淺談頂管施工技術的構成與步驟

焦長順

（中國葛洲壩集團基礎工程有限公司，湖北 宜昌 443002）

1 頂管施工技術的構成

完整的頂管施工大體包括工作井、推進系統、注漿系統、定位糾偏系統及輔助系統五個部分。

1.1 工作井

在需要頂進的管道一端修建的豎井稱為工作井。工作井按其使用用途分為始發工作井和接收工作井。始發工作井是為布置頂管施工設備的工作井，一般設置有后背墻以承受施工過程中的反力；接受工作井是為接收頂管施工設備的工作井[1]。通常管節從始發工作井中一節節推進到接收工作井中，把頂管機吊起，當首節管道進入接收工作井時，整個頂管工程才告結束。

工作井中通常要設置扶梯、集水井、工作平臺、洞口止水圈、后背墻以及基礎與導軌等各種配套裝置。

（1）工作平臺

工作平臺宜布置在靠近主頂油缸的地方，由型鋼架設而成，上面鋪設方木和木板。

（2）洞口止水圈

洞口止水圈安裝在頂管工作井的出洞洞口，防止地下水和泥砂流入工作井。

（3）扶梯

工作井內需設置扶梯，以方便工作人員上下，扶梯應堅固防滑。

（4）集水井

集水井用來排除工作井底板處的地下水，或兼作排除泥漿的備用井。

（5）后背墻

后背墻位于頂管工作井頂進方向的對面，是頂進管節時為頂管工作井提供反作用力的一種結構[1]。后背墻在頂管施工中必須保持穩定，具有足夠的強度和剛度。它的構造因工作井的構筑方式不同而不同。在沉井工作井中，后背墻一般就是工作井的后方井壁。在鋼板樁工作井中，必須在工作井內的后方與鋼板樁之間澆筑一座與工作井寬度相等的厚度為0.5～1m的鋼筋混凝土墻。由于主頂油缸較細，若把主頂油缸直接抵在后背墻上，后背墻很容易損壞。為了防止這類事情發生，在后背墻與主頂油缸之間，需墊上一塊厚度為200～300mm的鋼構件，即后靠背。在后靠背與鋼筋混凝土墻之間設置木墊，通過它把油缸的發力均勻地傳遞到后背墻上，這樣后背墻就不易損壞。

（6）基礎與導軌

基礎是工作井坑底承受管節重量的部位。基礎的形式取決于地基土的種類、管節的重量及地下水位。一般的頂管工作井常采用土槽木枕基礎、卵石木枕基礎及混凝土木枕基礎。①土槽木枕基礎：適用于地基承載力大而又沒有地下水的地方。這種基礎在工作井底部平整后，在坑底挖槽并埋枕木，枕木上安裝導軌；②卵石木枕基礎：適用于有地下水但滲透量較小、以細粒為主的粉砂土。為防止安裝導軌時擾動地基土，可鋪設一層100mm的碎石以增加承載力；③鋼筋混凝土基礎：適用范圍比較廣，適用于地下水位高、地基土軟弱的情況。這種基礎是在工作井地基上澆筑一定厚度的鋼筋混凝土，導軌安裝在鋼筋混凝土基礎上。它的作用主要有兩點：一是使管節沿一穩定的基礎導向頂進；二是讓頂鐵工作時能有一個可靠的托架。導軌一般采用型鋼焊接而成，應具有較高的尺寸精度，并具有耐磨和承載力大的特點；導軌下方應用剛性結構墊實，兩側撐牢固定。基礎和導軌是頂管的出發基準，應該具有足夠的強度和剛度，并具有堅固且不移位的特點。

1.2 推進系統

（1）主頂裝置

主頂裝置主要由主頂油缸、主頂液壓泵站、操縱系統以及油管等組成。①主頂油缸：主頂油缸是主頂裝置的主要設備，工程中習慣稱為千斤頂，它是管節推進的動力。主頂油缸安裝在頂管工作井內，一般均勻布置在管壁兩側，油缸主要由缸體、活塞、活塞桿及密封件組成，其形式多為可伸縮的液壓驅動的活塞式雙作用油缸。②主頂液壓泵站：主頂液壓泵站的壓力油由主頂油泵通過高壓油管供給。③操縱系統：主頂油缸的推進和回縮是通過操縱系統控制的。操縱方式有電動和手動兩種，前者使用電磁閥或電液閥，后者使用手動換向閥。④油管：有鋼管、高壓軟管等。管接頭的形式根據系統壓力選取，常用的管接頭有卡套式和焊接式。

（2）頂鐵

頂鐵是頂進過程中的傳力構件，起到傳遞頂力并擴大管節端面承壓面積的作用，一般由鋼板焊接而成。頂鐵由O形頂鐵和U形頂鐵組成。①O形頂鐵：直接與管子接觸的構件，通過該構件可以將主頂油缸的頂力全民斷面地傳遞到管子上，用以擴大管子的承載面積。②U形頂鐵：該構件是O形頂鐵與主頂油缸之間的墊塊，用以彌補主頂油缸行程的不足。U形頂鐵的數量和長度取決于管子的長度和主頂油缸的行程大小。頂鐵應具有足夠的強度和剛度。尤其要注意主頂油缸的受力點和頂鐵相對應位置肋板的強度，防止頂進受力后頂鐵變形和破壞。

（3）頂管機

頂管機是在一個護盾的保護下，采用手掘、機械或水力破碎的方法來完成隧道開挖的機器[1]。頂管機安放在所頂管節的最前端，主要功能一是開挖正面的土體，同時保持正面水土壓力的穩定；二是通過糾偏裝置控制頂管機的姿態，確保管節按照設計的軸線方向頂進。目前的頂管機類型及特點見下表：

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（4）頂進管節

頂進管節通常包括鋼筋混凝土管、鋼管、玻璃鋼夾砂管、預應力鋼筒混凝土管等。鋼筋混凝土管節長度有2 ～3不等，管接口形式主要是F形，接口在施工時和施工完成以后的使用過程中都不滲漏。鋼管的長度根據工作井的長度確定，接口焊接而成，施工完后變成一剛性較大的管子。它的優點是焊接接口不易滲漏，缺點是只能用于直線頂管。玻璃鋼夾砂管也可以用于頂管，一般頂距較短，目前僅用于中小口徑，管節防腐性能比較好。預應力鋼筒混凝土管在頂管工程中正在得到應用，由于管節能夠承受較大的內壓，所以適用于給水管道工程。

（5）中繼間

中繼間是長距離頂管中不可缺少的設備。中繼間安裝在頂進管線的某些位置，把這段頂進管道分成若干個推進區間。它主要由多個頂推油缸、特殊的鋼制外殼、前后兩個特殊的頂進管節和均壓環、密封件等組成。頂推油缸均勻地分布于保護外殼內，當所需的頂進力超過主頂工作站的頂推能力、施工管道或者后座裝置所允許承受的最大荷載時，需要在施工的管道中安裝一個或多個中繼間進行接力頂進施工[1]。

1.3 注漿系統

注漿系統由拌漿、注漿和管道三部分組成。①拌漿：拌漿是把注漿材料加水以后再攪拌成所需的漿液；②注漿：注漿是通過注漿泵來進行的，它可以控制注漿壓力和注漿量；③管道：管道分為總管和支管，總管安裝在管道內的一側，支管則把總管內壓送過來的漿液送到每個注漿孔去。

1.4 糾偏系統

糾偏系統由測量設備和糾偏裝置組成。常用的測量裝置就是置于基坑后部的經緯儀和水準儀。經緯儀用來測量管道的水平偏差，水準儀用來測量管道的垂直偏差。機械式頂管有的使用激光經緯儀，它是在普通經緯儀上加裝一個激光發射器而構成的。激光束打在頂管機的光靶上，通過觀察光靶上光點的位置就可判斷管子頂進的偏差。糾偏裝置就是糾正頂進姿態偏差的設備，主要包括糾偏油缸、糾偏壓動力機組和控制臺。對曲線頂管，可以設置多組糾偏裝置，來滿足曲線頂進的軌跡控制要求。

1.5 輔助系統

輔助系統主要有輸土設備、起吊設備、輔助施工、供電照明及通風換氣等。輸土設備因頂進方式的不同而不同。土壓平衡可以采用有軌土車、電瓶車和土砂泵等方式出土；泥水平衡可以采用泥漿泵及管道輸送泥水。起吊設備一般分為龍門吊和吊車兩種。龍門吊優點是操作簡便、工作可靠，缺點是轉移過程中拆裝比較困難。吊車的優點是轉移方便、靈活。輔助施工根據土質條件不同而不同，常用的輔助施工有井點降水、高壓旋噴、壓密注漿、雙液注漿、攪拌樁、凍結法等。供電照明分低壓供電和高壓供電。通風換氣是長距離頂管中不可缺少的一環，否則可能發生缺氧或氣體中毒的現象。

2 頂管施工技術的步驟

頂管施工技術主要包括施工準備、頂進設備安裝、頂管機井內就位、頂管機出洞、管節頂進、管節拼接等步驟。頂管施工技術的詳細步驟見下流程圖：

3 結語

頂管施工是一項比較專業和復雜的施工技術，也是目前市政管道建設廣泛應用的技術。頂管施工技術的構成和步驟是頂管施工技術最基本、最基礎的知識，必須對頂管施工技術的構成和步驟有足夠的認識和理解方能熟練掌握頂管施工技術。本文根據自己的工程經驗，盡量詳細的論述了頂管施工構成的各部分概念、類型及控制重點，同時以流程圖的方式陳述頂管施工的步驟。希望管理頂管施工的人員通過本文能夠快速、全面的掌握頂管施工技術，從而指導頂管工程施工能夠安全順利進行。