市政管線工程頂管施工技術研究

董澤青

摘 要：本文以實際市政工程為依據，對頂管施工技術的施工過程、施工監測、注漿、頂管作業、工作坑設計以及施工技術原理等內容進行了簡明扼要的研究和分析，旨在為今后市政管線的施工提供借鑒。

關鍵詞：市政工程;頂管技術;管線施工

中圖分類號：TU990.3 文獻標識碼：A

1 對頂管施工技術的優點和缺點進行分析

在對管道進行敷設時，頂管是非開挖技術之一，在使用該技術進行施工時，不需要對原有的道路進行開挖，采用點施工的方式代替線施工，使施工干擾進一步降低。

通過對明挖法管道敷設進行分析和對比，可知頂管施工技術的優點為：

（1）使用點操作代替原有的線操作過程，可以使施工工作面進一步縮小，從而達到降低安全風險的目的;（2）由于頂管施工的施工深度較深，因此可以降低對周邊環境、城市地表交通、空氣污染以及噪聲污染等影響。

與此同時，頂管施工技術也存在缺點，主要如下：

（1）使用頂管技術進行施工，具有較大的難度，因此其需要施工人員有過硬的素質和技術，除此之外，在施工開始之前，施工單位應該嚴格仔細的對施工方案進行驗算和設計;（2）在對硬質巖進行施工過程中，由于施工周期相對較長，導致施工成本增加。

2 頂管施工技術的具體內容

2.1 對工具管進行選擇

在對工具管進行選擇的過程中，應該以工作管為依據，并保障施工操作空間符合要求。在對本工程進行施工過程中，采用重型鋼鐵混凝土管作為施工工具管，φ400管道工具管的外徑為1 240 mm、壁厚為120 mm、管內徑為1 000 mm;

φ1 000管道工具管外徑為1 440 mm、壁厚為120 mm、內徑為1 200 mm。

2.2 施工的主要順序

在對頂管施工過程中，主要可以分為兩部分：第一，主管線螺旋鋼管的頂進施工;第二，重型鋼筋混凝土工具管的頂進施工。通過對自來水管道以往的頂管過程實施分析，再與現場地質相結合，可知該地是強風化凝灰巖，因此在對工具管進行頂進施工時，應先人工破碎巖體，在此過程中，施工人員首先應該使用風鎬對工具管進行處理，使其外徑輪廓與設計要求相符，當工具管就位后，應一邊開挖一邊頂進完成下一步施工。若頂進時阻力增加，為了使阻力降低，施工人員應進行注漿處理。

2.3 對工作井進行設計

（1）平面位置。該項目的工作井平面尺寸是10.5 m×

4.0 m，主要位于施工主干道的西側。以基底地質情況和平面尺寸為依據，實施放坡開挖，放坡系數為1：0.5，開挖的深度為5.5 m。接受坑位于施工主干道的東側，其平面尺寸與工作井一致，以地基地質情況和平面尺寸為依據，實施放坡開挖，開挖的深度為5.3 m，放坡系數為1：0.5。

（2）對邊坡進行加固處理。在對工作井邊坡實施加固處理時，通常應采取掛網噴射混凝土的處理手段。邊坡掛網的鋼筋網規格為φ6.5，混凝土的厚度為8 cm，網格間距為20 cm×20 cm。施工順序為：清理邊坡，并完成錨固鋼筋的安裝，再在上方掛鋼筋網片，最后對混凝土進行噴射并養護處理。

2.4 頂管作業

本工程頂管作業的順序是自西向東，頂進應沿著坡自下而上，坡度為2.4‰，高差是14.4 cm。

在完成對工作坑的防護施工后，應進一步對墊層和后背墻進行處理，墊層應按照就地澆筑混凝土的方法實施施工，最后還需人工找平;后背墻應按照模筑法實施施工，并在靠近邊坡的位置放置錨固鋼筋，并將φ12鋼筋網片設置在靠近千斤頂的位置，焊牢錨固鋼筋和鋼筋網片后，并使用方木、竹膠板等進行立模，完成混凝土的澆筑。

當澆筑完工作井的后背和墊層后，需要對液壓油缸、頂背鋼板以及導軌等設備實施安裝。在對導軌實施安裝時，為了避免因頂進松動所導致頂進的高程和軸線誤差，施工人員應確保其安裝的牢固性。

導軌安裝后，應先吊放工具管，再以其位置為依據對液壓油缸進行放置，完成軌道的安裝后，應吊放工具管，再以工具管位置為依據對液壓油缸進行放置，通常應在頂進斷面中心點以下選擇液壓油缸的受力作用點，一般為直徑的1/3～2/5位置處。

當設備就位后，便可頂進施工，人工挖掘出渣。由于該工程實際地質較硬，所以需借助風鎬和水墨鉆等工具對其實施處理，并邊開挖邊頂進進行施工。在實施頂進時，施工人員每頂進一節管道，就應對管口的嚴密性和準確性進行分析，使其頂進方向與軸線一致。

2.5 注漿

在頂管施工結束后，開挖作業面和工具管之間存在一定的風險，為了防止出現沉降，應使用注漿泵對坑壁進行處理。注漿的組成有灌漿劑、水、水泥，水泥砂漿強度不小于50 MPa，水泥強度應大于42.5 MPa，稠度為14 s～18 s，泌水率應不大于3%。

2.6 管道糾偏處理

在對工具管進行頂進施工過程中，由于外力受力不均勻，頭部會與設計標高和軸線之間出現偏差，因此施工人員應對工具管進行糾偏處理，糾偏角度應小于0.5°。每頂進1 m后，施工人員就應對偏差進行測量，并對管道的運動軌跡進行分析，對糾偏大小進行確定。

2.7 基坑監測

將監測點沿著基坑周邊進行布置，監測點使用1根φ16鋼筋，入土深度為1 m，并使用C20細石混凝土對周邊進行澆搗密實處理，并在周邊安置圍護和標志，每個工作井周邊坡頂位移監測點的數量應為2個。除此之外，為了對管道上方巖體穩定性進行監測，應將一個觀測點設置在頂管作業上方。

當開挖深度不超過5 m時，應每兩天監測一次，當出現異常情況或者雨天時，應提高監測頻率。當監測值不符合要求時，施工單位應及時與建立和設計單位進行聯系，并對其進行處理。報警值主要有以下幾個方面：（1）當頂部水平或者豎直累計位移絕對值為30 mm，每天的變化量超過3 mm時;（2）基坑周邊豎向累計位移的絕對值為35 mm，每天的變化量超過3 mm時。

2.8 對頂力進行計算

在對頂進設備的頂力進行計算時，應采用如下公式（以φ1 200工具管為依據）：

F=N×M×f/η

其中：油缸油耗損耗為η;摩阻系數為f;單節工具管自重為M;工具管節數為N;最大頂力為F。

每節φ1 200工具管長度為2 m，摩阻系數為1.5，自重為2.5 t，油耗損耗為0.8。由此可計算出最大頂力為140.6 t。

以管道所處的水文地質和最大頂力情況為基礎，配置2臺（1臺為備用）400 t的臥式千斤頂，行程為0.5 m。

2.9 對后背墻進行檢算

后背墻的設計墻厚為0.3 m，高度為1.5 m，寬度為2 m，內襯鋼筋網片規格為φ12@100，混凝土強度為C30。公式如下：

F≥P/[σ]

其中：混凝土允許承載力為[σ]，取1 000 kN/m2;計算頂力為P，取1 406 kN;混凝土后背面積為F。

由此可計算出，F為1.406 m2，安全系數為2時，F為2.8 m2，因此實際施工過程中后背墻面積為3 m2，符合施工要求。

3 頂管施工的問題和措施

3.1 頂管機旋轉

為了防止頂管機出現旋轉，可以將配重擺放在頂頭內。當頂管機出現左旋現象時，可將配重放置在機內右側，反之應放在左側。

3.2 崩鐵事故

當對最后幾節管進行頂進施工時，由于頂力過大，會出現崩塌事故，這主要是因為由于縱向頂鐵過程導致頂力偏移，從而出現偏心荷載。為了避免崩塌事故，施工人員應對壓力表指針的變化進行實時觀察。

4 結束語

在市政管線施工過程中，頂管技術涉及機械、工程測量以及地質等多個方面，因此為了使管道順利敷設，施工單位應提高自身的頂管技術的水平。本文通過對某工程的實際施工進行分析，對頂管技術的內容進行了總結，為今后施工提供借鑒。

參考文獻：

[1]李健.頂管施工法的技術特點分析[J].筑路機械與施工機械化，2006，31（01）：1-3.

[2]葛金科，沈水龍，許燁霜.現代頂管施工技術及工程實例[M].北京：中國建筑工業出版社，2009.