市政工程頂管施工技術探討

杜 紅 燕

(太原市市政公用工程質量監督站，山西 太原 030012)

0 引言

我國市政工程中頂管施工技術從20世紀90年代以來得到了快速發展，頂管施工技術主要是一種非開挖施工的施工方式，通過先進的管道頂進設備將管道頂入土體中起到管道埋設的目的。由于頂管施工不需要大面積破壞路面，與開槽埋管相比可以有效的減少對周邊建筑和環境的污染以及很好的解決施工地段的堵塞，因此頂管施工具有更好的經濟性和高效性。頂管施工技術目前在我國市政工程中得到了廣泛的應用，特別是在一些管道工程及交通繁忙的城市主干道改造工程中具有很大的便捷性和有效性。早期的頂管施工技術以工程技術經驗為主，但是缺乏理論支持和指導。隨著科學技術的發展，2006年頒布的《頂管施工技術及驗收規范(試行)》為頂管施工技術提供理論和技術支持，因此對市政工程中頂管施工技術的探討就顯得很有必要。

1 頂管施工技術原理

1.1 施工原理

頂管施工技術是一種非開挖或少開挖的管道埋設施工方法，其不需要大面積破壞路面，就可以在上方有建筑物的地下埋設管道，該施工法不會對地上建筑、周邊環境及地下管道帶來破壞，并且該施工法不會產生大量的粉塵，對環境和地上交通的影響很小，與開槽埋管相比施工周期較短，可以有效的減少對周邊建筑和環境的污染以及很好的解決施工地段的堵塞，因此頂管施工具有更好的經濟性和高效性。頂管施工技術的施工原理主要是：首先根據設計規劃的管道路線首尾兩端分別布置工作井和接收井，如果工程較為復雜，需要考慮在中間段布置中間井；然后在工作井內開始進行頂進作業，將鋼制管道按設計的角度壓入到地質層中。預埋設的管道緊隨工具管，工具管從工作井內穿過土層將管道分節段頂進到接收井。對于污水管道的埋設，頂進設備和接收中繼站的設備跟常規的管道略有不同，施工原理相同。

1.2 平衡理論

當前，頂管施工技術的平衡理論主要分為三類：第一類為氣壓平衡理論，第二類為泥水平衡理論，第三類為土壓平衡理論。氣壓平衡理論主要是通過作用于臨時掘進面上的氣體壓力來平衡地下水壓力。由于作用的氣體壓力是相同的，但是地下水壓力是呈梯度分布，因此在工具管頂部需要形成一個超過平衡壓力的氣體壓力區，地層由于壓力作用從飽和狀態變成半飽和狀態。該平衡理論適用于含水量比較大的砂層，并且管線上方有較厚的覆土層或粘土層。泥水平衡理論主要是利用出泥艙面的泥水壓力來平衡頂進工作面上的水壓力和土壓力。該平衡理論適用于各種不同的土質條件，尤其適用于地下水位很高和地下水壓力變化較大的地層。土壓平衡理論是利用土壓平衡式頂管掘進機進行頂管施工，其只取走頂入管子的土體，整個頂管過程能有效的防止挖掘面土方的超挖和欠挖。它對周圍的土體擾動很小，能使地表的沉降或隆起減小到最低限度。該平衡理論適用于飽和含水地層中的淤泥質粘土或砂性土。由于這三類平衡理論的適用條件不同，因此在頂管施工過程中要根據地質條件、施工環境、設計要求等的不同而科學選擇合適的平衡理論。

2 頂管施工技術實施過程

2.1 前期準備

在頂管施工前要做相應的施工前準備，包括頂進管的選擇、施工場地的布置、工作井及接收井的確定和施工等。頂進管的選擇是整個頂管施工的前提，按照工程要求和施工工藝選擇合適的頂進管是工程順利完工的重要前提。工程中頂進管一般使用鋼管或鋼筋混凝土管。如果選用鋼管，需要保證鋼材的力學參數和結構尺寸滿足工程要求；如果選用鋼筋混凝土管，需要保證鋼筋混凝土管的載荷、配筋和結構尺寸滿足工程要求。管道長度要根據地質條件和施工條件來確定，如果管道過長容易導致頂進偏差，如果管道過短，容易導致施工的繁瑣，影響工期。頂進管選擇之后，需要布置施工場地，根據施工的工期和規模合理布置施工場地。同時，頂管施工過程中要根據地質條件、施工環境、設計要求等的不同而科學選擇合適的平衡理論。不同的平衡理論所選用的工藝和部分設備是不同的。

2.2 設備的安裝與調試

頂管施工前需要對所有的設備進行安裝和調試，其中包括頂進設備以及輔助設備。對于頂進設備的安裝和調試，需要確保管千斤頂數量滿足工程最大頂力的要求。頂進設備安裝在工具管和調試設備之間。頂進設備安裝完成后，需要進行調試，對液壓元件、千斤頂等的可靠性進行整體檢查，確定功能一切正常，線路一切完好，管路一切暢通。調整電接點壓力表和壓力繼電器的壓力閾值，逐步加大油壓力，調整溢流閥的作用壓力，推動管身，檢查頂進推力是否滿足要求。對于輔助設備的安裝和調試，需要在預埋件上安裝頂部、側部和底部的鋼刃腳，并安裝人工挖土平臺以及泥土輸送設備。設備安裝結束后，就可以進行試頂工作，試頂工作一般是使鋪設管道產生初始位移為最佳狀態。在試頂的過程中，要隨時監測各設備在不同觀測點處的參數變化并記錄，如果發現有異常情況，隨時終止試頂工作，檢查檢修好出現的問題之后再進行試頂，直至設備工作流暢。

2.3 頂管井的施工

在頂管施工前要先構造頂管井，頂管井主要包含工作井和接收井。工作井是頂管施工的主要場地，頂進設備、工具管道、鋪設管道以及輔助設備都是從工作井進入開始頂進。接收井主要是頂管結束后，頂進設備、工具管道以及輔助設備能夠順利頂出并吊起。頂管井的結構根據工程設計的不同而不同，工程通常采用鋼筋混凝土結構或者鋼箱梁結構，工作井和接收井的井口可以是方形也可以是圓形。

2.4 施工步驟

在進行頂管施工前，需要將頂進設備、工具管道、鋪設管道以及輔助設備安裝在工作井內，通過在工作井導軌上安裝的頂管來向前頂進工具管道和預鋪設管道，以此類推完成鋪設管道的整體鋪設工作。頂進施工結束后，頂進設備、工具管道以及輔助設備出洞進入接收井，是頂管施工過程中非常重要的過程，接收井的井壁需要用混凝土噴漿通過高壓旋噴技術進行加固，從而有效的保證設備出洞的安全。頂管施工的施工步驟共分為以下幾步：

第一，穿墻。為保證頂管附近的土壤強度，穿墻管外側需要采用注漿固結措施進行支護，打開穿墻悶板通過頂進設備將工具管頂出井外。

第二，頂管出洞。頂進設備和工具管道、鋪設管道從工作井中破出洞口封門進入土中。通過工具管道調零可以防止鋪設管線出現偏斜，同時要在工具管道的井壁位置設置支護結構，如果在頂進過程中出現偏差，要及時使用千斤頂組對誤差進行糾正，千斤頂組分為橫向糾正千斤頂組和縱向糾正千斤頂組，通過控制管道的橫向位移和縱向位移來實現誤差的糾正。

第三，注漿減阻。通過壓注觸變泥漿來填充鋪設管道與土層之間的縫隙，最終在鋪設管道外側產生一層泥漿保護層，這對鋪設管道起到支撐和保護的作用，同時可以減小地面塌陷和頂進壓力。

3 結語

由于頂管施工不需要大面積破壞路面，與開槽埋管相比可以有效的減少對周邊建筑和環境的污染以及很好的解決施工地段的堵塞，因此頂管施工具有更好的經濟性和高效性。在頂管施工過程中，嚴格掌握頂管施工技術原理，對頂管施工技術實施過程進行探討，進而有效的保證了頂管施工的質量，頂管施工技術對于保證市政工程項目的順利實施具有顯著意義。

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