摘要：随着我国科技和经济的快速发展，以及城市化进程的推进，顶管施工技术也凭借自身的优势在工程施工中得到广泛的应用并且作用越来越重要。本文主要回顾了顶管发展的历史，描述了多种顶管施工方法各自的原理及优缺点，同时对顶管施工过程中容易出现的问题进行了阐述并提出了合理建议。
关键词：顶管历史；顶管分类；顶管难点
1、概述
顶管施工是继盾构施工之后而发展起来的一种地下管道施工方法，它不需要开挖面层，并且能够穿越公路、铁道、河川、地面建筑物、地下构筑物以及各种地下管线等。顶管施工技术最早始于1896年美国的北太平洋铁路铺设工程的施工中。1948年日本第一次采用顶管施工方法，在尼崎市的铁路下顶进了一根内径600mm的铸铁管，顶距只在6米。欧洲发达国家最早开发应用顶管法，1950年前后，英、德、日等国家相继采用。我国较早的顶管施工约在上世纪50年代，初期主要是手掘式顶管，设备也较简陋。我国顶管技术真正较大的发展是从上世纪80年代中期开始。1988年上海研制成功我国第一台土压平衡掘进机。
2、工作原理
顶管施工法是先在工作井内设置支座和安装主千斤顶，所需铺设的管道紧跟在工具管后，在主千斤顶推力的作用下工具管向土层内掘进，掘出的泥土由土泵或螺旋输送机排出或以泥浆的形式通过泥浆泵经管道排出.，推进一节管道后，主千斤顶缩回，吊装上另一节管道，继续顶进。如此往复，直至管道铺设完毕。管道铺设完毕后，工具管从接收井吊至地面。为减少对交通的干扰和避免大开挖，一般大口径圆形管节在埋深大于3m时，可采用顶管法。原则上管顶覆土应大于管道外径的1.5倍。
3、顶管分类及各自特点
在顶管施工中最为流行的有三种平衡理论：气压平衡、泥水平衡和土压平衡理论。顶管施工最突出的特点就是适应性问题。针对不同的地质情况、施工条件和设计要求，选用与之适应的顶管施工方式，如何正确地选择顶管机和配套辅助设备，对于顶管施工来说将是非常关键的。
3.1气压平衡
3.1.1气压原理
气压平衡顶管机的基本工作原理是通过作用于临时掘进工作面的气体压力来阻止地下水。在整个掘进工作面的高度范围内，作用的气体压力是相等的，但地下水的压力是有梯度的，因此在工具管道的顶部就形成了超过平衡气体压力的压力超压区，在这个压力区下，土层空隙的水被挤出，地层由饱和区过渡到不饱和状态，从而起到平衡挖掘面的作用。
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3.1.2气压平衡特点
优点：平衡压力的调节和排泥系统的排量是截然分开的，互不干扰，可更准确的调节平衡压力，特别是非均匀地层中施工.缺点：造成的地面沉降较大，因为气压在疏干地下水过程中，会造成土体的压密沉降，另外顶进过程中又会对土体产生扰动沉降.全气压式设备复杂，要求可靠性高，劳动强度大，对作业人员身体健康有特殊要求，除了为排除机械故障和为清除顶进中的障碍外很少采用全气压式
3.2土压平衡
3.2.1土压原理
土压平衡盾构掘进机是利用安装在盾构最前面的全断面切削刀盘，将正面土体切削下来进入刀盘后面的贮留密封仓内，并使舱内具有适当压力与开挖面水土压力平衡[1]，以减少盾构推进对地层土体的扰动，从而控制地表沉降，在出土时由安装在密封仓下部的螺旋运输机向排土口连续的将土碴排出.施工中基本不使用土体加固等辅助施工措施，节省技术措施费，并对环境无污染；对掘进土量能形成自动控制管理，机械自动化程度高、施工速度快.
3.2.2土压平衡特点
优点：适用的土质范围广，从软黏土到砂砾土都能适用，是一种全土质的顶管掘进机，能保持挖掘面稳定，地面变形极小，施工时的覆土可很浅，是其他形式的顶管机无法做到的（覆土太浅时，手掘式顶管地面易塌陷，泥水式和气压式顶管则易冒顶和跑气）.弃土运输处理方便，作业环境好.缺点：在砂砾层和粘粒含量少的砂层中施工时，必须采用添加剂改良土体.
3.3泥水平衡
3.3.1泥水平衡原理
泥水平衡盾构是通过支承环前面装置隔板的密封仓中，注入适当压力的泥浆使其在开挖面形成泥膜，支承正面土体，并由安装在正面的大刀盘切削土体表层泥膜，与泥水混合后，形成高密度泥浆，由排浆泵及管道输送至地面处理，整个过程通过建立在地面中央控制室内的泥水平衡自动控制系统统一管理。
3.3.2泥水平衡特点
优点：适用的土质范围广，从软黏土到砂砾土都能适用，是一种全土质的顶管掘进机，能保持挖掘面稳定，地面变形极小，施工时的覆土可很浅，是其他形式的顶管机无法做到的.弃土运输处理方便，作业环境好；缺点：在砂砾层和粘粒含量少的砂层中施工时，必须采用添加剂改良土体.
4、常见问题及处理方法
4.1工具管旋转、偏移
工具管在顶进过程发生旋转或者偏移几乎在每条顶管中都会出现。将直接影响到管路方向，必须加强控制，防止转向、偏移过大。处理方法是在顶头内摆放配重，若工具管左旋，即在管内右侧摆放配重，若右旋，配重就摆左边，效果良好，配重一般用废铁板、钢筋等。控制偏移采用超欠挖方法、工具管向左偏移，则相应在左侧少许欠挖，右侧少许超挖，同时可采用主顶油缸纠偏或者顶木纠偏的方法进行纠正。
4.2管节接头漏浆
管节接头渗漏很少出现，出现位置多在膨润土压浆孔处（因膨润土泥浆压浆压力过大挤入管内），施工中应予避免。处理方法是可用专用止水钢环止水[2]。专用止水环用三片120°圆弧钢环组成，外贴止水橡胶片，之间用螺杆连接。拧紧螺母，圆环直径会增大，使止水钢环外橡胶片紧贴管缝，制止泥浆渗入，顶管结束时再作永久性止水处理。
4.3洞口止水圈撕裂或外翻
洞口止水圈左顶进过程中被撕裂。洞口止水圈外翻，泥水从中往外渗漏，同时洞口地面产生较大的塌陷。处理方式是洞口止水圈应严格按设计要求的尺寸和材料进行加工。口止水圈应按设计图纸的尺寸要求正确安装。土压力太高或橡胶止水圈太薄引起的外翻，应增加洞口止水圈的层数或增加橡胶止水圈的厚度。
4.4导轨偏移
基坑导轨在顶管施工过程中产生左右或高低偏移。处理方法是对导轨进行加固或更换。把偏移的导轨校正过来，并用牢固的支撑把它固定。垫木应用硬木或用型钢、钢板，必要时可焊牢。对工作井底板进行加固。
4.5顶铁外崩
顶进中，当接近最大顶力时，有时纵顶铁会突然横向崩开，主要是由于顶力偏斜，产生偏心荷载所致。预防、处理措施：单行纵顶铁安装不要超过规定，尽可能用一根长顶铁以减少接缝。设置后背时，仔细检查后背土是否一致，对易压缩土采取措施。
4.6管节破裂
由于砼管质量以及加载偏心而造成，预防、处理措施：首先下管时对砼管质量进行检查，发现蜂窝麻面面积大、有裂缝的严禁使用。对管端面不平、管壁薄的使用边圈以增大承压面积，管壁与顶铁之间加垫层。
5、结束语
顶管法施工技术是继盾构施工之后发展起来的地下管道施工方法，随着科学技术的发展，顶管法施工的工艺、方法也不断发展改进。主要体现在以下方面：
连续顶进越来越长、顶管直径向大小直径两个方向发展、管材：钢筋混凝土管、钢管、玻璃钢顶管、机械化程度越来越高、顶管线路的曲直度：曲线形状越来越复杂，曲率半径越来越小。由于这些特点，顶管法施工技术成为一种新型环保的施工技术。但实际工程要充分考虑施工条件、工程造价、施工工期、生态环境等因素，选择合理的施工方案。
参考文献：
[1]李凤高，李宝春.顶管施工技术浅析[J].江苏水利，2012，（6）：26-27
[2]康鹏.顶管法施工技术在水利工程中的应用 [J].大坝与安全，2011，（3）：51-52
[3]蒋国如.长距离顶管施工技术与施工控制[J].科技与企业，2014，（3）：212
论文作者:夏双喜
论文发表刊物:《基层建设》2017年第21期
论文发表时间:2017/11/24
标签：顶管论文; 泥水论文; 气压论文; 压力论文; 盾构论文; 方法论文; 施工技术论文; 《基层建设》2017年第21期论文;