淺談頂管技術在市政工程中的發展與應用

李鴻

四川天虹建設工程有限公司 四川成都 610044

1 市政改造時對城市居民的影響

老城區在市政改造時對于城市居民的生活影響較大，需盡快完成。在此過程中，管網的鋪設是最耗時也是最為復雜的施工環節。隨著居民生活及城市發展的需求日益增高，各種管網系統也需相繼完善，日漸增多的市政管網建設不得不要求建設及施工方將新建或是改造后的管道埋設深度增加，加之某些城市地下水豐富、原雨污水管暴露的弊端越來越明顯，加大了雨污管道建設的難度，為妥善處理將會產生的諸多問題，必須在此過程中采取與實際施工環境、地質情況等相匹配的工藝技術。

2 頂管施工技術對市政工程建設的重要意義

2.1 頂管，簡稱非開挖

該項工程技術徹底解決了管道埋設施工中對城市建筑物的破壞和道路交通的堵塞等難題，在穩定土層和環境保護方面凸顯其優勢，這對交通繁忙、人口密集、地面建筑物眾多、地下管線復雜的城市是非常重要的，它將為城市創造一個潔凈、舒適和美好的環境。該技術目前廣泛用于城市地下給排水管道、天然氣石油管道、通訊電纜等各種管道的非開挖鋪設。它能穿越公路、鐵路、橋梁、高山、河流、海峽和地面任何建筑物，采用該技術施工，能節約一大筆征地拆遷費用、減少對環境污染和道路的堵塞，具有顯著的經濟效益和社會效益[1]。

2.2 頂管技術的常用施工方式

（1）定向鉆施工。水平定向鉆機由鉆機系統、動力系統、導向系統、泥漿系統、鉆具及附助機具組成。使用水平定向鉆機進行管道穿越施工，首先按照設計曲線盡可能準確的鉆一個導向孔，然后將導向孔進行來回擴孔，擴孔完成后將待鋪管材沿著擴大了的導向孔進行拖拉，最終完成管線穿越工作，具體工藝如圖1所示

圖1 定向鉆施工示意圖

具有施工周期短、作業安全迅速、綜合成本低，社會效益顯著。在開挖施工無法進行或不允許開挖施工的場合，可用定向鉆從其下方穿越。在城市建設高速發展的今天，避免重復開挖、修復所造成的道路拉鏈工程，具有較高的社會及經濟效益。但該工藝針對的管材主要是鋼管、PE管、鋁塑管、銅塑管、電纜、光纜等，對于城市雨污水大管徑（1500mm以上）和對管材有嚴格要求的管網鋪設有一定的限制，并且對于雨污高程的控制較難，不適用于雨污分流的市政建設中。

（2）液壓頂管施工。采用液壓設備，對鋼管（或外套管）軸向加壓，將其直接頂進地層實現穿越鋪設。根據地層條件和管材直徑大小，可采用一次頂進，邊鉆邊頂，運用人工在管內將土體挖出，邊掏邊由千斤頂輔助頂進管道等工藝方法。具體工序如圖2所示：

該工藝對于短距離、要求預算成本較低的工程采用較多，適用于管徑在φ800-2400mm以內的管道鋪設，但是對質量控制較難，如遇沙土及卵石地質容易造成路面塌陷，因涉及有人工作業，如施工區域地下水豐富還需進行降水、加固處理，無形中也增加了施工成本且存有一定的安全隱患。

圖2 液壓頂管工藝示意圖

（3）機械式頂管。主要是土壓平衡式頂管和泥水平衡式頂管。本文主要就常用的泥水平衡式頂管展開論述。它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。該操作系統主要由頂管機頭、地面操作臺及其他輔助設備組成，機頭內部有PLC控制箱，地面操作臺隊機頭給出動作信號控制機頭的動作，排泥系統將棄土排除，吊車下管，由千斤頂將管道分段頂進[2]。

泥水平衡頂管相對人工頂管，施工成本高，但是地質較為復雜時，采用泥水平衡機械頂管較人工頂管安全，且施工效率高，滿足長距離工程，安全、質量等方面均在可控范圍。工序如圖3所示：

圖3 泥水平衡施工示意圖

3 泥水平衡式頂管技術在城市雨污分流管道建設中的必要及影響

以參建的“玉帶路改造擴容及景觀提升工程”實例闡述頂管技術在市政工程中的應用。在施工前期論證方案中，該施工位置為緊鄰西河，在深約10余米的地下鋪設φ1800mm和φ2000mm的大管徑水泥排污管道，該路段穿越地層多為粉質黏土含少量砂卵石，離居民住宅僅10米，如采用人工掘進頂管需全程降水，管道埋深很深，降水難度大，降水對周圍建筑基礎影響較大，將污水管道的鋪設定為采用頂管施工，是該工程工期最長，難度最大的分部工程，全程未知因素多[3]。

（1）針對本工程的特點，對施工前的準備工作，必須細致、認真的進行。否則在開工后會造成人力、物力的浪費，甚至施工停歇，給工程施工進度帶來極為不利的影響。分別從技術、施工現場、相關單位配合協作、資金等方面進行充足準備后，開始進行頂管施工。

（2）管道沿玉帶路布置，北起玉帶路環島，南至文峰街二段（道路樁號為K0+831—K5+317），管道全長約4486m，其中K0+831—K1+007為77m的明施工，拉森鋼板樁+內支撐的支護方式，設計管道埋深4.56m-5.75m，開挖深度約5.0-6.0m，基坑長約為180m。標準段基坑寬度為4.0m；檢查井2100×1100段基坑寬度4.0m，檢查井4000×2900段基坑寬度6.0m，開挖面積約為750m2，其余均為頂管施工，分為人工掘進頂管和泥水平衡頂管。K1+007-K1+825和K3+213-K3+424采用泥水平衡法頂管施工，井間距不大于120m；K1+825-K3+213，K3+424-K5+317采用人工開挖掘進頂管施工。污水管道采用合格的鋼筋混凝土管，污水管道規格為：d1800、d2000。管材采用III級鋼筋混凝土管，柔性接頭f型鋼承口，管道混凝土等級選用C50。其中K0+831—K2+850為DN1800，坡度為1.9‰，K2+850—K5+317為DN2000，坡度為0.8‰，管底埋深-4.55m至-11.70m。

①實施。

圖4 玉帶路施工示意圖

微型掘進機被主頂油缸向前推進，掘進機頭進入止水圈，穿過土層到達接收井，整個過程由電動機提供能量，轉動機頭切削刀盤，通過切削刀盤進入土層。挖掘的土質，石塊等在轉動的切削刀盤內被粉碎，然后進入泥水艙，在那里與泥漿混合，最后通過泥漿系統的排泥管由排泥泵輸送至地面上。掘進機完全進入土層以后，電纜、泥漿管被拆除，吊下第一節頂進管，它被推到掘進機的尾套處，與掘進頭連接管頂進以后，挖掘終止、液壓慢慢收回，另一節管道又吊入井內，套在第一節管道后方，連接在一起，重新頂進，這個過程不斷重復，直到所有管道被頂入土層完畢，完成一條永久性的地下管道。

②竣工自檢。組成分項工程的檢驗批全部合格，且分項工程所含的質量控制資料全部齊全。組成分部工程的檢驗批和分項工程全部合格，且分部工程所含的質量控制資料、安全和功能檢測資料，感觀質量驗收資料齊全，并通過有關部門的驗收合格后，方能施工下個分部工程。施工中嚴格按照《建設工程文件歸檔整理規范》（GB/T50328-2014）進行整理，并結合四川省南充市規定遵照執行，確保了各工序、分項、分部工程質量的驗收都處于檢驗批主控項目和一般項目的檢測之下，實現了工程質量的全面控制，較之K1+825-K3+213，K3+424-K5+317采用人工開挖掘進頂管施工的標段實現了短期可控、高質高效的實際效益。

圖5 玉帶路施工步驟圖

4 結語

市政工程特別是城市給排水在進行施工建設的過程中，采用了頂管技術，這項技術是一項全新的施工技術，并且在工程建設中已經得到了廣泛的應用.其中機械式頂管，尤其是最常用的泥水平衡式頂管技術以其環保和施工穩定的優勢被越來越多的應用到市政給排水工程建設中，這種施工技術的運用不需要對地面進行開挖，施工作業在地下進行，管道的鋪設和維修不會對路面的交通造成影響，同時施工還能夠減少對環境的影響，一定程度上可以有效的提升經濟效益和社會效益，從而促進我國城市給排水的良性發展，應該在市政工程中進一步推廣。