顶管施工技术在城市给排水工程中的应用

闻 衍

(绍兴柯桥排水有限公司，浙江 绍兴 312000)

随着城市化建设进程的不断深化，我国城市基础工程体系建设不断完备。其中，市政管网是城市基础工程体系中的重要组成部分，实际建设过程中涉及层面也较为广泛，对工程施工技术提出更高的要求。考虑到给排水工程施工过程中不可避免地阻碍周边交通顺畅度，要求技术领域结合工程实践以及相关理论提出顶管施工技术，其实际应用中可以有效降低工程开挖量，还可以大幅降低施工用地，避免对周边环境造成较大影响，兼顾提升施工效率与质量的双重要求。

1 顶管施工技术概述

从技术层面分析，顶管施工技术在实际应用过程中主要是利用专业化顶管机械，依照坡道要求对施工管道进行相应处理，并推动其进入地下，使管道在地下形成交叉性管网体系。该技术也被称之为非开挖管道敷设技术，其实际应用过程中体现出如下优点：其一，管道工程施工过程中无需开挖作业环节，极大地降低施工人员工作量，同时也可以避免破坏周边植被与土地资源；其二，该技术可以有效应用在需贯穿地面建筑或管道工程的铺设、维修施工之中；其三，相较于传统开挖敷设施工，顶管施工技术在实际应用中所需时间更短、工程成本更低；其四，顶管施工技术在实际应用过程中可以有效达成降低污染、保护环境目标[1]。

2 给排水工程中顶管技术应用特点

2.1 对周边环境影响较小

顶管施工技术在实际应用过程中无需对施工区域的原有土层结构进行改变，也不需要进行开挖沟槽施工，在作业施工中所产生灰尘与噪声量相对较少，也不会对周边建筑以及地下管线的正常使用造成影响[2-3]。

2.2 施工过程无需开挖地面

顶管技术也被称之为沟槽非开挖技术，其实际作业过程中需要沟槽开挖流程，既能节约施工时间，也还能提升施工效率。该技术在实际应用中不会影响施工区域交通通行，也无需对地面建筑进行拆迁处理，可以直接穿越土层进行施工，有效降低了施工成本。

2.3 施工面点型分布特色

相较于顶管施工技术，传统挖槽埋管施工技术为线性施工，其所需施工面积较大，作业过程对周边环境影响较大，社会效益不理想。顶管施工技术施工面由线型转为点型，有效弥补了传统埋管施工技术的缺陷，降低了工程占地面积，在缓解我国土地资源紧张局面方面具有重要作用[4]。

3 施工材料

技术人员在实际选择顶管施工技术所需浆材过程中，应依照国家现行标准对膨润土、粉煤灰、纯碱等进行检验。顶管施工作业所需的钢管厚度、接头等按实际需要的承载力进行设计，钢筋混凝土管材必须满足下列技术规范：1)在碱环境下使用非活性骨料，其最大碱量应符合CECS 53—93混凝土碱含量限值标准。2)掺入混凝土添加剂时，必须满足GB 50119—2013混凝土外加剂应用技术规范中的有关要求。3)钢筋的选择：HPB235,HRB335,HRB400，优先选择变形钢筋。4)混凝土和钢筋力学性能指标，按照GB 50010—2010混凝土结构设计规范(2010)中有关规定进行。5)根据施工情况及吊装能力，确定钢筋混凝土顶管接头的长度。

4 顶管施工工艺流程及操作要点

施工中应准确掌握各个工序要点，在进行顶管施工之前，必须结合工程的具体条件及周边的条件，制订科学的顶进施工方法，比如测量、铺设导轨等，在随后的工程中对顶管顶入的强度和刚性进行合理的计算，以确保工程的正常进行[5]。注浆环节是顶管施工中要注意的关键环节，它是顶管中长距离顶进的必要条件，注浆材料性能直接对中长距顶进施工质量造成影响。注浆过程中必须依据前期的观测资料，合理地调节顶管机的土压、减阻泥浆注浆量、推进率等施工参数，确保注浆过程能有效地控制地表变形。机械顶管施工是一种综合性很高的机械化施工技术，必须保证施工工艺，最大限度地保障施工安全，具体工艺流程如图1所示。

5 施工操作要点

5.1 顶管施工技术实际操作要点

1)工作井施工环节。此环节作业中应采用两次浇筑成型技术，其中上部混凝土井壁浇筑作业应在刃脚混凝土强度达到预订标准的70%后进行，实际浇筑施工过程中应连续进行，避免井壁中出现施工缝。下沉作业过程中应确保沉井始终保持垂直状态，施工单位应注意依据地质情况选择满足实际施工需求以及质量需求的施工技术。取土下沉作业过程中，施工技术人员应对整个施工流程进行严密观测，在出现下沉困难情况下及时采取相应处置手段，确保沉井作业有序开展[6]。

2)后靠墙施工环节。施工单位在实际作业过程中应注意，采用强度为C30的混凝土材料，当混凝土强度达到预计标注的75%后方可进行后续顶进施工。

3)顶管设备选择及安装环节。施工单位在实际开展顶管施工技术过程中，应充分认识到顶管机头选型、设备规格、型号以及数量对整个工程质量的影响，技术人员工作中应依据工程实际要求开展设备选型设计工作。工作井井内设置主要涵盖后靠背、导轨、主顶油缸等，同时还包括连至井外的循环系统以及泥浆排除管道，技术人员在境内设备布局设计过程中应避免其影响混凝土管吊装作业。

4)机头穿墙出洞作业。此环节作业重点主要涵盖以下几方面：其一，洞门止水装置安装环节。施工单位应在顶进施工设定方向前坑内浇筑混凝土配比合理的前止水墙，随后在墙上预留孔洞位置安装橡胶材质的止水圈。其具体构造如图2所示。除此以外，在作业中还应该对此环节施工的封门拔除作业进行重点关注，确保顶管高效有序出洞，避免因土体流塑性产生塌方事故。

5)预制管进场及吊装作业环节。顶管施工作业所需管道均为工厂预制产品，施工单位在接收管道后应确保其堆放的稳定性，应该与工作井保持安全距离，避免对其他作业环节造成阻碍。

6)顶进作业环节。该环节需注意的关键点主要涵盖顶进方法选择以及顶管段单元长度测算、中继段划分以及减阻手段、顶进方向控制方案等[7]。

5.2 正常顶进作业主流程

其一，施工准备阶段中，应开展测量放样工作；其二，顶进设备安装作业阶段中，应开展的工作主要包括现场平面布置、起重设备及注浆设备安装、注浆材料配置等；其三，掘进机就位阶段，应首先对设备性能进行调试，随后将其安置于工作井中；其四，掘进机进洞阶段，应及时开展破洞口砖封门、主顶油缸推进、拔除井门钢封口以及出泥准备作业；其五，管道顶进作业阶段，应及时开展顶进纠偏、触变泥浆压柱、顶进操作控制以及顶级出泥作业；其六，钢管焊接阶段，应对焊缝接口部分进行检验。在中继站设计工作中，中继站的设定取决于总的顶力，中继环设计应满足下列任一条件：1)当总的顶力比主顶液压机构大时；2)当轴向压力总管道所容许时；3)当总的支承力比和最大的承载力和最大的承载力时。

在实际工程中，管节外壁及周边土的摩擦力应该由顶板施工所得资料来计算，合理调整转接间隔，尽量降低转接间隔，确保顶进过程的顺利进行。在减阻措施设计方面，刀具管的阻力主要有刀具管的正压力、管壁摩擦、刀具管的气、水压力，应通过采用注浆技术，在岩体与岩体之间形成一层泥浆护层以减少岩层的摩擦力，从而减少岩层的岩层[8]。

在方向控制方案设计中，施工单位应确保方案满足如下要求：其一，在顶板施工中，为了确保整个顶进轴线的一致性，应采用连接三角法进行周期性的复测；其二，为更好的解决测量用的时间问题，应尽量减少测量站的数量。在钻进结束后，如果遇到流沙、砂石等或冲顶发生超掘情况时，则替换采用注浆技术，对不良岩层进行置换注浆。

6 顶管施工质量控制措施

6.1 顶管施工风险后果

顶管施工技术实际操作过程中涉及的要点主要涵盖以下几方面：

1)在实际顶管工程中，质量控制风险引发的后果会对长距离顶管的施工工期造成直接影响，若因质量问题导致工期延长，将造成工期延误和额外成本投入。2)如遇突发状况，或受其他原因影响，必须进行应急挖掘，则会造成相应的应急挖掘成本。3)在顶管工程中，设备损坏是项目的首要危险结果，它的危害主要表现在设备的维修、更换等需要耗费额外成本，同时性能受损设备也无法达成预期施工效果。4)在人为因素影响下，由于工程建设中的施工人员和技术工人失误而导致管线轴线或高程发生较大的偏离，造成了工程风险的后果，进而产生了一大批消极的后果。

6.2 顶管施工质量控制标准

从技术角度分析，顶管施工技术作为一种非开挖技术，在实际应用中具有施工效率高、对周边环境破坏小、社会效益及经济效益显著等方面的优势，这就使得该技术受到施工领域内的广泛认可与应用，同时施工领域内也针对顶管施工质量控制要点进行深入研究，具体内容涵盖以下几方面：第一，相关标准规范方面。现阶段顶管施工技术应用主要依托于如下规章标准：GB 50010—2010混凝土结构设计规范、GB/T 50107—2010混凝土强度检验评定标准、GB 50268—2008给排水管道工程施工及验收规范等。第二，施工领域内对顶管作业允许偏差进行科学设定，具体如表1所示。

表1 土压平衡顶管允许偏差

6.3 质量控制手段

6.3.1 顶进压力控制

在顶板作业中，应注意实时测量并及时纠偏。针对不同的地质情况应选用适当的钻井液，以达到“同量、及时、足量”的目的。在施工前期，要对有关工程设备进行全面的检测，确保设备在施工过程中正常运行。在顶进施工中，如果出现顶力过大应立即停止作业，查找出问题并改进措施。

6.3.2 顶管机的转动

控制顶管机转动的最佳方式是在机头放置废钢等配重，并使其与顶管转动方向相反；另一种方式是将顶管头的刀片转动方向与机身的转动方向相反[9]。

6.3.3 崩铁问题控制

在顶入时，应密切关注压力计指示器的变化，特别是在顶入后期，要认真地检查顶铁的安装状况，观察其表面有无剥落，垂直顶铁有无外拱，如发现上述两种情形，应立即停止顶入作业。采用相应的工艺措施，以减小顶铁的纵向长度，防止塌陷事故的发生。

6.3.4 背板断裂的控制

背板施工中应按照要求进行反方向的固定，并在完成后检查其垂直。顶入过程中，如果出现顶板转速急剧增加时，必须立即停止施工，查明原因并对其进行相应处置。

6.3.5 防治地表塌陷

1)充填的砂土。利用回填方法快速填满土壤中的空隙，填补因土壤流失而产生的裂缝，并在回填时加入适量水分，以加速黄沙的扩散。

2)灌浆补强。对于较大的沉陷区，采用局部注浆加固，在顶管上方3 cm处进行加固。注浆物料选用水泥-水玻璃浆料，灌浆时的注浆压力为0.25 MPa～0.6 MPa，注浆速度为30 L/min，灌浆工序从深浅到不间断，每次均为0.3 m。注浆作业要按照规定的深度进行钻孔，随即注入密封的泥浆，再将塑料单向阀管插入到设计深度；当封口泥浆固化后，将双向密封的芯管插入塑料阀门内，然后进行灌浆。注浆前应对相关材料、设备和辅助设备进行检查，确保水电的正常运行，注浆后不能随意中断。

7 结语

顶管施工技术在道路给排水工程施工过程中得到广泛认可与应用，其实际应用过程中可以显著提升施工效率并取得较好的社会、经济效益。本文针对顶管施工技术在道路给排水工程中的应用要点进行了研究，对其质量策略进行了阐述，为提升城市道路的给排水工程质量提供有力保障。