頂管施工工藝在市政管網施工中的運用探討

張文濤 于澤江 陳曉庭

中國建筑第七工程局有限公司南方分公司 廣東 深圳 518000

在市政管道施工時，頂管工藝無需將施工區域的管線線路挖開，借助設備頂進管道穿過地下結構物，特別是一些復雜的、開挖難度較大的區域，從而將管道鋪設到指定區域[1]。無論是在成本控制上，還是在工期控制上，新的施工工藝都比傳統工藝更具優勢，效率高、無污染，符合生態文明建設的大局。

一、頂管施工工藝概述

（一）泥水式推進法

泥水平衡頂管系統可分為三個主要組成部分，地面操作臺、頂管機頭、輔助設備等。值得注意的是，機頭中安裝了PLC控制箱，在控制機頭時，可以由地面操作臺發出控制信號，機頭在接收指令后完成任務[2]。排泥系統可以清理掉管道內的泥土，完成下管作業后，可以借助千斤頂實現分段頂進管道作業。在工具管前進的同時，刀盤通過轉動進行開孔，然后由進泥管供應泥水。此外，還要保障泥水艙壓力的穩定，這樣可以為刀盤向前鉆進提供良好環境。

（二）頂管施工的優勢

在施工的過程中，第一，與開槽施工相比較而言，頂管施工地下作業的工作方式決定了其工作會給外界帶來良好的環境，不僅工作噪聲小而且粉塵量極少，有利于創建安靜、祥和的居民生活環境。第二，基于頂管工藝的施工方式為地下作業，只挖掘作業的小坑，所以地表開挖面積小；在頂進工藝過程進行時，挖掘土方面積僅為管道斷面面積，節省了工程量和工程成本，對總工程的工期縮短有促進作用[3]。第三，一直以來地面沉降量都是工程中主要考慮的問題，沉降量的出現對于控制沉降量有很大的幫助。由實踐結果顯示，采用頂管工藝后地面沉降量非常小基本不會影響到地面建筑。

二、頂管施工工藝

頂進技術工作井和接收井設置。頂管井包含著接收井和工作井，頂管井結構主要為鋼筋混凝土，其結構強度較高。工作井一般都是單排孔和單孔井，單孔井主要是圓形、矩形以及正方形等形狀，對于單排孔井形狀通常為矩形。而大多情況下，工作井的形狀、結構要結合現場地質、環境確定。完成施工作業后,需要全面檢查工作井、接收井質量，嚴控各項施工指標[4]。頂管施工時最大的難點在于穿墻施工，施工要點主要是防水處理問題，在將穿墻門板打開后，應該立即將工具管頂出，且做好防水措施。

頂進設備的選型、布置及安裝。頂管機選型如果不適合施工條件，則會帶來不良后果；輕則使得施工進度受到影響，重則使得頂管施工失敗，所以務必控制好機型。①要集合土質選擇：頂管機適應范圍都有嚴格標準，無論是軟土土質，還是砂礫土質，都無法通過同一機型完成施工。首先要了解該機的結構和工作原理，再查看它的使用業績，根據生產廠商所提供的業績資料做進一步 的核實和調查研究。②與設計條件相適應:這里是指設計圖紙中的要求和規定，如頂進管的直徑、材質、頂進的長度和線型、工作坑和接收坑的構筑形式、覆土深度等條件[5]。③適合地面條件:很多時候，施工區域存在建筑物、鐵路、大堤、公路、駁岸等設施，所以必須確保頂管機施工后這些設施的穩定性，避免出現沉降。與此同時，對于地下水以及構筑物等也要充分了解，防止施工破壞這些地下構筑物結構。④頂管機可靠性:頂管機質量取決于頂管機作業的穩定性，環境因素、人為因素都會導致頂管機質量出現變化。

工作井內需要配置完整的設備有后背墻、設備導軌、導軌、后座墊鐵、千斤頂、后座泵站、千斤頂支架等。在進行吊入工作前，需要做好詳細檢查工作，特別是裝、卸機頭時，要始終確保機頭的平穩性，采取緩慢裝卸的方法，防止機頭出現沖擊、碰撞問題，同時也要通過專人指揮進行裝卸，方可保障裝卸作業的安全性。完成機頭安放工藝后，需要將機頭前后端中心偏差測出，在確定機頭與導軌吻合度滿足要求后再進行后續作業。

三、頂進施工

（一）頂力及管材設計

工程實施前,要先做好頂力模擬試驗,在考慮實際參數的影響情況下,確定頂管受力狀況,以便掌握施工進度[6]。在管材設計上，要對鋼筋的質量與分布結構做好嚴格把關,對于混凝土的強度也要達到設計要求。此外，也要將頂管需糾偏處理工作做好,對于管道偏心受壓的情況應該及時了解，確保管道安全系數達到要求,避免不良影響。

（二）頂進方法

在對管網施工的時候，需要對地下地質、水位、管經等因素進行考慮，還要對黏性土層以及砂性土的地質條件進行檢測，并且要在地下水不會產生影響的基礎上，選擇手倔式以及挖掘式的頂管法進行施工，并對工作狀態的運行情況進行檢驗。在施工過程中如果是在黏性土層的環境中進行施工，可以通過土壓式的頂管法進行施工。

（三）頂管頂進及出洞

工作井沉井制作時，在預留洞口周邊位置加設鋼筋，并對井壁預留洞口進行封堵。洞口密封止水采用單道20mm厚密封膠圈加預埋鋼構件形式。密封膠圈收口直徑略小于管節外徑（20mm），保證頂進過程中密封膠圈壓緊密。頂管頂進過程中，需根據施工情況及時調整頂進速度，并根據頂進速度精確控制出土量。

頂管出洞是一項關鍵工藝。在頂進臨近接收井前，應將接收井施工完成，并做好準備工作[7]。當頂進施工臨近接收井時，應復測本段管道的長度是否符合設計要求，然后通過測量確定頂管機出洞的位置，在頂管機出洞前將該處井壁鑿除。在出洞過程中，頂管機應適當提高頂進速度，待頂管機完成定出洞口后，吊運出頂管機并做好洞口止水措施。

（四）中繼間的設置

在超長距離頂管施工中，為增加頂進距離，滿足長距離推進的要求，需布置中繼間。中繼間的結構主要由殼體、油缸、密封件等部件組成。中繼間的布置需與計算的頂力相匹配，并結合頂進施工過程中的具體情況進行調整。

在施工過程在需充分考慮頂進過程中頂力與土層阻力的變化，第一處中繼間一般布置在頂進千斤頂總推力達到40%-60%時，此后，每當中繼間總推力達到70%-80%時需布置下一個中繼間。超長距離頂管施工中中繼間采用成組的方式進行布置，通過多組中繼間同時工作的方式，可有效地提高頂進效率。

四、頂進施工工藝后期工作

（一）頂管測量

頂管施工前，需需根據頂管線路所布設的導線點及水準點，標定出井的平面位置及測定其深度，以指導工作井的開挖施工。并標定出始發井與接收井的管道中心點，并將其投設于地面作好標記。在頂進過程中，通過激光經緯儀測量，實時記錄頂管機頭頂進偏移量，通過控制糾偏千斤頂的伸縮量，以糾正頂管機的頂進方向，使其始終沿設計軸線頂進。

（二）頂管糾偏

進行頂管作業時，實施監控頂管機測量靶激光點位置變化情況，通過監控數據計算得出頂管機的斜率，并調整相應的糾偏千斤頂組的伸縮量，進而控制頂管機的頂進方向，保證頂管沿設計軸線頂進，并準確頂入接收井。

頂管管道穿墻后的30～40m范圍內的偏差是影響全段偏差的關鍵，特別是出墻洞時，由于管段長度短、工具頭重量大，進出洞口土質易受擾動等因素的影響，往往會導致向下偏，此時，應該綜合運用掘進機自身糾偏和調整千斤頂的作用力合力中心來控制頂管方向。

（三）穿墻止水

在頂管施工過程中，應采取措施防止地下水、泥砂和觸變泥漿通過管節與頂進洞口的間隙滲入工作井中。因此，在施工過程中需要對工作井周圍土體進行加工處理。其次，在頂進過程中在管節與洞口間隙安裝橡膠止水環，借助管道頂進帶動橡膠板形成逆向止水裝置。頂進施工結束后，待頂管機完全出洞，即用水玻璃或水泥漿填充管節與洞口間隙，以保證止水效果。

（四）泥漿減阻措施

施工過程中，通過3個注漿孔對管節外側噴射觸變泥漿，在管道與外圍土體間形成完整泥漿套，可有效減小頂進過程中管節外壁與土層間的摩擦阻力。連續頂進工作一般控制在12小時之內，每隔12小時之內至少注漿一次。重新開頂前需大量注漿，保證減阻效果，控制頂力，避免造成后背墻開裂及管節破損。

結束語

綜上所述,頂管是一種較為新型的地下管道鋪設技術,在市政工程建設的過程中發揮了巨大的作用,體現出一定的經濟效益和社會效益。由于這種技術的運用對于城市環境具有一定的保護作用,因此,為了促進城市建設的長久發展,頂管技術代表了未來城市建設的發展方向和趨勢。