高度按0.5m 控制，并需要比坑的底部低0.3m，以承受顶进时产生的反向推力[4]。

5.3 设备安装

（1）导管安装。导管设置在顶管过程中是一个关键环节，应达到牢固可靠，包含流水方向、轨距和高程等在内的参数必须准确无误。先对工作坑的底部进行清理与平整，然后设置枕木。导管的方向需要与管道轴线方向保持平行，标高偏差不能超过3mm。

（2）千斤顶安装。千斤顶安装在由型钢制作而成的支架上，而支架要焊接在井底的横梁处，着力点需要和管道中心垂线保持对称，使合力作用点与管道的圆心重合，所有千斤顶的纵坡都应和管道的设计坡度保持一致[5]。

（3）顶管机安装。根据管道自身与和地面之间的摩擦，通过计算可得最大顶力在260t 左右，基于此，将油缸型号确定为YET300，并配备两台泵站进行联合作业，以此满足顶进力方面的要求。

5.4 施工测量

（1）施工中准确测量管道的水平方向轴线与高程，并动态检测顶管机姿态，同时及时对所有测量控制点予以复核，一旦发生偏差，应立即纠正。

（2）测量开始前复核井内所有测量控制点，如果工作井产生变形、位移或沉降，应立即复核基准点。

（3）一般每顶进300mm 进行至少一次测量。将全段顶进完成后，在所有管节接口部位对水平方向轴线与高程进行准确测量，当有错口存在时，还测量相对高差。

5.5 纠偏措施

（1）当挖土其中一侧阻力相对较小时，需在另外一侧减小挖土数量以增大阻力，以此方可实现纠偏[6]。

（2）及时对顶镐的位置进行调整，促使两侧顶力未达到平整而起到纠偏的作用，就应逐渐进行，不可一次性纠正到位。

（3）借助液压系统利用不等压力提供纠偏力矩，以此实现纠偏。

（4）在管道底部前方向下适量超挖，以此纠正管道的抬头。

（5）预留的一定的坡度与适当增加管道下部阻力，以此纠正管道的扎头。

（6）严格控制顶镐的着力点，确保其合力大于或小于摩擦阻力合力，这对避免管道产生抬头与扎头现象也有显著作用。

（7）对于已经产生偏差的管道，可使用千斤顶、方木、工字钢与内胀圈等在与偏差相反的方向上进行加压顶管，这样也能起到一定纠偏作用。

6 管道顶进

6.1 接口密封

顶管的管道为承插式钢筋混凝土管，在接口过程中胶圈的设置必须到位。接口接缝部位要用水泥砂浆进行抹带，使其达到密实，宽度按15cm 控制，厚度为1cm。

6.2 顶进作业

对于干硬塑性黄土，可直接利用人工进行掘进，出土由小斗车完成，利用吊车把掘进时产生的土吊出到基坑以外，每次开挖都要以现场地层情况为依据确定，注意管道下方135°之内不允许超挖；而管道上部的超挖量则要控制在15mm 以内。顶程一般不能超出60cm，而在顶进污水管的过程中，需将顶程控制在50cm 之内[7]。

6.3 轴线与高程控制

导轨的安装应严格按照相关规范与设计要求进行，导轨安装应达到牢固可靠，避免产生位移，在每次顶进过程中都要做好观测记录，准确计算高程，如果产生误差，则要在下一轮顶进时做好纠偏，达到设计要求。纠偏方式根据实际情况选择。在整个顶管过程当中，都要严格遵循勤量测、勤纠偏等基本原则。

6.4 坡度控制

设计坡度需在导轨安装过程中进行调整，使导轨的坡度和管道的设计坡度保持一致，在现场选取两个测点，随时予以校正，使正负高差处在10mm 以内[8]。

6.5 顶管环境影响分析

为了对顶管施工时周边环境受到的影响进行研究，为施工控制提供指导，采用FALC3D 进行三维模型的构建，该模型的长度为38m，宽度为35m，高度为30m，节点数、单元数分别为36616个和34370 个。土体模型为弹塑性本构模型，对于顶管的管片，按实体单位进行模拟。整个模型的侧面与底面都是位移边界，其中，侧面对水平方向移动进行限制，而底部对垂直方向移动进行限制，模型的上部是地表，自由边界。

采用顶管机开挖完成后形成的洞，其尺寸比管节尺寸大，导致土体与管节间有一定空隙，这会对土体变形造成很大的影响，在模型的构建过程中需通过将管周围一定范围内土体弹性模量弱化成所处土层弹性模型的10%来实现对这一部分空隙的模拟。经模拟可知，本次顶管施工不会给周边环境造成太大的影响，处在可接受的范围内。

7 结语

综上所述，顶管是市政给排水管道施工常用方法，目前，本次顶管施工已顺利完成，经检查确认各项指标均满足要求，所用顶管技术合理可行，可为类似工程提供参考借鉴，不断积累相关经验。