摘要：经济社会的发展加快了城市化进程，在城市建设与发展中，对排水管道敷设的质量要求也越来越高，一旦管道建设存在问题，会使暴雨洪涝灾害下排水不畅，该情况下，城市交通受到严重的威胁，对人们的生产生活产生诸多不利影响。随着近年来建筑施工技术的进步，排水管道施工技术也逐步发展，尤其是二次顶管法在小口径排水管道中的应用更加普遍。本文从二次顶管法的概况出发，分析了其施工工序、流程与施工特点，并介绍了其具体应用，有利于对排水管道施工提供重要参考。
关键词：二次顶管；开挖施工；拖拉管施工；小口径
雨污分流工程是城市施工建设的重要内容，随着施工技术的发展，排水管道施工建设采用了更为可靠的施工技术，管道敷设时多采用开挖与非开挖方式。由于城市交通网络的密集，导致很多情况下开挖施工难以实现，因此多采用非开挖施工的方式来实现排水管道的敷设。近年来，非开挖施工中多使用顶管法、拖拉管施工，由于后者的施工容易造成较大的误差，因此，在小口径管道施工中应用较少，而二次顶管法施工能够降低施工误差，避免施工遇到的交通等障碍，保证施工的顺利进行。
1二次顶管法介绍
二次顶管法施工最早源于日本，是一种遥控式顶管施工技术，在施工过程中，工作人员不用进入顶管进行施工作业，具有较高的自动化。二次顶管法施工系统中，具体包括了钻掘、顶进、出渣、激光导向、润滑、控制等系统。二次顶管法的工作示意图如图1。
图1 二次顶管工作示意图
二次顶管法施工适用于特定管道的施工，一般顶管管径小于800mm，顶进军力小于60m，虽然应用存在局限，当下在排水、煤气、电缆、通信等领域的管道敷设中得到了较为普遍的应用，提高了管道敷设的质量与效率。
2二次顶管施工工序及流程
2.1施工工序
小口径排水管道施工中，如果采用二次顶管法施工，首先要在管道的两端分别建立顶进与接收工作井，结合管道工程的实际情况，对工作井尺寸、顶进管道的长度、直径、顶进机尺寸等加以选型。如图2所示，二次顶管法施工主要包括以下工序。
图2 二次顶管施工工序
2.2施工流程
由于顶管施工中要设立顶管工作井与接收工作井，这两个工作井的施工一般用沉井与逆作法施工来进行。当顶管工作井与接收工作井施工完成以后，首先，要保持施工现场的平整性，以方便施工所需设备，包括顶管机等设备的运送与安装、调试，在两个工作井分别架设起重机器，以保证施工过程中相关的设备可以顺利下井，最后，进行开凿穿墙洞口，组织施工。二次顶管法在一次顶进的基础上进行，其施工流程见图3。
图3 二次顶管施工流程
在先导管顶进阶段，完成对顶管工作井的混凝土垫层浇筑以后，结合仪器测量结果，进行顶管机的安装，安装过程中要根据测量结果不断调整，将安装的误差控制在合理的范围内，为后续的顶进作业的顺利进行提供基础保障。随后在顶管机就位后，安装与调试激光经纬仪，以确保先导管顶进是可以进行实时观察与调整。所有设备安装完成以后，凿除顶管洞门，在洞口采取必要的措施以保证先导管的顶进，比如洞口防水橡胶板的安装等。在此过程中，先导管的规格一般为直径DN1000、每节长1m或1.5m的中空钢管，在先导管的端头，安装有导向设备，可以对先导管到达的位置、深度等进行实时监测，一旦顶进作业中，先导管出现位置偏差，激光经纬仪可以根据导向设备所反映的情况进行调整。先导管逐节顶进，每顶完一截后，顶固机油缸后退，进行下一级先导管的顶进。
当先导管在顶进作业下，陆续到达接收井，先导管与出泥螺旋管的连接通过先导管尾部的转接头来实现。多数情况下，出泥螺旋管选择时，每节长为1米或1.5米，在顶进作业中，及时对经由接收井导出的先导管加以拆卸，以备后续的循环使用，一直到所有的出泥螺旋管液到达接收井。
一旦接收井内存在所有的出泥螺旋管，安装转接头实现出泥螺旋管与顶管机机头的连接，随后，将每节长为一米或两米的排水水泥管与机头相接，顶进作业中依次为出泥螺旋管、顶管机机头、排水水泥管，顶进作业中，同时进行水泥管顶进与螺旋管的拆卸，节节相对应，顶进一节，拆卸一节，循环进行，直到机头达到接收井位置，顶管作业全部结束。
排水水泥管的排水管道具有重要的作用，其中还包括了外套环、止水带等。排水工程中对外套环的性能要求较高，钢制材料保证了其不易变形与损坏的特性。而橡胶止水带则有效实现了节节管道连接的严密性，置于排水水泥管凹槽，减少了连接中出现的位置偏差，同时，止水带要及时清理其上的油污等杂质，保证其防水性能。由于管道接口处常存在摩擦影响施工效果，因此，多涂抹润滑油来减小摩擦对施工的不利影响。软木衬垫为多层胶合板，位于水泥管接口的钢制外套环间，实现管道之间作用力的平衡，避免接口的损坏情况。
如果在顶管过程中存在较大阻力，可以通过注浆来减弱这种现象，将触变泥浆注入管壁减弱顶进阻力。但是触变泥浆配比也要严格进行控制，一般情况下，为保证施工效果，水、膨润土、碱的比例为1：0.11：0.06效果最佳。同时，还要根据施工的实际情况，对泥浆密度、厚度等严格控制。
3二次顶管法特点
二次顶管法施工有其特殊的适用区域，一般多位于地面结构复杂且建筑物与交通线路密集地段、河涌附近地下水位较高地区是二次顶管法应用最多的区域，这些地区的排水管道敷设中应用较为普遍。与其他管道施工相比，二次顶管法施工具有如下特点：
（1）排水管道设计标高的精度高。在顶进作业中，由于先导管端头存在导向设备，能够利用导向设备反映导管的位置情况，并利用激光经纬仪来对位置偏差进行调整，根据顶进作业情况等，精确设置管道顶进的坡度与线路等，并且能够对顶进作业中先导管的深度、位置等进行准确的反馈。在顶进施工中，先导管与出泥螺旋管都有导向功能，所以在排水水泥管中不需要进行机头的调整，就可实现排水管道的设计中心轴线与高程等。
（2）施工对周围环境等的影响较小。二次顶管法在施工过程中，周围环境基本不受影响，由于施工对路面的破坏性较小，因此也能够保证施工场地的正常通行。这主要是基于二次顶管施工所产生的顶力较弱，因此，对周围建筑物的影响也较小，不易造成建筑物表面的开裂等破坏情况；设备运行产生的噪音较小；顶管施工排出的出泥量较小，对周围自然环境等的不利影响小。
（3）二次顶管法施工时主要的限制情况就在于：施工如遇到地下障碍物，要先处理后方可施工。与拖拉管、开挖施工比较如表1。
表1 二次顶管施工法与开挖、拖拉管施工法比较
4工程案例
本工程以中山市区的悦生涌到隆昌河段为例，该段工程施工具有典型性，施工场地大大限制了施工的顺利进行。在施工之前的现场勘查中，发现管道中依次存在素填土层、耕土、淤泥与流塑层土质，在该场地内进行污水管道的敷设，原先的设计中管道埋设范围内在不透水层，在开挖完成以后，为保证结构的稳定性，采用钢槽支护结构，由于该段地下水位高，甚至存在透水现象，因此，开挖用拉尔森钢板桩支护来进行，此种施工方式具有较低的适用性，施工成本很高，经济性上考虑还是采用小口径二次顶管施工较为科学，施工设计图如图4。
设计管径DN300～500，长6km，管道埋深2.5～5.5 m。顶管工作井共39座，接收井共38座，前者直径3.5m，后者直径2.5m，顶管管道单节长2m，接口处用3S承插式连接。
顶管施工中，根据地质情况、地面施工环境、污水管道位置等来确定工作井与接收井的间距，多数情况下，二者间距小于60m。
顶管作业中，由于设有工作井，工作井的长度也要结合工程的实际情况来确定，与顶管机长度、操作距离等息息相关，其计算为：
L=L1+L2+L3 (1)
在（1）式中，L为工作井的长度，而LI、L2、L3分别代表工程中顶管机的长度、后座墙厚度与操作距离。而L1也就是顶管机长度与顶管管节的长度紧密联系，L2多为40～50cm，L3多为30cm。
顶管机宽度、操作距离决定了工作井宽度。公式：
B=B1+B2 (2)
在（2）式中，B表示工作井宽度，B1、B2分别表示顶管机宽度与操作距离。一般情况下，B1=1.5m，B2=1m。
根据施工结果，管道标高敷设误差在10mm范围内，并达到了理想的施工效果，取得了良好的工程效益。
5施工易出现的问题及应对措施
小口径二次顶管施工中常会出现各种问题，也需要对这些问题加以控制与处理，以免影响施工效果。
图4 验区设计管道平面布置
5.1轴线控制
施工中由于存在误差等，因此极易发生管道轴线的弯曲，这就需要加大对施工中管壁与土体之间摩擦力的处理，减少摩擦阻力，管道的弯曲与二者的摩擦力密切相关，弯曲度预答，摩擦力越大。施工中要将管道轴线的弯曲控制在一定的范围内，对管道出洞前100m轴线距离严格控制，密切关注其波动，及时处理位置偏差。采用一定的设备与技术进行测量，确保施工中顶进速度与出泥量的一致性，严格控制轴线与顶力。
5.2注浆系统控制
顶进作业中，尤其要确保机头尾部压浆的及时性，对压浆量与压浆次数进行严格控制。顶进施工时，有时会出现由于顶管过长，一次压浆很难实现工程效果，多采用接力浆液传输。在以上工程中，不同的浆接力站分别对机头到200m、200～600m及600m以后的压浆工作加以控制，借助与高扬程压浆泵实现浆液的传输。在此过程中，也要对浆泵压力等进行监测。
5.3停顿时间控制
在顶管作业中，如果顶管长度大于800m，那么对顶管顶进方向、管壁与土体的摩擦力的控制等的实现具有一定的难度，当顶管机停止工作时，需要间隔12小时才能恢复正常运行，在恢复运行以后，在一定程度上加大了摩擦阻力，因此，应该合理控制设备停顿的时间，日常情况下，还需加强对施工设备的维护、保养与检修，以减少和避免设备运行中的故障情况。
结束语：
二次顶管法在小口径排水管道施工中的应用较为普遍，由于其施工的多方面优势，在未来还有进一步发展与应用的空间。当前，顶管技术虽然得到了一定程度的发展，但施工中轴线、注浆系统、停顿时间等的控制都加剧了施工的难度。因此，施工过程中要结合工程的实际情况，对施工关键环节进行必要的控制，保证工程的实施效果。未来，还可以将顶管技术与其他施工技术相结合，实现工程成本的降低，保证施工质量。
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论文作者:黎军
论文发表刊物:《基层建设》2019年第7期
论文发表时间:2019/6/25
标签：顶管论文; 导管论文; 管道论文; 小口径论文; 作业论文; 工作论文; 排水管道论文; 《基层建设》2019年第7期论文;