市政給排水工程中的頂管施工方法探討

王玫

摘 要：頂管技術具有不影響周圍環境或者影響較小，施工場地小，噪音小，而且能夠深入地下作業等優點，近年來在工程建設中得到廣泛應用，特別是在市政管道工程施工中。本文將結合某市政排水工程實際，對頂管施工技術措施進行了分析探討。

關鍵詞：市政給排水；頂管施工

中圖分類號：TU99文獻標識碼： A

頂管施工技術具備不開挖路面、交通不斷行、管道埋深范圍大、對周邊環境影響小等獨特優點，在一定程度上解決了管道埋設施工中對道路交通的堵塞和城市建筑物的破壞等難題，在穩定土層和環境保護方面凸顯優勢。對交通繁忙、人口密集、地面建筑物眾多、地下管線復雜的城市創造一個潔凈、舒適的環境是非常重要的，市政工程建設中有著非常廣泛的應用前景。

1 市政給排水管線工程施工要點

施工方案對不同的管線、管質、管型和不同的路段其側重點有所不同。針對不同路段,不同的地質和環境情況,應該制訂不同的施工方案。市政給排水管線施工存在以下幾種情形：

（1）開挖施工。市政管道穿越市政各種建筑物,為避免不必要的麻煩,大多沿路鋪設。在非主干道或路邊不大影響交通的情況下可采用明挖施工。

（2）頂管施工。市政管道在跨路施工開挖存在影響交通等各方面困難時,頂管施工是一種可行的方案選擇。頂管施工從考慮人員在管道內施工作業考慮,管徑一般在0.8m以上,有鋼管和水泥管兩種管型,市政排污管多用水泥管,自來水和煤氣管道多用鋼管。

2 頂管施工的優點及其基本施工原理

2.1 項管施工的優點

眾所周知：頂管施工廣泛的應用于應用于雨水和污水管道的非開挖敷設，頂管法是使用得最早的一種非開挖施工方法.它起源于美國。頂管施工方法在市政管道中的應用最為廣泛。頂管法施工的優點，除了控制精度高之外，采用頂管法施工還具有以下幾個優點：

（1）可以在很深的地下鋪設管道

（2）對交通的干擾小，無需隔斷交通

（3）可以穿越障礙物

（4）施工噪音和振動都很小

（5）對施工區域周圍的影響很小

（6）能夠安全地穿越公路、鐵路。

（7）在城區內施工如果地下水不十分豐富，以及管道埋深較淺的情況下經濟性更好。

2.2 頂管施工的基本原理

頂管施工就是借助于主頂油缸以及中繼間的頂進力,把工具管或頂管掘進機從工作坑內穿過土層一直頂進到接收坑內吊起。與此同時,把緊隨在工具管或掘進機后的管道埋設在兩個工作坑之間。在頂管施工中主要有三種工作面平衡理論：氣壓、土壓和泥水平衡理論。本文主要介紹泥水平衡頂管工法。泥水平衡頂管的工作原理：通常把用水力切削泥土,采用機械切削泥土而采用水力輸送棄土,同時有的利用泥水壓力來平衡地下水壓力和土壓力的這一類頂管形式都稱為泥水平衡頂管施工。在泥水平衡頂管施工中,要使挖掘面上保持穩定,就必須在泥水倉中充滿一定壓力的泥水,泥水在挖掘面上可以形成一層不透水的泥膜,以阻止泥水向挖掘面里滲透。同時,該泥水本身又有一定的壓力,因此它就可以用來平衡地下水壓力和土壓力,這就是泥水平衡頂管最基本的原理。

3 頂管技術的施工工藝

（1）頂管施工順序為：工作井施工及砼管準備→頂進設備安裝→吊裝砼管到軌道上→安裝接口、管線→安放頂鐵→注漿→開啟油泵頂進→處泥→管道貫通→砌檢查井→回填密實→閉水試驗。

（2）管道頂進應連續作業。管道頂進過程中，遇下列情況時，應暫停頂進，并應及時處理，以保證頂管施工質量

a、工具管前方遇到障礙

b、后背墻變形嚴重；

c、頂鐵發生扭曲現象；

e、管位偏差過大且校正無效；

f、頂力超過管端的允許頂力；

g、油泵、油路發生異?，F象；

h、接縫中漏泥漿

（4）頂管工作井設計及設備安裝

①確定工作井尺寸

工作井應有足夠的空間和工作面，保證下管、安裝頂進設備和操作間距，井底長、寬尺寸可按如下公式計算：?

井底長度：L=L1+L2+L3+L4+L5。

式中：L―工作井底長， m；

L1―管子頂進管尾端留置長度，混凝土管一般留0.3m；

L2―每節管長度，m；

L3―出土工作間隙，一般為1.0 m~1.5 m；

L4――千斤頂長度， m；

L5―靠背厚度， m。

坑底寬度：W=D+ (2.4~3.2)，

式中： W―工作坑底寬度, m，

D―頂進管子外徑, m。

②工作井設備安裝

工作井設備安裝包括：導軌的安裝、后座墊鐵的安裝、油缸支架及油缸的安裝、穿墻止水設備的安裝、激光導航系統安裝和泥漿循環系統安裝。地面設備安裝工作井地面設備安裝包括：監測設備安裝、主控制室及主頂裝置安裝、泥漿棚搭設及泥漿系統設備安裝。安裝千斤頂時，應保證千斤頂的頂力位置和頂進抗力位置在同一軸線上，并確保四個千斤頂用力均衡，避免產生頂進力偶。同時工作井的起重采用龍門吊。

（3）頂管施工技術

①穿墻前注漿止水處理

頂管工作井穿墻洞口前方應采用壓漿止水處理，注漿材料用水泥、石灰、粘土攪拌成漿液，并與自然土混合。為保證工具頭順利成功出洞，洞口攪拌范圍應保證在4×4m處。漿液配合比為石灰:水泥:粘土=2∶1∶3，使注入的漿液與自然土固結后能讓工具頭順利穿墻同時能起擋土和止水的作用（注入漿液量不得超過自然土的17%）。

②頂管頂進

完成灌漿并達到止水強度后，可進行人工鑿除穿墻位置的混凝土，并將工具管吊下工作坑，然后安裝好工具管。準備工作就緒后，吹除最前端的擋土鋼板，清除硬塊，頂進工具頭到穿墻管內，使工具頭與第一節鋼管采用剛性聯結。在此過程中，應在工具頭最前端壓滿泥漿，避免工具頭的“磕頭”現象。特別要注意防止路面塌方，因此應根據出土情況確定頂進速度。頂進中要求邊壓觸變泥漿邊頂進，要堅持不壓漿不頂進的原則頂進。同時須嚴格按設計線路頂進，可利用削土刀盤上可伸縮的超提刀，結合千斤頂編組進行糾偏。經常對頂進軸線進行測量，檢查頂進軸線是否和設計軸線相吻合。

③頂管出洞

頂管出洞即頂管機和第一節管子從工作井中破出洞口封門進入土中。頂管機進、出洞處以及后靠土體加固，需對后靠土體及進、出洞區域土體進行高壓旋噴樁加固，從而確保頂管機出洞的絕對安全。同時須在工作井安裝洞口止水裝置，防止頂管機進、出預留洞導致泥水流失，并保證在頂進過程中壓注的觸變泥漿不流失。

④頂管糾偏

糾偏是指機頭偏離設計軸線后，利用設置在后部的糾偏千斤頂組，改變機頭端面的方向，使管道沿設計軸線頂進，減少偏差。頂進糾偏是采用調整4臺糾偏千斤頂組的方法，進行糾偏操作，若管道偏左則千斤頂采用左伸右縮，反之亦然。如果同時有高程和方向偏差，則應先糾正偏差大的一邊。糾偏應做到在頂進中采用小角度分級逐步進行，勤調微糾。當頂管機頭發生旋轉時，可采取在管內的相反方向增加壓重塊或在中間站提供旋轉糾正力矩等方法糾正。

4.頂管施工的技術措施

4.1工作坑及頂進中的測量

(1) 施工前須將管線的中線點及水準點引至工作坑附近，并作上標記。工作坑施工完成后，將地面管道中心樁用經緯儀（標稱精度不低于6″）引入工作坑兩側坑壁上或支撐上，作為頂管中心的測量基線。

(2)將地面的臨時水準點用水準儀（精度指標不低于3mm）引入工作坑的底部，每一個工作坑須設置三個水準點，選擇不易碰撞及不遮擋測量的地方設置。工作坑的中心樁與水準點設置必須牢固可靠，要經常校對并保證準確。

(3)對中心樁設置可靠的延長樁，延長樁設置時采用2″經緯儀用正倒鏡實施，結果采用歸化法確定。管道中心樁位置，要考慮到后背或基礎變形影響。

(4)檢查、校對各種測量儀器及工具均經權威堅定部門檢測，切在檢測期內使用，凡不符和精度標準且過了檢測期的絕對不許使用。

(5)每鎬頂近300mm，每頂進一鎬用經緯儀測設管中心線位置、水準儀測量流水面高程一次。下完一根管后用經緯儀及水準儀核測一次中心及管高程。每天做好現況地面沉降施測，早晚一次做好測量記錄。

(6)全段頂完后，應在每個管節接口處測量其中心位置和高程，有錯口時，應測出錯口的高差。

4.2頂管注漿

（1）選擇優質的觸變泥漿材料，對膨潤土取樣測試。主要指標為造漿率、失水量和動塑比。膨潤土的貯藏及漿液配制、攪拌、膨脹時間，聽取供應商的建議但都必須按照規范進行。

（2）在管子上預埋壓漿孔，壓漿孔的設置要有利于漿套的形成。

（3）壓漿方式要以同步注漿為主，補漿為輔。在頂進過程中，要經常檢查各推進段的漿液形成情況。

（4）注漿設備和管路要可靠，具有足夠的耐壓和良好的密封性能。在注漿孔中設置一個單向閥，使漿液管外的土不能倒灌而堵塞注漿孔，從而影響注漿效果。注漿工藝由專人負責，質量員定期檢查。注漿泵選擇脈動小的螺桿泵，流量與頂進速度相應配。

4.3管子與接口

（1）根據招標文件,本標段工程所用管節為”F”管，”F”管受力性能好，接頭穩固性高，接口處止水密封性能好。

（2）選用優良管材并處理好管子接口對頂管施工是十分重要的。我們選用優質的成套管材，要按有關規范對管材作現場檢查驗收，如發現不合格品堅決予以退回。

（3）接管前再次檢查管子接頭的槽口尺寸，橡膠圈和襯墊板的外觀和質地。確認合格后可在接口處均勻涂抹薄層硅油等對橡膠無侵蝕性的潤滑材料以減少摩阻力。承插接管時加力要均勻，應保證橡膠圈不移位，不反轉，不露出管外。頂管結束后要按設計要求在管內間隙處填充彈性密封膏，并與管口抹成一個光滑的漸變面。

4.4地下管道內通訊方式

頂管施工中地下通訊采用敷設有線電話，其設置位置：掘進機操作臺一部，工作井頂進控制臺一部，地面一部，中繼間設一部，以此方式加強通訊聯系，協調指揮作業。

4.5通風設施

由于管道頂進距離長，埋置深度深，管道內的空氣不新鮮，加上土體中會產生有害氣體，因此，必須設置供氣系統。通風設施用一臺柴油空壓機將壓縮空氣輸入空氣濾清器，再進入儲氣桶，經過氣壓調節閥，將壓縮空氣傳輸至管道最前端，并將管道最前端的空氣排出，以此進行空氣循環。

4.6電源布置：

在頂管過程中，主要的電源為動力用電和照明用電。

（1）動力用電

由于管道內的電機采用380V動力電，因此，進入管道的動力電必須做到二級保護和接地保護措施，動力電源線設置在操作人員不易接觸處，并在電源線外增設護套，保證用電安全。

（2）照明用電

由于管道內的空氣濕度較大，因此，采用36V低壓照明電，低壓電須通過變壓器降壓。燈具采用防水防爆燈具，

4.7地表隆沉控制

（1）本頂管掘進機是采用土壓平衡，可以先計算出各頂管段的開挖中心處的主動土壓力和被動土壓力，然后將掘進機的土壓力設定在此主動土壓力和被動土壓力之間。

（2）在刀盤切削攪拌的同時，主頂和中繼間徐徐推進，土倉內的土壓力便會徐徐升高，當土壓力升到大于控制土壓力P時，把螺旋輸送機打開，一部分土被螺旋輸送機排出，只要把推進速度調節到與螺旋輸送機排土量相符，則可保持土壓力為恒值。

（3）但在實際推進過程中，不可能完全處于上述理想狀態，如推進速度快于排土速度，我們就推推停停，保持向前推進；反之，則可將螺旋輸送機開開停停。無論出現哪種情況，都必須使土倉內的土壓力保持在控制土壓P20KPa的范圍內，這就能保證土壓平衡，如果土倉內的土壓力小于主動土壓力，地面將產生沉陷，反之，地面將隆起。因此，控制土壓力的設置和土倉內土壓力的保持是關鍵。

4.8測量與方向控制

頂進的測量與方向的控制，是采用激光經緯儀輔以水準儀測量，通過油缸進行糾編，遵循先糾上下后糾左右的原則，我們要做到以下幾點：

（1）有嚴格的放樣復核制度，并做好原始記錄。

（2）布設在工作井后方的儀座必須避免頂進時移位和變形，必須定時復測并及時調整。

（3）頂進糾偏必須勤測量、多微調，糾偏角度應保持在10'～20'不得大于1。

（4）初始推進階段，方向主要是主頂油缸控制，因此，一方面要減慢主頂推進速度，另一方面要不斷調整油缸編組和機頭糾偏。

（5）在每一頂程開始前必須制定坡度計劃，可對設計坡度線加以調整，以方便施工和最終符合設計坡度要求和質量標準為原則。

4.9進出洞口措施

（1）出洞措施

a、為使進出洞口頂進過程中不發生泥水流失，在進出洞口里安裝橡膠止水法蘭。

b、為防止掘進機出洞時產生叩頭現象，可以采用延伸導軌，并將前三節鋼砼管與機頭做成鋼性聯接。

c、緊貼工作井洞口外側安插一排鋼板樁，作為鋼封門，防止洞口打開后外側土體涌進井內。鋼板樁的深度為管底以下1.5M，寬度為3.5m。

（2）進洞措施：

a、同樣在接收井外側施打一排3.5M寬的鋼板樁作為鋼封門，便于鑿除洞口，并做好進洞前的準備工作，包括人員設備。

b、機頭進洞后，及時將與機頭連接的管子分離，機頭及時吊出井外；并抓緊處理井內泥漿和進行洞口封門止水。

c、頭進洞后止水工作抓緊作好，洞口處土體流失、管子沉降等現象就不會發生，也是保證頂管質量的關鍵。

結語：頂管工藝的施工從技術上講是完全可行的，相對于開槽埋管從社會效益與經濟效益上來講更具有優越性。加強對工程實施過程中的監督管理,抓住關鍵問題和重要工序,嚴格遵守設計及施工規范技術標準控制質量問題的出現。

參考文獻：

[1]吳廣秀.頂管技術在市政給排水中的應用.建材發展導向，2010.5.

[2]李明.試析市政道路頂管施工技術.人民交通出版社，2009.8.