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摘要：顶管技术作为新型非开挖技术，在国内外大规模工程建设中已经得到了逐步应用与推广。由于顶管技术在实际应用中无需开挖地面，可根据施工需求穿越河流、铁路、公路、建筑物，减少工程项目对周边生态环境和居民生活的影响，具有高效、环保、安全的明显优越性。本文主要对市政工程中顶管施工技术进行了分析和研究，旨在为市政工程中顶管施工提供参考。
关键词：市政工程；顶管技术；施工技术
前言
随着我国城市化进程的加快，城市人口规模迅速增长，这就给市政基础配套设施建设工作带来了全新的挑战。由于市政工程通常需要进行各种管道的埋设，确保给排水、燃气、电网等基础设施顺利投入使用，导致管道铺设沿线和周边范围的建筑物、道路等遭到损坏，出现交通拥堵等严重影响城市居民居家出行和城市环境的现象，无益于城市的现代化、生态化长远发展[1]。而顶管施工技术的诞生有效解决了这一难题，应用顶管技术进行市政工程施工能够有效避免大范围土方施工对城市环境的负面影响，确保城市社会效益和经济效益，为此中国飞开技术协会在其试行版的《顶管施工技术及验收规范》[2]中明确指出：“当前地下管道及其他管线铺设可采用顶管施工工艺，以此减小地下管道施工在建筑、交通、经济与环境保护方面的影响。”因此在市政工程建设中受应用顶管施工技术十分必要。
1 不同口径顶管在市政工程中的施工技术分析
1.1大口径顶管施工技术
大口径顶管指的是内径≥800mm[3]的各类管材，大口径顶管在市政工程施工中多采用下述方法。①人工掘进法：该项技术主要通过人工实施管前挖土工作，进行随挖随顶作业，挖出的多余土方经矿车或手推车运输至工作坑，再由吊装机械将其吊出坑外。此种顶进方法在应用中具有工作条件差、劳动强度大、适用范围小、顶进距离短的缺陷，因此仅适用于无地下水图层作业区域[4]。②机械掘机顶观法：此方法与人工掘进法较为相似，仅在管内运土和掘进方式上所有不同。施工人员通过在顶进工具管内安装微型掘土机的方式，将开凿处的残留土方装于上料机上，再经吊装机械、矿车将土方直接排出到坑外，此方法不受地下水等因素的影响，在长距离施工现场适用性良好。③水力掘进顶管法：该种技术主要是借助管端工具于管内设置高压水枪，利用水枪喷出的高压水冲散管前端土方，使其变为泥浆，再经水力泥浆泵或吸泥机完成泥浆排除工作，通过边冲、边顶的方式，促使顶管进入预设土方线路。在管道连续顶进作业中，一旦管道在前方遭遇障碍、顶铁出现扭曲现象、后背墙严重变形、管位偏差较大无法校正、油路或油泵等发生异常情况、顶力超过管道允许顶力的上限值或接缝有泥浆遗漏等情况发生时，则需立即停止顶进工作，及时给予应急处理，待故障排除后方能继续实施顶进。此外在顶管作业中，可用电动或卷扬机牵引的方式将管端前方挖出的土方及时运送排出，并经起重设备运至作业坑外，以防管端堆土过多出现沉降现象，影响工程正常工作环境。
1.2小口径顶管施工技术
小口径顶管指的是内径＜800mm[5]的管材，施工中小口径顶管管道常用类型包括混凝土管、无缝和有缝钢管，由于此类管道口径过小，导致施工人员难以进入管道内部实施管内作业，因此相较于大口径管道而言，小口径管道在施工中具有明显的特殊性。从市政工程常用施工技术角度出发，小口径顶管施工方法主要包括挤压法、泥水钻法和螺旋钻输法三种类型。①挤压法：这种施工技术通常在砂土、淤泥、软塑性黏土等软土层中应用广泛，在混有大小石块或是土质不均匀的土层中应用效果较差。在施工时，顶管顶进长度通常≤30m[6]，管道管端主要分为开口挤压和锥形挤压两种形状。其中，锥形挤压式顶管在应用中正面阻力相对较强，导致施工校准时极易产生偏差。当管道入土时，其正面会挤土，并将轴线上的多余土层向四周推挤，无需排泥。因此为了减少管道正面阻力，可将管端口变为开口状，使其顶入土体时在入管内部形成土塞，在土塞达到一定长度后，土塞将不再移动。若需要进一步减少管材正面阻力，必须将管道内部土体取出，例如，可运用水冲法或千出泥法缩短土塞长度。②螺旋钻输法：此类顶管指的是通过在管道端口外部安置螺旋钻头，使钻头透过管道内部钻杆和螺旋输送机相连的管材。在施工作业时，钻头会随着螺旋输送机的带动切削土体，并将管道顺利顶入土内，通过边输送、边切削、边顶进的逐段作业方式，完成管道铺设。由于该种顶管在作业中具备上述特性，因此在砂砾土、砂性土、硬塑状黏土等土质中应用广泛，其顶进距离约为100mm。③泥土钻进法：该项顶管方法指的是利用切削法和以土为载体的弃土排放法完成管道钻进作业的顶管施工技术，在易坍塌、流砂层、软岩层、硬土层等较难施工的土质中应用广泛。与此同时，在作业时由于泥土掘进机具备良好的石块破碎和切削功能，因此可利用泥土掘进机完成顶管作业。通常单次顶管进深≥100m[7]，偏差极小，而且在顶进作业中遗留的泥水可经排泥管和送水管工程的流体运输体系完成排出工作。考虑到在工程实际施工中，小内径顶管难以实施管内作业，因此可采用扩管法完成管内简单作业需求。扩管法主要通过安装扩管器，将需要顶进的管道经扩管器顶入已经顶好的预设管道内，实现顶管套入效果。
2 顶管施工测量偏差控制方法
2.1测量技术
为了保证市政工程顶管施工测量的准确性，必须建立地下和地面全方位联立的测控系统，在设置控制点时，必须选择干扰程度地、校核方便、视野清晰、便于保护的地带。为了全程把控管道顶进的正确方向，必须结合测量结果，分析测量偏差发生的原因，并对发展趋势作出评估，在此基础上确定相应的纠偏措施。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆在顶管施工测量中，必须对工具管的高程和中心进行精准测量，从而确保管节正确就位，安放在预先设置的管道轴线上。通常而言，施工人员多采用水准测量仪进行高程测量；运用经纬仪进行轴线监控测量；利用垂球进行转动测量。同时在上述基础上还可借助先进的激光经纬仪进行测量补充作业，进一步提高测量结果的准确性。在激光测量时，必须在工作坑内设置激光发射器，根据管线预设方向和坡度，调试发射器的准确方位，并在管内安装刻有尺度线的接收靶，若顶进管道和管线预先设置方位一致，则激光点会正中靶心，表明顶管施工效果良好，待无偏差完成全段顶进任务后，需在各管段接口处对其程高和轴线位置进行准确测量，若出现错扣，则需准确测出二者之间的相对高差，进行及时校准和纠偏，同时完整保留各项测量记录。
2.2偏差控制方法
在市政工程实际施工过程中，由于管道顶进受工具管迎面方向阻力分布不均、管壁与周边土方摩擦力不均、千斤顶顶力出现微小偏差等因素的影响，导致管道顶进方向发生旋转或偏移，因此必须对偏差进行调整和纠错。常用的偏差控制和调试技术包括下述3种方法。①衬垫校正法：由于管道在流砂或淤泥土质施工时，地基负荷承载能力相对较弱，导致管道顶进极易发生管端低头现象，衬垫校正即在管底或观测增添木楔，促使管道在施工中沿预设方向正确顶进。②挖土校正法：通过在管道不同铺设方位加减挖土量的方式实现校正目的，一般校正误差范围≤20mm[8]。此方法在黏土层、地下水位之上的砂土层中应用广泛。与此同时，根据工程施工部位差异，可将纠偏分为管外挖土和管内挖土纠偏两种类型。其中在实施管内挖土纠偏操作时，必须在开挖面一侧适当保留土体，于另一侧行开挖作业，当管道顶进时，土方的正面阻力会顺势移向土体保留的一侧，因此管道需向该侧调整纠偏；若实施管外挖土纠偏操作，则需挖净管内余土，同时保留刃口，使残留土方在管外形成洞穴，该洞穴的边缘两侧分别位于刃口内侧和刃口外侧，在进行顶进作业时，管道则会沿洞穴方向前进。③强制校正法：一旦管道顶进偏差＞20mm，则可采用方木或原木顶于管子偏离中心侧的管壁上，而另一端则安置在垫有木板或钢板的管前土壤中，待支架稳固后，借助千斤顶向管道施力，校正管位偏差。例如，管道在流砂层或弱土层行顶进操作时极易出现下陷现象，或是管道前端堆积土方过多或外运不及时，则也会发生下陷情况，从而导致管道错口等偏差问题发生，此时则可运用强制校正法对偏差管道进行及时校正。
3顶管施工质量控制要求
3.1常见质控项目
①管内质量控制：通常而言，管道内部必须确保线形平顺、无变形或突起现象，一旦出现此类管道缺陷，则需对其进行及时修补，确保管内表明光洁，管道无明显水珠渗漏现象。②管道接口质量控制：在市政工程施工过程中，由于各管道通常需要与进洞口、工作井等作业区域相连接，为了保证施工质量，必须确保接口间隙的牢固性，确保洞口无渗水或漏水情况发生，常用的检查方法为目视观察法。③防腐层质量控制：采用观察法查探管道钢管防腐层、焊缝处外防腐层、内防腐层是否符合质量验收标准，对于防腐层质量合格的管道，其防腐层为附着紧密、结构完整状态。④管道整洁控制：采用观察法确保管道内部无油污、杂物等杂质附着，确保管内干净整洁。
3.2主要质控项目
为了保证顶管施工质量，必须对各管节及其配套附件等施工材料进行产品质量检验，确保其符合国家规定的设计和施工标准。①检查产品的性能质检报告、质量合格证书、原材料材料等相关质量证明文件；②检查各施工材料的进场验收记录，确保各细小配件，例如接口橡胶圈在安装过程中无脱落、位移等问题发生；③诸葛检查肛管接口焊缝，确保无损伤现象，其施工质量符合管道铺设预先设定要求，查收焊接检验报告；④观察各曲线顶管在施工时和完工后的实际曲率半径满足工程设计要求，做好定金施工数据测量和记录工作；⑤逐节观察管道接口端部有无渗水、顶裂、破损现象，及时做好补漏修整工作。通过整体观察、分节细查、严控质量验收环节的方式，确保工程施工质量。
4顶管施工要点和应用优势
4.1顶管施工要点
为了确保顶管施工质量，在施工时必须注意下述施工要点问题。①工程施工地址及周边水文条件：在顶管施工中，由于土层的变化会对管道。顶进作业产生直接影响，对于需要运输途径回填土的区域，必须预先进行加固处理，以防施工过后出现地表大幅沉降现象。②检测毒害气体：由于顶管施工通常需要经过淤泥底层，其中含有的腐烂动植物在地下经年累月的时间积累中会生成H2S、NH3等毒害气体，导致施工存在安全隐患，因此必须定时监测管道内部毒害气体的浓度，及时通风，保证施工安全。③地下管线探查：在顶管施工时必须预先探明施工区域及周边其他管线的走向位置和埋设深度，以防施工对其他地下管线产生不利影响。④建筑物穿越探查：为了确保顶管在建筑物等基础设施下施工的安全性，在施工前必须确认施工路线，同时对管道铺设轴线上的建筑物进行清晰标注，对于部分不稳定建筑、设施，可在实施管道顶进作业前采用加固、托换等方式施工稳固性。
4.2市政工程应用顶管施工的优势
市政工程应用顶管施工具备下述优势：①在进行顶管施工时无需大规模开挖地面，通过管道顶进施工操作，能够促使管道顺利穿越河流、铁路、公路、建筑物等复杂地形环境，减少市政工程施工队周边生态环境和居民生活的影响，提高施工安全性和环保性；②顶管施工无需扰动上方土层，能够有效减少管节端因土方受力所产生的短差变形情况，延长管材寿命；③顶管施工能够有效减少政府拆迁和征地的费用，缩短管线长度；④随着顶管施工技术的日渐成熟，其应用范围也在不断扩大，顶管机械设备在各种土质的适用性也随之提高，尤其是在中小型观景的非开挖铺设施工中应用效果显著。
5总结
综上所述，本文主要以市政工程施工应用顶管技术的必要性为切入点，对不同口径顶管施工技术进行了初步分析，在此基础上探讨了顶管施工偏差的控制方法和质控要求，阐述了顶管施工过程中的注意要点和应用优势，从而提高市政工程施工效率，确保施工质量，推动城市化建设的高效、安全、长远发展。
参考文献
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论文作者:高东斌
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第31期
论文发表时间:2018/3/23
标签：管道论文; 顶管论文; 作业论文; 市政工程论文; 施工技术论文; 偏差论文; 土方论文; 《建筑学研究前沿》2017年第31期论文;