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摘要：在市政给排水管道施工时经常会遇到阻碍或构筑物等问题，无法通过开挖沟槽铺设，必须采用非开挖顶管施工。顶管工艺是不开挖地面，在大推力的液压千斤顶的作用下，使机头及紧随其后的管道穿越土层，达到预先设计的位置。这种施工工艺可以解决开挖埋设管道就必须挖断其设计位置道路，极大地减少在给排水管道安装过程中对其他管线、绿化树木、建筑物的损坏。不仅能够保证城市的环境美观，还可以大大缩减了施工工期，提高文明施工程度。本文根据工程施工中经常使用的顶管技术在给排水管道工程中应用，总结其应用效果。
关键词：顶管技术；市政工程中的给排水施工；应用研究
1顶管施工技术的特点
顶管技术又叫做非开挖管道敷设技术，顾名思义，在管道施工过程中，应用顶管技术不必对地面层进行开挖，就可以穿过地下管线、河道以及铁路公路等。与开挖敷设技术相比，顶管技术具有诸多优点：造价低、工期短；占地面积不大；不会对地面活动造成影响，不影响城市交通正常运行；不会对现有构筑物及管线使用造成影响；施工过程中噪声污染较小等。因此，效率高、无污染是顶管施工技术最突出的优点，目前在给排水施工中得到较为普遍的应用。
2顶管技术在市政给排水施工中的控制要点
2.1管道材质
根据顶管的功能要求，管节的规格及其接口连接形式应符合设计要求，目前顶管施工普遍使用钢管、玻璃夹沙钢管或钢筋混凝土材质的管道；钢筋混凝土成品管质量应符合国家现行标准《混凝土和钢筋混凝土排水管》（GB/T11836）、《顶进施工法用钢筋混凝土排水管》（JC/T640）的规定，管节及接口的抗渗性能应符合设计要求。钢管制作质量应符合相关规定和设计要求，且焊缝等级应不低于Ⅱ级，外防腐结构层满足设计要求，顶进时不得被土体磨损。其中平口、F型钢承口钢筋混凝土管及钢管在顶管施工中应用较为广泛。由于管道接口处理工作由人工操作完成，顶管管道直径一般应大于800mm，每节管道长度根据施工工艺及工作坑尺寸大小选。
2.2顶管井
顶管井分为工作井和接收井，形状既有圆形也有矩形，通常使用钢筋混凝土结构或砖砌结构。目前部分地区考虑安全因素已禁止顶管井中使用砖砌倒挂井，普遍采用现浇式钢筋混凝土顶管井。顶管井的选址与施工好坏直接影响顶管工作的施工质量；因此，顶管井的位置应根据工程水文地质条件、邻近建（构）筑物、地下与地上管线情况，以及结构受力、施工安全等要求，经技术经济比较后确定。其结构必须满足井壁支护以及顶管（顶进工作井）、推进后座力作用等施工要求。顶管工作井尺寸应结合施工场地、施工管理、洞门拆除、测量及垂直运输等要求确定。
2.3顶力
在运用顶管技术开展施工时经常会使用顶铁、千斤顶、转向阀、油泵、导轨泥水平衡机等顶进设备。其中，导轨应采用钢质材料，其强度和刚度应满足施工要求，导轨安装的坡度应与设计坡度一致。千斤顶应对称布置且规格应相同；油路应并联，每台千斤顶应有进油、回油的控制系统；油泵应与千斤顶相匹配，并应有备用油泵。一次顶进距离大于100m时，应采用中继间技术。影响顶力的因素取决于顶管管道材质、施工地质、管道直径、工作坑尺寸以及施工设备等多方面因素，因此，顶进开始前应仔细进行阻力计算，确保顶进工作的顺利进行。
2.4测量及纠偏
由于顶管施工比开槽施工复杂，容易产生偏差，因此对管道中心线和顶管的起点、终点标高等都应精确地确定，做好顶进过程中的偏差校正。测量发现偏差在10mm左右，即应进行校正。校正是逐步进行的，严禁大角度纠偏。可采用小角度超挖纠偏法，在偏向侧不超挖，施加顶力后，同时配合超挖纠偏法，边顶边支，使偏差回归。
2.5注浆
在纯土层顶进时，由于管道和土层之间没有间隙，所以，这种情况一般不做压浆处理。根据顶管口径，顶管顶进的同时采用不同口径及数量的注浆管进行同步注浆。顶管完成后，利用拌浆机和高压注浆泵，通过注浆管分2-3次压入一定比例的水泥浆，使压入的水泥浆包裹砼管外壁，达到无空隙，起到防沉防裂作用。在长距离（大于100米）管道顶管施工过程中，必须采用注浆工艺，利用配合比为1：8的膨润土和水搅拌而成的触变泥浆，来减少管壁与土体之间的磨擦力，并填充流失的土体，减少土体变形、沉降和隔水。
3顶管技术在市政工程给排水施工中的应用
3.1施工准备措施
3.1.1施工顶力计算
顶管设备最大顶力应大于顶进阻力，但不得超过管材或工作井后背墙的允许顶力。施工最大顶力有可能超过允许顶力时，应采取减少顶进阻力、增设中继间等施工技术措施。顶进阻力计算应按当地的经验公式或按下式计算：
Fp=DoLfk+NF
式中，Fp为顶进阻力，KN；Do为管道直径，m；L为管道设计顶进长度，m；fk为管道外壁与土的单位面积平均摩阻力，kN/m2，通过试验确定，对于采用触变泥浆减阻技术的宜按表9-1选用；NF为顶管机的迎面阻力，kN，不同类型顶管机的迎面阻力宣按表9--2选择计算式。
表9-1采用触变泥浆的管外壁单位面积平均摩擦阻力单位：kN/m2
土类
注：当触变泥浆技术成熟可靠、管外壁能形成和保持稳定、连续的泥浆套时，f值可直接取3.0~5.0kN/m2。
表9-2顶管机迎面阻力（NF）的计算公式
注：1、D g为顶管机外径（mm）。2、R为挤压阻力（kN/m2），取R=300~500kN/m2。
3.1.2顶管进、出工作井技术措施
顶管进、出工作井时应根据工程地质和水文地质条件、埋设深度、周围环境和顶进方法，选择技术经济合理的技术措施。保证顶管进、出工作井和顶进过程中洞圈周围的土体稳定。在拆除封门时，顶管机外壁与工作井洞圈之间应设置洞口止水装置，防止顶进施工时泥水渗入到工作井，在不稳定土层中顶管时，封门拆除后应将顶管机立即顶入土层。
3.2顶进作业要求
3.2.1一般作业要求
顶管作业前，应通过施工试验段试顶来收集相关数据参数来确定顶进、开挖、出土的作业顺序及时调整顶进参数。在顶进过程中，应遵循“勤测量、勤纠偏、微纠偏”的原则，控制顶管机前进方向和姿态，根据测量结果分析偏差产生的原因和发展趋势，确定纠偏的措施。保证开挖掘进工作面的土体稳定和土（泥水）压力平衡，控制顶进速度、挖土和出土量，减少土体扰动和地层变形；采用敞口式（手工掘进）顶管机，在允许超挖的稳定土层中正常顶进时，管下部135°范围内不得超挖。管顶以上超挖量不得大于15mm。顶管在穿越铁路、公路或其他设施时，还应遵守铁路、公路或其他设施的有关技术安全规定，及时办理相关手续。
3.2.2地层变形控制
通过信息化管理手段收集相关顶进数据及时调整顶进速度，使地层变形最小。在顶进的同时，采用同步注浆和补浆的形式，及时填充管外壁与土体之间的施工间隙，来保持开挖量与出土量的平衡。
3.2.3施工测量及纠偏
在顶进施工过程中，应对管道水平轴线和高程、顶管机姿态等进行测量，并及时对测量控制基准点进行复核，发生偏差时应及时纠正。管道出工作井进入土层，每顶进300mm，管道水平轴线及高程测量不应少于一次。正常顶进时，每顶进100mm，测量不应少于一次；进入接收工作井前30m应增加测量，每顶进300mm，测量不应少于一次；全段顶完后，应在每个管节接口处测量其水平轴线和高程；并做好测量记录。
顶管过程中应绘制顶管机水平与高程轨迹图、顶力变化曲线图、管节编号图，随时掌握顶进方向和趋势。纠偏时开挖面土体应保持稳定，通常采用小角度纠偏，纠偏时超挖量应符合地层变形控制和设计要求。
3.3施工注浆
在顶进过程中应及时足量地注入符合技术标准的润滑支承介质，填充管道外围环形空隙，严格控制管道接口的密封质量，防止渗漏。泥浆材料的选择、组成和技术指标要求，应经现场试验确定，采用合理的注浆工艺；对触变泥浆的黏度、重度、pH值，注浆压力，注浆量进行检测；遵循“同步注浆与补浆相结合”和“先注后顶、随顶随注、及时补浆”的原则。施工结束后及时用水泥或粉煤灰等置换润滑泥浆。
结束语
随着我国经济持续稳定地增长，城市化进程的进一步加快，我国的地下管线的需求量也在逐年增加。经过多年的发展，顶管技术在我国已得到大量地实际工程应用，且保持着高速的增长势头。无论在技术、顶管设备还是施工工艺上都取得了很大的进步，在某些方面甚至已达到了世界领先水平，顶管技术的发展必将向规模化、规范化、国际化的方向发展。同时，随着人们对环境保护意识的不断提高和增强，顶管技术将会在我国给排水管道施工中起到越来越重要的地位和作用。
参考文献：
[1]郭楠.市政工程给排水施工中顶管技术的应用分析[J].建筑·建材·装饰，2015（9）：288.
[2]张捷.市政给排水施工中长距离顶管施工技术研究[J].科技创新与生产力，2014（9）：14～15.
[3]给水排水管道工程施工及验收规范，GB50268-2008：77～86.
论文作者:尹永进
论文发表刊物:《防护工程》2018年第34期
论文发表时间:2019/3/21
标签：顶管论文; 管道论文; 技术论文; 测量论文; 阻力论文; 管井论文; 工作论文; 《防护工程》2018年第34期论文;