手掘式顶管法在施工中的应用

刘林长

中图分类号：U415.6

关键词：手掘式顶管法

顶管法施工是近年来发展较快的一种管道施工技术，它的理论和工艺技术日臻成熟和完善。在市政管道建设中，当因街道狭窄、地处闹市区、或现场条件复杂等原因而无法用开槽法施工时，顶管法就显示其特有的优势。其施工方法有多种，如手掘式顶管、机械式顶管、土压平衡式顶管、泥水平衡式顶管等。手掘式顶管因设备简单、操作方便、施工成本低、施工进度快、施工过程易于控制等特点，在施工中采用较为普遍。笔者在张家港市新市河路污水管道工程施工过程中担任监理工程师，参与了本工程全过程的施工监理，该工程采用的就是手掘式顶管法，经实践证明，这次施工是比较成功的，现结合该工程就手掘式顶管法作一简要介绍。

1.手掘式顶管法的理论支持

1)挖掘面的稳定问题

挖掘面的稳定包括两个方面的内容：第一是工具管前方挖掘面上的土体是否稳定,第二是工具管前上方的覆土层是否稳定。如果挖掘面不稳定产生坍方或由于覆土深度不够而产生塌陷就很容易造成事故。这两个方面是否稳定可区分不同土质通过计算来确定，挖掘面若能满足稳定条件，手掘式顶管法基本上就没有理论障碍。

2)不稳定挖掘面的处理

当挖掘面不稳定而又要采用手掘式顶管法时，可采取以下措施：

①在含水量较大的砂土中，可采用降水法加以辅助；

②在比较软的粘土中采用注浆法以改善土质；

③在工具管前加网格，以稳定挖掘面。

2.工程实例

1)工程概况

本工程位于张家港市区，是东区污水管网的一部分，它南接新市河路南段在建D500污水管，北至暨阳东路已建污水管，Ｗ1～Ｗ2位于道路东侧人行道内距中心8m，W3～W24位于道路西侧快车道内距中心3.75m，沿线穿越沙洲中路，管线平均埋深为4.5m。污水管总长约为1200m,管径为D800。

2)地质资料

该污水管道位于粉质粘土层中，土体呈黄褐色，较为紧密，能自立，承载力约为180kpa。地下水主要为浅层粘性土中上层滞水和粉性土中的孔隙型微承压水。

3)方案的选择

本工程地处交通要道，道路两侧商住楼密集，人为活动频繁，交通流量大，不可能封闭交通，也没有开槽法所需的工作面。根据工程地质情况和工期要求（计划工期为70天），故选择了适合本工程实际情况的手掘式顶管法，在投入不太多的情况下，多工作面同时展开，力图以较少的施工成本，较快的施工速度完成该工程，达到一个比较理想的效果。

3.手掘式顶管法的应用

1)施工工艺流程：

施工准备→ 工作坑形成→ 导轨、设备安装→ 顶进→ 接收井形成

→检查井砌筑→管子接口抹平→闭水试验→回填、夯实、恢复坑面。

2)顶管工艺流程

安装管节—→布设顶铁—→工作面挖掘————→ 管内运土

↑↓↓

停顶退程卸顶铁 ←—————顶进 ←———┐ 土方提升

↓↑↓

停顶退程─→加顶铁─→弃土

3)下管、运土及出土方法

①工作井顶面（地平面）用30#槽钢及10cm厚木板铺设工作平台，以便下管及运土。

②工作井上方架设龙门架一副，连接电动卷扬机一台，作为下管设备，也可用来起吊运土小车。

③管内用小车人工运土。

本工程由于工期较紧，如果单点开工，无法满足进度要求，故使用了六副龙门架及配套设备和四套管道顶进设备，多点同时开工，并形成流水作业。

4)工作坑

根据设计图纸，平均间距为55m设置一检查井，故工作坑也就选择在检查井处。因多个工作井同时施工，考虑到支撑材料的成本和周转的需要，同时结合土质，井壁支撑采用8cm厚的木料做为支撑材料，上半部分为横板稀撑，下半部分为横板密撑，竖顶木为10cm厚的木料或槽钢，横撑木用钢管代替，后来的施工证明，因土质较好，这种支撑既经济又取得了很好的效果。本工程工作井的平面尺寸分为两类，单向顶进坑为5.2m*3.1m，双向顶进坑为5.8 m*3.1m，其深度根据管道埋深而定。

工作坑基础采用的是砼基础，定型导轨（轨距固定）通过预埋构件固定在砼基础上，通过螺栓调节轴线位置和标高。

后背墙是利用坑壁原土作的装配式后背墙，采用方木和钢板组装，因顶距较短，后背墙的强度和刚度均满足要求。

5)顶进施工

①下管就位

下管前在地面上对管节进行质量检查，主要检查管子有无破损及纵向裂缝，端面要平直，管壁无坑陷或鼓包，管壁应光洁。检查合格的管子方可用起重设备吊到工作坑的导轨上就位，第一节管子下到导轨上后，检查管壁与导轨是否接触密实，测量管子中心及前端和后端的管底高程，确认安装合格后方可顶进。第一节管子顶进方向与高程的准确，是保证该段顶管质量的关键。

②管前挖土和顶进

根据地质情况，该工程土质较好，就用首节钢筋砼管代替工具管，管前超前掏挖，形成土洞后再向前顶进。管前挖土是控制管节顶进方向和高程、减少偏差的重要作业，是保证顶管质量和管上构筑物安全的关键。管前超挖长度不超过50cm，管顶超控量一般不大于2～3cm,管节下面135°不允许超挖。当遇地下障碍物时，排除障碍物后产生的空洞和空隙应填充密实后再进行顶进。对于已经发生的管周超挖，在顶进完成后，从地面钻孔，向超挖空隙处压注水泥浆进行填充，防止路面下沉。管道顶进应连续作业，顶进开始时，应缓慢进行，待各接触部位密合后，再按正常顶进速度顶进。顶进过程中如遇异常情况，应暂停顶进并及时处理,把问题解决后再顶进。挖出的土方要及时外运，及时顶进，使顶力限制在较少的范围内。

③测量与校正

工作坑内放出两水小准点及管子中轴线，在顶第一节管及校正偏差过程中，测量间隔不超过30cm，保证管道入土的位置正确。管道进入土层后的正常顶进，测量间隔不超过100cm。采用垂球拉线的方法进行中心测量，两垂球的间距尽可能地拉大。高程测量时两个水准点应互相闭合。

顶管误差校正是逐步进行的，形成误差后不可立即将已顶好的管子较正到位，应缓慢进行，使管子逐渐复位，不能猛纠硬调，以防产生相反的效果，施工时按下列方法进行，方法一：偏差为1～2cm时，在管子偏向的反侧适当超挖，而在相对的一侧不超挖甚至留坎，形成阻力，使管子在继续顶进中，逐渐回到设计位置。方法二：偏差大于2cm，或在超挖纠偏不起作用的情况下，用圆木或方木的一端顶在管子偏向的另一侧内管壁上，另一端斜撑在垫有木板的管前土壤上，在顶进中使管道逐步回到设计位置。

④顶管的接口

管节顶进时，在管节的接口处加衬垫，该工程采用的是管端涂刷沥青油膏，再衬垫三合板，顶紧后的管内缝留1～2cm的深度，顶进完成后再填塞膨胀水泥砂浆，填缝前先清理接缝，并用清水湿润，填缝完毕及时养护。

4.施工过程中应注意的事项

①工作坑的支撑应稳固安全，并满足施工要求。

②中心桩和水准点设置必须牢固可靠，要经常校对并保证准确。

③导轨安装是顶管施工中的一项重要工作，安装的准确与否直接影响管子的顶进质量。

④起重设备正式作业前应试吊，确认安全后方可起吊，严禁超负荷吊装，下管时工作坑内严禁站人。

⑤顶铁的质量应满足要求，顶铁的安装和使用应符合规定。

⑥工作坑的总电源闸箱必须安装漏电保护装置，工作坑内一律使用36V以下的照明设备。

⑦顶进过程中及时注意油泵的压力变化，一旦发生异常，立即停止顶进，防止发生意外。

⑧管前掏挖长度不宜过大，尽量做到随挖随顶，以免坍方。

⑨加强顶进施工中的动态管理，做好顶进施工记录。

⑩每顶进10～20m宜全面检查一次施工质量，存在的问题应在继续顶进中得到解决，确保整体工程质量。

[结束语]：

本工程在计划工期内，在保证质量的前提下，较为顺利地完成了施工任务。在整个施工过程中，有以下几个突出的特点：①对道路交通和其他各种活动的干扰较少，没有拆迁和搬迁问题。②文明施工程度较高。③作业人员少，施工进度较快。④占用场地少，土方工程量少。但也有其局限性：①顶进过程中如遇障碍物时处理这些障物则非常困难。②对线形要求高，曲线顶管难度较大。③当管径偏小时，挖掘面的工作环境较差。总的来说，在市政管道建设中，顶管法的优势是相当明显的，并且随着技术的成熟和先进设备的使用，必将在今后的工程建设发挥越来越大的作用。

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。