长距离顶管施工技术在市政排水施工中的应用

陈华芳

广东南方建设集团有限公司 广东 茂名 525400

工程建筑领域迅猛发展的今天，使得工程建设领域对市政排水工程建设提出了更高的要求，若采用传统开挖埋管技术，则会造成施工周期较长，施工活动对周围环境影响较大等后果，很难符合现代市政排水工程施工要求，不利于城市发展与建设。这一背景下，建筑工程领域逐渐出现了很多先进的排水工程施工技术，长距离顶管施工是其中较为常见的一种，通过该技术的应用，优化市政排水工程施工活动，降低施工活动对城市发展与人民生活的干扰。所以，对长距离顶管施工技术在市政排水施工中的应用进行研究具有重要意义，有利于市政排水工程更好的建设。

1 长距离顶管施工技术概述

现代市政排水工程施工时，长距离顶管施工技术较为常见，即在不挖掘地面的基础上，通过相应的顶管设备，将管道顶入到工作井内，当管道进入到相应位置处后，适当对管道进行调整，即可完成整个施工活动，施工如图1所示。应用该施工技术时，顶管机最为关键，直接影响到整个活动施工效果。相对于传统开挖埋设技术来说，该技术具有诸多优势，具体包括：(1) 钻出适当大小的空洞后，直接将管道顶入到地下，无需对地面进行挖掘，工作量较小，投入成本较低，施工周期较短，对施工方以及业主方均能够创造更多的经济效益。(2) 应用该施工技术时，对地面破坏较小，无需地上建筑物进行迁移，且不会产生噪声、粉尘污染，对环境的破坏较小[1]。(3) 由于不会对地面进行破坏，行人与车辆可以在地面正常行动，使得周边道路不会出现交通堵塞的问题。但需要注意的是，该施工技术也存在一些缺陷，即施工技术性较强，需要施工人员具备较高的综合素质，因而很多施工企业未能有效掌握该项施工技术；由于顶进距离较长，会产生较大的阻力，在一定程度上影响管道掘进速度，若采用较大的推进力，则会导致管道出现损坏上，也会降低施工质量。

2 长距离顶管施工的影响因素

2.1 材料因素

长距离顶管施工时，经常受到各种因素的影响而导致施工质量较低，材料是其中最为关键的一个因素。选择合理的材料，可为后续施工活动打下良好基础，有效提升施工质量。现代工程材料市场内，存在多种不同类型、规格的管道材料，每种管道材料特征、价格略有差异，若施工企业未能选择符合要求的管道材料，则会导致施工质量不符合要求，影响排水工程的使用。所以，在应用长距离顶管技术时，应从材料、长度、管径等角度出发，选择最佳的排水管道。

2.2 应力因素

长距离顶管施工时，需要通过顶管机向管道施加一定应力，在该应力的作用下，使管道逐渐进入到空洞内。想要保证施工质量符合要求，应设定出合理的应力参数，参数过大，可导致管道破损，影响管道的后续使用；参数过小，又会影响管道推进与排水效果，导致管道施工质量较差，也会对后续使用造成干扰[2]。

3 长距离顶管施工技术流程

3.1 某工程概述

本研究当中，选择某市政排水工程作为研究对象。该工程施工时，采用了长距离顶管施工技术。该工程总长为3658m，采用分段施工模式。其中一段工程长为2310m，为直线顶管。施工过程中，从A点开始掘进，逐渐将管道向B点推进，并有B点将管道吊出。该段施工时，掘进距离为2208m；另一段工程为1348m，全长约1076m，直线顶管，在B点处，通过顶管机掘进扩散器段。工程施工时，选择型号为DN2000的钢管，直径219.1mm，壁厚21mm，长度为21.5m。对于施工层土壤来说，主要由两种成分构成，上部为中砂，下方为粉质黏土，管道上方土层厚度在14～20m。如图1所示。

图1 顶管施工技术简图

3.2 孔洞设置

根据工程需求，选择合理的位置，开展导向钻孔与扩孔工序，为管道的顶进打下良好基础。导向钻孔时，以定向钻机为主，根据设计方案，钻出适当大小的导向孔。这一过程中，若钻孔实际情况与设计方案存在较大差异，应立即对钻头予以调整，以保证导向孔的良好性，符合设计方案要求。钻出导向孔后，将导向头取下，并安装扩孔钻头，以此完成扩孔操作。扩孔时，通常分6次完成，其中，最后一次扩孔时，选择挤扩式钻头，若扩孔时出现较高的回拖力，还应再次回扩1次。为了保证扩孔质量符合要求，不仅要详细记录下扩孔施工相关数据信息，如扩孔速度、时间等，而且还应对扩孔操作予以观察，及时发现大扭矩、钻压突变等问题，并中止扩孔施工，待问题解决后，才可继续施工。

3.3 顶管出洞

采用该施工技术时，首先进行顶管出洞工序，即：在工作井当中，利用导轨的方式，将顶管机的机头向工作井前方井壁的空洞推进，由前墙创出，并向井外的土层内顶进。整个施工过程中，这一工序最为关键，直接影响到整个工程的施工质量。为了防止水分流失，应在空洞处安装宽8000mm，厚2000mm的阻水幕墙，以保证施工活动顺利进行。需要注意的是，在该环节施工时，若顶管机产生的压力较大，会对土体结构产生破坏，从而增加了施工现场出现坍塌的风险，不利于后续环节使用。针对这一情况，可在洞口处，固定适当大小的工字型钢，用于对土体进行支撑，以防止土地出现坍塌的激励，保证整个孔洞的稳定性，为顶管出洞施工提供支持。

3.4 掘进施工

顶管出洞结束后，应开展掘进施工工序，即在油泵、千斤顶等设备的作用下，向管道提供一定的推进力，在该推进力的作用下，使得管道缓慢向前移动，直到整个管道全部进入到孔洞内。与此同时，利用高压水枪，对管道周围进行冲刷，使落下的土体形成泥浆，并流入到泥水仓内，之后在排泥管的作用下，将泥浆全部排出，防止落下的土体对施工活动造成干扰。掘进施工时，初始速度设定成4±1mm/s，之后根据具体情况，对掘进速度予以调节，以保证掘进速度符合工程施工要求。

3.5 注浆

掘进施工过程中，周边土体会对管道产生一定的阻力，影响管道顺利顶进。所以，应通过压触变泥浆的方式，降低顶进时遇到的阻力，以提升施工质量与效率。注浆施工时，先以10m为间隔，设定出适当数量的注浆孔，并埋入孔径适中的钢管，整个施工平面内共8个注浆孔，每个孔的直径为25mm，角度为45°。针对注浆孔所处位置，构建出相应的螺丝孔，并在该孔的外段，固定适当大小的钢板，以使泥浆能够均匀流入到管壁上，避免出现注浆口堵塞的问题，然后放入注浆管。施工前，应根据施工需求，配置出良好的浆液，并将浆液静置一段时间后，将应用到工程当中，注浆操作应与掘进工序同时进行，掘进停止后，注浆工序也要暂停。在压浆量方面，通常为管道外围环形缝隙的2倍，并针对管顶谁呀情况，计算出合理的压注压力。

3.6 钢管施工

钢管施工时，主要通过交流电焊机对钢管予以处理，每个环缝长度在11.3mm左右，对内侧环缝处理时，一般选择2台焊接机，而对外侧环缝处理时，则选择3台焊接机，焊接时间控制在6h左右，以保证钢管处理效果。焊接结束后，应对焊接区域进行检查，判断焊接区域是否存在裂缝与漏洞等问题，确保焊接区域无问题后，在其表面涂抹一层干性防腐剂，用于对焊接区域的保护，防止后续使用时由于腐蚀而导致管道焊接区域断裂。在钢管选择方面，长度为6m重量为17t，通过标准为50t的吊车将其吊起。在钢管焊接时，应确保接口保持平齐，轴线中心保持一致，以保证管道焊接质量。

3.7 顶管进洞

应用长距离顶管施工技术时，无需构建接收井，因而在施工过程中，每掘进5000mm，应关闭水冲洗设备，并提升顶管机机头前部土体压力，在该压力的作用下，向工具管内压入适量的土壤。随着顶管机的不断运行，使得引水钢管逐渐移动，当其处于设计位置处时，将工具机头拆卸下来。将泥浆管密封，卸下机头与前面一节钢管的刚性连接，并为后续施工做好准备。

3.8 通风系统施工

长距离顶管施工时，施工时间较长，且一部分工作需要人员在地下完成，而地下环境较为复杂，具有较多安全隐患，很容易发生各种安全问题，不仅影响工程建设，而且还会对施工人员的生命健康造成威胁[3]。其中，最为常见的问题就是施工人员工作一段时间后，由于地下空气含量较少，无法满足人员呼吸要求，使得施工人员由于无法正常呼吸而产生各种不适感。所以，在施工时，应在地下部分设置相应的通风系统，即在地表相应位置处，构建出相应的通风井，使地面与地下形成良好的空气循环，及时将地下污浊气体排出，并导入新鲜空气，构建出良好的施工条件，为地下作业打下良好基础。

4 长距离顶管施工质量保障措施

4.1 现场安全监督

为了保证长距离顶管施工顺利进行，需要对现场进行安全监督，通过安全监督，准确了解施工现场具体情况，及时寻找出可能存在的安全隐患，并制定出相应的应对措施，以提升施工现场的安全性，降低施工安全事故的发生率。对地层变化情况检测时，通过斜管法的方式，判断土层是否出现横向位移问题；通过沉降测量法的方式，判断土层是否出现纵向位移问题。根据检测结果，制定出合理的顶管施工方案，以使工程施工质量满足标准。针对工程具体情况，在掘金周线相应位置处，设置出相应的观测点，以获取掘进施工时的相关信息，如掘进速度、土层位移量等。观测点当中，置入了1个测斜管，安装了1个沉降计算装置。各组监测点与顶管掘进方向垂直埋设作为首个剖面，之后以5m为间隔，设置第2个剖面。整个工程当中，共设置4组监测点[4]。

4.2 设备管理

整个顶管施工过程中，顶管设备至关重要，确保该设备具有良好的性能，可为整个施工活动的开展打下良好基础。所以，在工程施工之前，应针对工程施工要求，结合现场环境情况，选择相应的顶管机，并将其运输到施工现场指定位置处，用于管顶施工。确定出顶管机后，还应对设备予以详细检查，确定设备是否存在故障，若发现故障，应及时予以处理，以保证设备的良好性，降低设备故障对顶管施工造成应用。此外，在设备使用过程中，也要不定期对设备予以检查与维修，以保证设备能够安全、稳定运行。

4.3 管道管理

为了提升长距离顶管施工质量，应对管道进行有效管理。首先，采购人员深入到排水管道市场进行调查，准确了解各种管道质量、规格等情况，并以此为基础，结合工程需求，选择质量符合要求，且价格相对较低的排水管道。在管道运输等到现场之前，应由专业机构对管道进行检测，判断管道长度、厚度以及各方面理化特性是否与说明书相符，防止劣质管道应用到工程当中。若检测结果与说明书不相符，应禁止管道进入现场，并将管道退回厂家，由厂家重新发货，直到管道符合标要求为止[5]。

4.4 其他管理措施

除上述几个方面之外，还应从下述三个方面控制长距离顶管施工质量：(1) 成立钢管组，由其对组件形状、位置、脚变形、接缝与接头的连接情况予以检查，判断其这些内容是否满足标准。(2) 钢管焊接前，仔细对焊接端予以处理，使钢管表面保持结晶，防止杂质对焊接造成影响。焊接结束后，对焊接区域进行检查，判断焊接质量，及时发现焊接问题，并进行相应处理，确保钢管焊接符合要求。(3) 在钢管补口处，涂抹适量的防腐层，以对管道提供保护，防止管道出现腐蚀问题[6]。

5 总结

综上所述，现代市政排水工程建设时，应对长距离顶管技术产生高度重视，针对施工现场具体情况，结合相关标准要求，制定出科学、合理的长距离顶管施工技术，利用该施工技术所具备的优势，在保证排水工程质量符合要求的基础上，缩短施工周期，降低施工成本，降低施工活动对周边环境的破坏，推动现代社会向着更加良好的方向发展。此外，为了保证长距离顶管施工顺利进行，还应对现场安全予、设备、管道以及其他各方面进行管理。