刍议顶管技术在市政工程管道施工中的应用

刘祥兴

摘 要：随着经济的发展和社会的进步，在市政工程建设过程中，受城市建筑物、交通拥堵、地下设施等因素的影响，地下管线的敷设施工组织异常困难。顶管施工技术作为一种现代化管道敷设技术，近年来在市政地下管线施工中得到了广泛应用。该技术与传统的明挖覆盖法相比，减少了施工对周边环境的干扰，在不中断交通的情况下，可实现管道的安全、快速敷设。结合工程实际，简明扼要地从施工技术原理、工作坑设计、顶管作业、注浆、施工监测以及施工过程中问题的处理等方面进行了研究，对以后类似工程施工具有一定的借鉴意义。

关键词：顶管技术;市政工程;管道施工;应用

引 言

在现阶段我国城市发展中，市政给排水系统作为比较关键的一个重要组成部分，确实也面临着更高的施工建设要求，为了较好优化提升市政给排水施工建设效果，切实把握好管道安装铺设环节极为必要。顶管施工技术是当前市政给排水施工中越来越常见的一类处理手段，其作为非开挖施工方法，确实在很多城市区域表现出了明显的应用优势，对于施工现场环境的影响较小。但是顶管施工技术的要求同样也较高，需要技术人员重点围绕着各个关键技术要点进行严格把关。

一、顶管施工技术简介

当前，顶管结构中主要有三种平衡理论：气压平衡、泥水平衡和土压力平衡理论。气压平衡分为总气压平衡和局部气压平衡。总气压平衡是在恒定压力下用空气填充管道或挖掘表面，并利用该压力平衡地下水压力。局部气压平衡仅在挖进机的土箱中充满一定量的空气，以平衡地下水压力并在开挖面排出地下水。泥水平衡理论是一种管道推进方法，它使用一定数量的粘土和一定密度的泥水来填充集水箱的泥浆箱并对其施加一定的压力，以平衡地下水压力和土压力。土压力平衡理论是一种高层管理理论，它平衡了安装钻孔机的土壤压力、土壤层的地下水压力与钻孔机基础内部的土壤压力之间的平衡。从发展趋势的观点出发，根据土压力平衡理论进行设计，综合考虑应用范围、施工过程中排出的泥浆的易处理性、集管箱的设备成本。

二、顶管技术在市政工程管道施工中的应用

（一）顶管机头进洞。工作竖井施工完成后，洞口加固后，用风镐人工将洞门砼凿除，确保外部土体稳固的基础上，将井壁固定钢筋迅速切断，人工将土层向前开挖50厘米，将顶管机头置于洞口中，顶管机刀盘完全进洞后，安装止水圈，安装完成后，将所有顶进设备以及顶管机刀盘启动，开始顶进作业，顶进作业过程中必须严格遵循操作规程要求。为保障顶管施工质量，应设置试验段，充分考虑顶进效果、土质条件等因素，优化调整刀盘转速、扭矩。由于这时顶进阻力相对较小，因此顶进速度不可超过15毫米/分钟，以避免机头整体旋转问题的出现。机头完全进入土层，且没有发生旋转，则可逐步提升顶进速度。

（二）顶管工程工法的选择。顶管工程的发展由来已久，但由于成本受限以及国内产品、技术的局限性，早年应用于国内的往往是人工顶管。所谓人工顶管和机械顶管的区别，是以掘进方式进行区分的，人工顶管顾名思义是采用人工掘进的方式，出土方式也是采用人工吊取的方式;而机械顶管的掘进方式是采用专业掘进的机头，出土方式则根据不同的工法采用泥浆泵、传送带等方式。一般来讲，应用于市政管道机械顶管施工的工法主要有两种，泥水平衡法与土压平衡法。泥水平衡式顶管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;土压平衡法顶管在掘进过程中，刀盘不断切削岩土，在沿圆周布置的液压千斤顶推力下，顶管机不断向前推进的机械自动化顶管施工法，渣土经由传送带运至洞外。泥水平衡法应用较为广泛，在地下水水位较高、地层较为复杂的情况下，往往第一选择采用泥水平衡法;而对于地下水位不高、地层较为单一的情况下也可以采用土压平衡法，可以避免大量的泥浆外运，提高施工效率。其它工法如气压平衡法，是在顶管机头密封舱内充入一定压力的压缩空气，利用空气压力疏干机头前方一定范围内土壤孔隙中的自由水，避免土体受地下水影响造成的不稳定。气压平衡法主要应用于人工掘进阶段的止水，机械顶进已不选择使用。

（三）设置工作井和接收井。对于市政给排水工程中顶管施工技术的应用而言，工作井和接收井的合理設置也是关键环节，直接关系到顶管施工技术应用的可行性，该方面存在的问题不仅仅会干扰施工作业，还可能带来质量隐患。在工作井以及接收井的设置中，首先需要严格按照设计图纸明确具体位置，在定点准确后，进一步明确工作井和接收井的尺寸大小和形状，以此为标准进行恰当施工处理，避免出现较为严重的偏差现象。当然，顶管施工处理中对于工作井和接收井进行合理安排还需要立足于全局考虑，切实把握好总数量及其分布状况，以便促使顶管施工技术的应用更为高效有序。在具体工作井和接收井的施工处理中，一般借助于现浇井结构方式进行施工，需要严格规范各个处理流程，确保井体质量较为可靠。

（四）选择适宜的顶进设备，开展设备安装调试工作。顶进设备配置、安装与调试也是至关重要的内容。相关人员要根据最大顶力要求，控制千斤顶的配置数量。在设备配置安装完毕后进行调试。设备调试的重点内容如下所述：缓慢加大油缸压力，检查千斤顶是否存在功能异常现象;检查输油管路是否存在泄漏问题;推动管身，精确测量起推力。一般情况下，试顶以顶动管身为止。在试顶过程中，指定专人负责如实记录各观测点的变化情况。油泵开启后，每当油压升至5-10MPa/h，暂停机泵运作，静置观察，判断其是否存在异常现象。若油泵存在异常现象，第一时间展开处理，优化机泵性能，提升整体施工效率。

（五）顶管进出洞施工。在进行顶管施工时，其关键施工就是由工作坑开始出洞进行顶进工作，而为使该施工顺利进行，施工人员需要建设砖封门，并在其前方预先设置钢板桩，确保土地稳固，不会出现坍塌现象，使顶管机能够顺利出洞。之后，工作人员将砖封门拆掉，同时在顶管机推进与钢封门距离50-100mm时，将洞口的钢板桩依次拔除，使洞口止水作用充分发挥出来。最后，进行顶进工作，并尽量缩短施工间隔时间。另外，施工时，施工人员需要注意管节后退现象，该现象出现的原因是顶管机的正面主动土压力过大导致的。对此，可以在洞口两边分布设置手拉葫芦，一旦主顶油缸回缩，可以使最后的管节不会出现后退现象，能够及时将其蜡烛，使顶管机的推进方向避免失控。

（六）注浆作业。在顶管施工过程中，应用频率较高的注浆材料主要包括膨润土泥浆、有机高分子聚合物等。注浆的作用主要体现在如下两方面：①润滑作用。注浆后，浆液会在顶管与周围土体间形成一层保护液膜，以减小摩擦力，减轻管道损耗;②填充作用。注浆浆液可以填充顶管与周围土体的缝隙，改进穿管部位密实度;③固土作用。注浆浆液渗入周围土体，可以起到加固土体，增强土体抗形变能力的作用。

结 语

顶管施工技术是一种综合的施工技术，需要广泛的知识储备，较高的施工管理要求和严格的施工工作要求，与传统的管道埋设法相比，顶管施工技术在一定的施工环境和条件下具有一定的优势。顶管施工技术具有节省土地资源、保证工程质量、缩短工期以及降低工程成本等特点，已经取得了良好的社会经济效益。

参考文献

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