市政給排水管道頂管施工技術的運用研究

梁鳳如

（陽江市城市規劃設計院 廣東省陽江市 529500）

引言

頂管施工技術是繼盾構施工之后而發展起來的一種地下管道施工方法，是一種不開挖或者少開挖的管道埋設施工技術，它不需要開挖面層，并且能夠穿越公路、鐵道、河川、地面建筑物、地下構筑物以及各種地下管線等。頂管法施工是在工作坑內借助于頂進設備產生的頂力，克服管道與周圍土壤的摩擦力，將管道按設計的坡度頂入土中，并將土方運走。一節管子完成頂入土層之后，再下第二節管子繼續頂進。其原理是借助于主頂油缸及管道間、中繼間等推力，把工具管或掘進機從工作坑內穿過土層一直推進到接收坑內吊起。管道緊隨工具管或掘進機后，埋設在兩坑之間。

1 頂管施工技術概括

1.1 頂管施工技術的優點

頂管技術的最大特點在于它是一種不用開挖溝槽就可以進行管道敷設的施工技術，施工時不需要大范圍的土方開挖工作，這樣不僅可以避免大量的土方開挖及回填工程，也可以避開地下管線比較復雜的施工環境，同時，對于設計埋深較大的管道敷設，這種施工方式還具有比較經濟的優點，另外，利用這種施工方式能夠有效避免對管線敷設沿線居民生活的影響。如果是在商業比較繁華或者文物古跡地區進行施工，還能夠極大程度上減少對周圍環境的影響，這也體現出了頂管施工在市政給排水管道施工中的技術優越性。

1.2 頂管施工方法

在頂管施工過程中使用的方法，可以分為三種頂進工法。分別是：人工開放式頂進工法，它又細分為手掘式與擠壓式；泥水平衡封閉式頂進工法，它細分為網格水沖式與刀盤掘進式；最后一種是土壓平衡封閉式頂進工法，它分為單刀盤式與多刀盤式。

手掘式頂管施工方法適用于管徑DN1000～3000之間的市政給排水工程，地質結構為黏性、砂性或硬質泥巖土層，且無地下水影響。手掘式頂管施工的優點具有頂管施工的所有優點：工作時占地面積小、設備簡單、技術難度低、易于推廣。其缺點是，這種施工方法對于不同類型的地質條件有很大的局限性，頂進面土壓不能平衡，十分容易塌方；此外，其勞動強度大，施工進程較慢，人工成本較高。土壓平衡式頂管施工法適用的土質范圍廣，從軟黏土到砂礫土都能適用，是一種全土質的頂管施工方法。其原理是利用頂管機的刀盤切削和支承機內土壓艙的正面土體，抵抗開挖面的水、土壓力以達到土體穩定的目的。土壓平衡式頂管施工法使用方式便捷，不需要人工進入井底，對施工管道周邊地區的土體擾動也不大，能夠保證正常施工的安全性。

泥水平衡式頂管施工工法是一種以全斷面切削土體，以泥水壓力來平衡土壓力和地下水壓力，又以泥水作為輸送棄土介質的機械自動化頂管施工法，和土壓平衡式頂管施工方法有很多相像的地方。泥水平衡式頂管施工方法可以有效的平衡地下水，特別是面對淤泥或流沙性地質結構具有有效的解決方案，較人工頂管安全。

土壓平衡封閉式頂進工法需要運用土壓平衡頂管機來進行。土壓平衡封閉式頂進工法整個控制系統以土壓平衡為工作原理，通過大刀盤及仿形刀對正面土體的全斷面切削，改變螺旋機的旋轉速度及頂進速度來控制排土量，使土壓倉內的土壓力值穩定并控制在所設定的壓力值范圍內，從而達到開挖切削面的土體穩定。和泥水平衡頂管施工工法相比，其最大特點就是排出的土或泥漿不需要進行二次處理。土壓平衡封閉式頂進工法按刀盤的多少來分，可以分為單刀盤式和多刀盤式。單刀盤式具有廣泛的適應性、可靠性和先進的技術性。而多刀盤式的優點是非常適用于軟土。

2 市政給排水管道的頂管施工技術

2.1 工作井及其布置選型

工作井分為頂進井和接收井。頂管施工頂管設備的安裝、頂進在頂進井內進行，它也是頂管掘進機的始發場所，是承受主頂油缸推力的反作用力的構筑物，供工具管出動、下管節、挖掘土砂的運出、設備材料的吊裝、操縱人員的上下等使用。在頂進井內，需要布置主頂千斤頂、頂鐵、基坑導軌、洞口止水圈以及照明裝置和井內市政給排水設備等。在頂進井的地面上，需要布置行車或其他類型的起吊運輸設備。接收井相對于頂進井來說布置比較簡單，接收井是接收頂管機或工具管的場所。

頂管工作井的布置受頂管方式、地形地貌、管線設計、水文地質、排降水條件等決定；頂管工作井的平面尺寸和形式則受頂管設備、工具管長度、管節長度、管道節段長度和寬度、工作井深度、后背結構厚度、兩側和前后操作空間等確定；頂管工作井的選型還應綜合地面交通、周邊荷載、地上地下障礙物、施工技術設備、技術成熟條件、造價、工期、對周圍的環境影響等其他因素進行經濟技術比選確定，必要時還應采用多種結構形式的組合并輔以其他輔助施工措施以達到最優。

2.2 頂進工作井的井內布置

井內布置包括前止水墻、后座墻、市政給排水井以及基礎底板。為了防止地下水土以及頂管用潤滑泥漿的流失，前止水墻上面安裝有洞口的止水圈。后座墻部分要有足夠的抗壓強度，這樣才能承受得了主頂千斤頂的最大頂力。在頂管工作井內，還需布置頂管工具管、環形頂鐵、弧形頂鐵、基坑導軌、主頂千斤頂還有千斤頂架和后靠背。在這之中，主頂千斤頂及千斤頂架的布置尤為重要，因為主頂千斤頂的合力的作用點對于初始頂進的影響比較大。

2.3 頂管土壓力控制

頂管施工中，控制地面沉降是最關鍵的技術之一。而影響地面沉降的主要因素之一，是頂進過程中泥土倉內土壓力的控制。頂管機在頂進過程中，土倉之中會有一個控制土壓力P，當控制土壓力P小于頂管機所處土層的主動土壓力PA時，土就會涌向頂管機土倉，致使螺旋輸送機排出土的體積大于頂管機推進過程中理論排出土的體積，就會造成地面沉降；相反，如果當控制土壓力P大于頂機所處土層的被動土壓力PP時，導致排土過少，就會造成地面隆起。

隨著頂管的向前推動，刀盤前的土壓力不斷增大，一直到土壓力大于控制土壓力，頂管將停止推進，刀架回縮，切削土量也會隨之減少。因此，我們需要調節頂管的頂進速度，使頂進速度與排土量相符，才可以保證土壓力在恒定值。然而，這是最理想的狀態，在實際的頂進過程中，排土速度與頂進速度肯定不能保持一致，所以在操作上呈現出間接式的頂進。

2.4 地面起吊設備

地面起吊設備中門式行車是最為經常使用的，其他比較常用的地面起吊設備還有履帶式起重機和汽車式起重機。門式行車比較難以轉移，但是它操作較為簡單，并且可靠性也很高。而相對于門式行車轉移時拆裝難度較大，履帶式起重機和汽車式起重機則轉移時比較方便。

2.5 頂管偏差的測量與校正

頂進過程中的糾偏是頂管作業質量好壞的關鍵，若操作不當，可能造成頂力驟升、管接口破損，嚴重時可能造成管道無法頂進，引發嚴重的安全、質量事故和重大經濟損失，尤其是在砂層中頂進，管道極易因為泥水過度沖刷造成頂管機機頭下沉，因此，對于頂進過程的糾偏顯得尤為重要。

頂管施工的過程中，一般程序是每頂進0.5～1m，就要測量標高和中心線一次。如果發現偏差，不僅要及時校正，還應在每頂進一個行程后，正式測量和校正一次。在機械式頂管中，激光經緯儀使用較廣，激光經緯儀即在普通經緯儀上加裝一個激光發射器，將激光束打在掘進機的光靶上，可根據觀察光靶上光點的位置能判斷管的上下和左右偏差。一旦管的偏差超過允許值時，應根據實際情況采用適宜方法進行糾偏。頂進時，一定要加強第一節管道頂進質量的控制，使起頂誤差減少。此外，導向軌、千斤頂受力點、管底滑道、管側超挖必須嚴格按照施工要求進行。

3 結束語

近年來，隨著城市建設規模的不斷擴大，城市基礎設施的建設規模不斷擴大，如果仍按照傳統的技術進行施工必然會存在較多的不足和局限，對土地資源、自然環境、人文生活等都存在著比較大的影響，除此之外，施工周期長、開挖面積大，投資大，這些因素都會產生一系列連鎖反應，被人們所抵觸。頂管技術應時代而生，日趨先進，備受喜歡。

[1]秦 勇.市政道路市政給排水管道頂管法施工技術[J].科技與企業，2015，23：130.

[2]孟麗娜.市政給排水管道頂管施工技術探析[J].科技創新與應用，2016.