浅谈顶管技术在市政工程中的发展与应用

李鸿

四川天虹建设工程有限公司 四川成都 610044

1 市政改造时对城市居民的影响

老城区在市政改造时对于城市居民的生活影响较大，需尽快完成。在此过程中，管网的铺设是最耗时也是最为复杂的施工环节。随着居民生活及城市发展的需求日益增高，各种管网系统也需相继完善，日渐增多的市政管网建设不得不要求建设及施工方将新建或是改造后的管道埋设深度增加，加之某些城市地下水丰富、原雨污水管暴露的弊端越来越明显，加大了雨污管道建设的难度，为妥善处理将会产生的诸多问题，必须在此过程中采取与实际施工环境、地质情况等相匹配的工艺技术。

2 顶管施工技术对市政工程建设的重要意义

2.1 顶管，简称非开挖

该项工程技术彻底解决了管道埋设施工中对城市建筑物的破坏和道路交通的堵塞等难题，在稳定土层和环境保护方面凸显其优势，这对交通繁忙、人口密集、地面建筑物众多、地下管线复杂的城市是非常重要的，它将为城市创造一个洁净、舒适和美好的环境。该技术目前广泛用于城市地下给排水管道、天然气石油管道、通讯电缆等各种管道的非开挖铺设。它能穿越公路、铁路、桥梁、高山、河流、海峡和地面任何建筑物，采用该技术施工，能节约一大笔征地拆迁费用、减少对环境污染和道路的堵塞，具有显著的经济效益和社会效益[1]。

2.2 顶管技术的常用施工方式

（1）定向钻施工。水平定向钻机由钻机系统、动力系统、导向系统、泥浆系统、钻具及附助机具组成。使用水平定向钻机进行管道穿越施工，首先按照设计曲线尽可能准确的钻一个导向孔，然后将导向孔进行来回扩孔，扩孔完成后将待铺管材沿着扩大了的导向孔进行拖拉，最终完成管线穿越工作，具体工艺如图1所示

图1 定向钻施工示意图

具有施工周期短、作业安全迅速、综合成本低，社会效益显著。在开挖施工无法进行或不允许开挖施工的场合，可用定向钻从其下方穿越。在城市建设高速发展的今天，避免重复开挖、修复所造成的道路拉链工程，具有较高的社会及经济效益。但该工艺针对的管材主要是钢管、PE管、铝塑管、铜塑管、电缆、光缆等，对于城市雨污水大管径（1500mm以上）和对管材有严格要求的管网铺设有一定的限制，并且对于雨污高程的控制较难，不适用于雨污分流的市政建设中。

（2）液压顶管施工。采用液压设备，对钢管（或外套管）轴向加压，将其直接顶进地层实现穿越铺设。根据地层条件和管材直径大小，可采用一次顶进，边钻边顶，运用人工在管内将土体挖出，边掏边由千斤顶辅助顶进管道等工艺方法。具体工序如图2所示：

该工艺对于短距离、要求预算成本较低的工程采用较多，适用于管径在φ800-2400mm以内的管道铺设，但是对质量控制较难，如遇沙土及卵石地质容易造成路面塌陷，因涉及有人工作业，如施工区域地下水丰富还需进行降水、加固处理，无形中也增加了施工成本且存有一定的安全隐患。

图2 液压顶管工艺示意图

（3）机械式顶管。主要是土压平衡式顶管和泥水平衡式顶管。本文主要就常用的泥水平衡式顶管展开论述。它是一种以全断面切削土体，以泥水压力来平衡土压力和地下水压力，又以泥水作为输送弃土介质的机械自动化顶管施工法。该操作系统主要由顶管机头、地面操作台及其他辅助设备组成，机头内部有PLC控制箱，地面操作台队机头给出动作信号控制机头的动作，排泥系统将弃土排除，吊车下管，由千斤顶将管道分段顶进[2]。

泥水平衡顶管相对人工顶管，施工成本高，但是地质较为复杂时，采用泥水平衡机械顶管较人工顶管安全，且施工效率高，满足长距离工程，安全、质量等方面均在可控范围。工序如图3所示：

图3 泥水平衡施工示意图

3 泥水平衡式顶管技术在城市雨污分流管道建设中的必要及影响

以参建的“玉带路改造扩容及景观提升工程”实例阐述顶管技术在市政工程中的应用。在施工前期论证方案中，该施工位置为紧邻西河，在深约10余米的地下铺设φ1800mm和φ2000mm的大管径水泥排污管道，该路段穿越地层多为粉质黏土含少量砂卵石，离居民住宅仅10米，如采用人工掘进顶管需全程降水，管道埋深很深，降水难度大，降水对周围建筑基础影响较大，将污水管道的铺设定为采用顶管施工，是该工程工期最长，难度最大的分部工程，全程未知因素多[3]。

（1）针对本工程的特点，对施工前的准备工作，必须细致、认真的进行。否则在开工后会造成人力、物力的浪费，甚至施工停歇，给工程施工进度带来极为不利的影响。分别从技术、施工现场、相关单位配合协作、资金等方面进行充足准备后，开始进行顶管施工。

（2）管道沿玉带路布置，北起玉带路环岛，南至文峰街二段（道路桩号为K0+831—K5+317），管道全长约4486m，其中K0+831—K1+007为77m的明施工，拉森钢板桩+内支撑的支护方式，设计管道埋深4.56m-5.75m，开挖深度约5.0-6.0m，基坑长约为180m。标准段基坑宽度为4.0m；检查井2100×1100段基坑宽度4.0m，检查井4000×2900段基坑宽度6.0m，开挖面积约为750m²，其余均为顶管施工，分为人工掘进顶管和泥水平衡顶管。K1+007-K1+825和K3+213-K3+424采用泥水平衡法顶管施工，井间距不大于120m；K1+825-K3+213，K3+424-K5+317采用人工开挖掘进顶管施工。污水管道采用合格的钢筋混凝土管，污水管道规格为：d1800、d2000。管材采用III级钢筋混凝土管，柔性接头f型钢承口，管道混凝土等级选用C50。其中K0+831—K2+850为DN1800，坡度为1.9‰，K2+850—K5+317为DN2000，坡度为0.8‰，管底埋深-4.55m至-11.70m。

①实施。

图4 玉带路施工示意图

微型掘进机被主顶油缸向前推进，掘进机头进入止水圈，穿过土层到达接收井，整个过程由电动机提供能量，转动机头切削刀盘，通过切削刀盘进入土层。挖掘的土质，石块等在转动的切削刀盘内被粉碎，然后进入泥水舱，在那里与泥浆混合，最后通过泥浆系统的排泥管由排泥泵输送至地面上。掘进机完全进入土层以后，电缆、泥浆管被拆除，吊下第一节顶进管，它被推到掘进机的尾套处，与掘进头连接管顶进以后，挖掘终止、液压慢慢收回，另一节管道又吊入井内，套在第一节管道后方，连接在一起，重新顶进，这个过程不断重复，直到所有管道被顶入土层完毕，完成一条永久性的地下管道。

②竣工自检。组成分项工程的检验批全部合格，且分项工程所含的质量控制资料全部齐全。组成分部工程的检验批和分项工程全部合格，且分部工程所含的质量控制资料、安全和功能检测资料，感观质量验收资料齐全，并通过有关部门的验收合格后，方能施工下个分部工程。施工中严格按照《建设工程文件归档整理规范》（GB/T50328-2014）进行整理，并结合四川省南充市规定遵照执行，确保了各工序、分项、分部工程质量的验收都处于检验批主控项目和一般项目的检测之下，实现了工程质量的全面控制，较之K1+825-K3+213，K3+424-K5+317采用人工开挖掘进顶管施工的标段实现了短期可控、高质高效的实际效益。

图5 玉带路施工步骤图

4 结语

市政工程特别是城市给排水在进行施工建设的过程中，采用了顶管技术，这项技术是一项全新的施工技术，并且在工程建设中已经得到了广泛的应用.其中机械式顶管，尤其是最常用的泥水平衡式顶管技术以其环保和施工稳定的优势被越来越多的应用到市政给排水工程建设中，这种施工技术的运用不需要对地面进行开挖，施工作业在地下进行，管道的铺设和维修不会对路面的交通造成影响，同时施工还能够减少对环境的影响，一定程度上可以有效的提升经济效益和社会效益，从而促进我国城市给排水的良性发展，应该在市政工程中进一步推广。