市政給排水施工中的非開挖頂管施工技術

王 成

（中國水利水電第七工程局成都水電建設工程有限公司，四川成都 610213）

1 工程概況

以成都市新都區毗河流域的水環境綜合整治PPP項目為例，分析小區自來水管網遷改工程項目中的問題，排水工程的中線與附近建筑物間的距離為10 m，頂管總長為510 m，管節頂進長為2 400 mm，管節內徑為2 200 mm，管節外徑為2 600 mm。設計圖紙中要求管頂上部覆土的厚度為4.5 m。

2 非開挖頂管施工前準備

市政給排水建設工程項目中，運用非開挖頂管施工技術進行施工時，作業人員應先了解工程項目的具體情況，結合施工現場實際情況，合理選擇施工設備。

在實際施工的過程中，進管應選擇鋼筋混凝土管，管徑的最大值為500 mm。

為了保證管子頂進的長度保持在合理范圍內，避免施工成本增大或頂進的長度與原設計位置偏離，實際施工過程中應嚴格地控制進管長度，進管的長度與管徑比重應該控制在1∶10以內。在施工條件允許的情況下，應該優先選擇短管。為了保證施工工期不會延長、施工質量符合設計，應提高多刀盤土壓平衡頂管機的使用頻率。

3 施工技術

3.1 頂進過程中的進出洞施工措施

整個頂管施工中，最重要的施工工序是出洞部位的頂進作業。為了保證頂管機能夠順利進入洞內，避免土體坍塌現象，頂管機出洞前應該在封閉門施工前先設置一排鋼板樁，鋼板樁進入土體內的深度必須在工作井底部的鋼板下方。頂管設備出洞時，應先將封閉門拆除，在這個情況下，封閉門完全處于被抵擋住的狀態，土體不會直接涌入洞內。頂管機距離封閉門50～100 mm時，避水圈開始發揮作用，可以開始依次拆除鋼板樁。為了降低鋼板樁拆除過程中對土體造成的影響，鋼板樁拆除完成后，應立即進行頂管作業，盡可能縮短間歇時間。

在出洞施工的初期階段，頂管機正面承受的主動土壓相對較大，可能會導致管節在地下不斷后退，出現土體坍塌現象。遇到這種問題時，施工人員應將頂管機再次向前推動，避免方向偏離。結合該項目，應在洞口兩側裝置一個手拉葫蘆，在油缸回縮運動之前，對最后一節管節進行加固，確保其不會發生位移，在出洞口前應先合理確定偏離量，避免出口時頂管機的標高偏高。

3.2 長距離頂進施工措施

（1）頂進軸線控制。

長距離頂管施工時需要合理地掌控頂力，頂管施工的過程中，偏離糾正對頂力造成的影響較為顯著，頂管機在運行的過程中受到的作用力不均勻，管節進入土體的位置會產生較大偏離。在頂管機的實際運行過程中，必須不斷調整，保證管節頂進的位置符合設計要求。

結合實際情況，管節偏離現象無法規避且始終存在。每一次偏離糾正時，均需要對頂管機施加外力，保證管節頂進的方向及位置的合理性。施加外力類似于增加一個土壓力，使頂管機面臨的阻力增大。結合現行的相關管理規范中的要求，各項規范中并未提及阻力概念，但結合實際情況可知，阻力屬于不可忽略的重要影響因素。

（2）注漿減阻。

長距離頂管施工過程中，注漿減阻是一項非常重要的施工工藝，對頂管的效果造成直接影響。結合該項目的實際情況，為降低管道與土壤間的摩擦力，應采取相關措施。

①結合土體的性質，合理調整泥漿配合比，保證頂進作業過程中管節的穩定性。

②在管節一側布置3個注漿孔，注漿管應裝置在管節段右側，注漿孔之間的間距應保持為7.2 m。

③選擇合理的注漿工藝，結合標準化的注漿流程進行作業，保證頂進的過程中，土體之間的縫隙可以及時被泥漿填充。

④注漿孔的部位應設置在管節一側，管節拼裝完成后，注漿孔可以直接被前一個管節覆蓋，漿液會在管道外壁與套環之間形成一個泥漿保護套。泥漿保護套比較牢固，不會輕易發生形變，管道摩擦阻力會有一定降低。

（3）中繼間。

該項目借助中繼間完成接力頂管作業，中繼間的設計必須符合設計以及頂管作業的規范要求，確保頂管作業的施工效率。通常情況，第一個中繼間應設置在相對靠前的部位，因為頂管機在運行的過程中，頂進的過程中土質條件會發生較大的變化，施工過程中面臨的環境也會發生一定波動。

頂管機的推動力達到設計推力的60%時，裝置第一個中繼間，第二個中繼間應在推動力達到設計要求80%時進行設置，啟用中繼間的時間應為頂管機推動力達到設計值90%。

該項目頂管作業的總長度為189 m，需要設置中繼間進行輔助作業，結合實際情況，只需要設置2套中繼間。實際施工時，在沿線104 m處設置第一個中繼間，但存在大量泥漿會減小阻力，應合理控制頂進的軸線。實際頂進過程中的阻力比理論數值低，在實踐過程中并未使用第二套中繼間。

3.3 深基坑支護技術措施

該項目的基坑開挖深度達到7.5 m，施工現場與附近建筑物之間的距離較近。在實際施工時，管道溝槽開挖必然會對附近的土體造成一定影響，使建筑物的穩定性受到一定影響。為了保證施工過程中的安全性以及施工工期不會延長，施工單位決定使用升級款鋼板樁進行支護。

鋼板樁支護頂管工作井計算如圖1所示。

圖1 鋼板樁支護頂管工作井計算

（1）鋼板樁工作井的具體尺寸。

工作井用來臨時性放置頂管設備，是頂管設備進行頂進作業的初始部位。工作井的設置需要兼顧多方面影響，如施工現場的地形、管道標高、地面障礙物等。大部分的施工單位均以管道的檢查井作為工作井，可以節省成本，有效提高施工效率。

為保證施工過程中不會出現土體坍塌，保證施工人員的安全，開挖工作井時，應設置安全支護裝置，還應結合施工現場的實際情況設置集水坑，便于基坑內的積水排除。

（2）安裝導軌。

基坑開挖結束且基地夯實作業完成后，可以在基地表面澆筑C20混凝土，混凝土澆筑厚度為20 cm，安裝導軌。導軌安裝完成后，應使用水平儀對導軌的高程進行復核，復核無誤后進行下一步工序施工。

導軌指基礎上部的軌道，通常設計為裝配式，管節在頂進作業前，均先將管節放置在導軌上，導軌的主要作用是導向，保證管節頂進的位置始終保持在合理部位。

①兩側的導軌必須平行，高程需要一致，導軌必須保持順直。

②軌道的合理偏差應控制為軸線偏差3 mm、頂面高程偏差0～3 mm、兩軌之間的間距頻次±2 mm。

③導軌安裝完成后，確保實際頂進時管節不會出現形變、位移等不良現象。

④安裝導致之前，應對管道的中心線進行復核，在實際作業的過程中也應經常進行復核。

（3）頂進阻力的計算。

式中：γ——管節所在土體的密度（kg/cm3）；φ——管節所在土體的內摩擦角（°）；ω——指每節管道自重（kg）；L——管節頂進的長度（m）；f——頂進過程中管道與土體之間摩擦系數；PS——頂進時頂管掘進機的迎面阻力（N）。

3.4 頂管出洞

頂管出洞指第一節管節從土體中被推出，頂管作業達到設計指定部位。為了避免頂管出洞影響附近管線，應在工作井的井壁上設置支撐，井體沉降時，應立即對其進行糾正和處理。

3.5 校正頂管

頂管作業完成后，施工人員應在第一時間對頂管進行校正。在實際頂管的過程中，推動力過大或土質疏松可能導致頂管前進的方向與設計方向存在偏差。施工人員在實際頂管的過程中，應不斷對頂進的位置進行檢測，頂進位置與設計位置之間的偏差應控制為5 cm內。

4 結語

頂管施工技術不需要大規模地開挖土方，對土體以及周圍建筑物的影響較小，在建筑領域中獲得了廣泛運用。但是頂管施工技術實施難度比較大，需要嚴格把控各個技術關鍵點，才可以取得理想的施工成效。