頂管施工技術在城鎮燃氣管道建設中的應用

邢 晟

（原天然氣有限公司，山西 太原 030006）

伴隨著經濟的發展及社會能源需求的不斷提高，城鎮燃氣管道建設受到了越來越多的重視。頂管施工技術是一種非開挖技術，相比較于傳統挖槽鋪管施工技術，頂管施工技術對周邊生態環境、交通以及居民等造成的影響相對較小，無需大量占用土地，且施工成本較低，經濟效益與生態效益均比較好，因此得到了越來越多的應用。

1 頂管施工技術的原理

頂管施工技術的作用原理為予力技術，其主要通過應用頂管機頭，來對頂進管材沿線的土壤、巖石等不斷施加予力作用，從而不斷切割、擾動土壤，并對出現預變形的土壤實施變形碎化，再進行壓實，補償巖石土壤、支撐土壤出現變形，產生土壓力，進而使頂進管材的管外壁與周圍巖石、土壤之間緊密結合，并對已頂進的管道進行不斷擠壓，構成管網。

2 城鎮燃氣管道建設中頂管施工技術的應用

2.1 工程概況

某城鎮燃氣管道工程，建設中需穿越高速公路。綜合考慮工程實際情況、對比分析各種不開挖技術，擬采用機械頂管施工技術。燃氣管道設計壓力0.4兆帕，設計管徑為DN500，頂管施工中使用口徑1500毫米的鋼筋混凝土管作為套管，頂管長度129米。

2.2 頂管施工

1）頂管機頭進洞

工作豎井施工完成后，洞口加固后，用風鎬人工將洞門砼鑿除，確保外部土體穩固的基礎上，將井壁固定鋼筋迅速切斷，人工將土層向前開挖50厘米，將頂管機頭置于洞口中，頂管機刀盤完全進洞后，安裝止水圈，安裝完成后，將所有頂進設備以及頂管機刀盤啟動，開始頂進作業，頂進作業過程中必須嚴格遵循操作規程要求。為保障頂管施工質量，應設置試驗段，充分考慮頂進效果、土質條件等因素，優化調整刀盤轉速、扭矩。由于這時頂進阻力相對較小，因此頂進速度不可超過15毫米/分鐘，以避免機頭整體旋轉問題的出現。機頭完全進入土層，且沒有發生旋轉，則可逐步提升頂進速度。

2）頂進作業

頂管作業過程中，初始頂進前30米為試驗段。在試驗段中設置沉降觀測點，對土倉壓力、土的流塑性、頂進偏差、頂力大小等參數進行檢測，并根據試驗段情況，優化調整后續頂進段的相關參數。

根據試驗段相關數據，調整設計土倉壓力，從而實現安全系數的提升。頂進作業中，盡量降低頂進阻力是頂力控制的主要目的。頂進阻力由兩部分組成，一是頂管機的迎面阻力，二是頂進管道周圍土壤及其管壁之間的摩擦阻力。為實現摩擦阻力的降低，可借助管道內壁設置的注漿孔，將泥漿注入到管道外側，從而使頂進管道、頂管機與土壤之間形成一個泥漿套，在泥漿套中頂進管道、頂管機向前頂進的阻力會明顯降低。頂進的鋼筋混凝土管，每節管道內壁均設置了三個注漿孔，在同一圓周上均勻分布，可在注漿孔安裝止回閥，以避免漿液倒流。管道頂進中為預防注漿孔被泥漿、土壤封堵，應在其后部注漿，并將側壁、前部遮上。頂管完成后，將水泥砂漿注入到管道外側，在內壁將注漿孔封閉，使管道周圍土體固化，避免空洞而造成的地表沉降問題。頂管頂進全過程中，始終伴隨注漿工作，一邊頂進、一邊注漿，從而形成飽滿、連續的泥漿套，降低頂進阻力。

注漿過程中，應遵循“先注漿、后頂進，邊頂進、邊壓漿，及時補充漿液”的原則，以確保頂進管道、周圍土壤之間可以形成環形空間，扮演潤滑泥漿套的角色，有效減小摩擦阻力。同時，也要嚴格控制注漿壓力，通常為0.2～0.3兆帕，避免注漿壓力過高而導致的冒漿、跑漿、摩擦阻力增大的問題。

頂管機操作員在頂進過程中，應通過監控設備，密切觀察光靶上激光點是否出現偏移。若是頂管機偏轉，則可采取改變刀盤轉向的方法予以解決，若是刀盤伴隨著頂管機偏轉方向進行轉動，則可應用液壓千斤頂進行糾偏，但此措施僅適用于偏轉角＜15度的情況。在進行糾偏的時候，每頂進30厘米便要進行一次測量，發現已有糾正趨勢之后，向前頂進一段距離，再停止糾偏，以預防糾偏過量問題的出現。糾偏過程中，應堅持微糾偏、勤糾偏的原則。

本工程頂進作業中，頂進速度為30～50毫米/分鐘，試驗段、糾偏時，適當降低頂進速度，等到正常頂進的時候，再將頂進速度提高。下新管的時候，頂管機停止頂進，并斷電，以維持壓力均衡。在連接管道的同時進行頂進，先是刀盤動作，然后將頂進裝置、切削土運送機打開。頂管作業中，對刀盤挖下來的土，使用螺旋輸送機送至水平運輸車斗，再應用起吊設備運到豎井上的存土場。

3）機頭出洞

機頭出洞施工是在接收豎井中出洞口位置的土體加固強度達標后開始的。頂管機機頭與上切削面快速接觸，對洞口止水裝置進行安裝，加快頂進，盡量縮短開挖面暴露時間。頂進作業中，對出洞口密封圈壓實效果進行仔細檢查，確保頂管機機頭能夠順利頂進至接收豎井之中。

頂管機刀盤頂進至接受豎井前的10～15米的時候，進行一次貫通測量作業，對頂管機的里程進行測量，準確計算洞口、刀盤間的距離。頂管機機頭刀盤與出洞口之間的距離為200～500毫米的時候，停止頂進，盡可能地降低刀盤迎面的土壓力，保障開洞口時設備、人員的安全。

4）漿液置換

頂進作業完成后，為避免頂進區域地表沉降現象的出現，應對頂進管道、周圍土壤間的空隙進行注漿。注漿液為1：3：5的水泥、粉煤灰、水的混合物。每節管道內壁均設置有注漿孔，從管道的一端開始注漿，并逐排向另一端進行，注漿壓力為0.2～0.5兆帕，注漿結束后，保壓10分鐘，再將所有閥門關閉，注漿作業完成。

5）套管內管道安裝

混凝土套管頂進完成后，在混凝土套管中，安裝燃氣管道，并進行焊接操作。采用φ508×7.9毫米L245MB的注漿鋼管，3PE加強級防腐鋼管。將滑輪支架安裝在管底，輔助發送，以降低穿越阻力?；喼Ъ苁怯?毫米的鋼板卷制而成，穿越主管、滑輪支架之間使用5毫米厚的橡膠護層進行隔離，以避免主管道防腐層受損。應用滑輪支架結合止浮桿的措施，套管內的管道，每隔5米設置一道止浮桿，止浮桿、滑輪支架之間的間距為0.5米，穿越工作管長129米。 混凝土套管中，接口焊縫施焊結束后，應立刻開展射線檢驗，確保其質量合格后，立即對管口焊縫實施防腐處理，并將管道向前拖移。采取上述方式，循序漸進地完成管道的安裝?；炷撂坠芊忾]前，應設置檢水井、檢漏井，選擇DN25鍍鋅鋼管當作檢水井、檢漏井的制作材料，并各砌筑一座保護井。檢水井設置在下游，檢漏井設置在上游。

3 結語

綜上所述，城鎮燃氣管道建設中實際應用頂管施工技術的時候，應明確頂管施工技術的作用原理，并充分考慮工程實際情況，對頂管施工中的頂管機頭進洞、頂進作業、機頭出洞、漿液置換以及套管內管道安裝等環節進行嚴格控制，從而確保頂管施工質量，充分發揮頂管施工技術的優勢，實現城鎮燃氣管道建設質量的提升。