頂管技術在市政排水施工中的應用

江志源

廣東南方建設集團有限公司 廣東 茂名 525400

現代市政排水工程領域存在多種施工技術，如頂管技術、開槽埋管技術等，每種技術具有不同的特點與優勢，其中，頂管技術具有施工周期較短、投入成本較低、施工限制計較少、產生的噪聲較低等優勢，因而在現代市政排水工程領域中廣泛使用，為現代城市建設打下良好基礎。所以，對頂管技術在市政排水施工中的應用進行研究具有重要意義，為更好地開展頂管施工提供支持。

1 頂管技術特點

頂管技術是現代市政排水工程中較為常見的技術之一，無需再路面進行挖掘，即可完成管道鋪設工作，因而又叫做非開挖管道鋪設技術，相對于常規開挖施工技術來說，頂管技術存在諸多優勢，具體包括下述幾個方面：(1) 施工時，只需要在相應位置處鉆出適當大小的孔洞，將管道頂入到地下，即可完成整個施工活動，無需大面積施工，降低對地面的破壞，受到環境約束較小。(2) 由于施工時無需大范圍挖掘，且不會對路面造成破壞，行人可在地面上正常行走，對周邊交通運輸情況的影響并不是很大。(3) 施工中的大型設備較少，產生的噪聲較低，震動不是很強，不僅可以使現有管線正常使用，而且對周邊居民的生活并無太大干擾。(4) 頂管施工過程中，可將其頂入到較深的地下，能夠在地面存在公路、建筑物等場所內施工，應用更加廣泛[1]。需要注意的是，該施工技術也存在一些缺陷，如施工工藝技術性較強，對施工人員的綜合素質要求較高，且在施工之前，若對施工現場環境并不了解，則會容易引發一些施工事故，如對現有管線破壞。

2 頂管技術流程

頂管施工時，主要包括前期準備、導向鉆孔、預擴孔、管道頂進、頂管出洞等五個環節構成，如圖1所示。

圖1 頂管技術施工流程圖

2.1 前期準備

2.1.1 管道準備

頂管施工時，施工人員首先要做好前期準備工作。一般情況下，市政排水工程施工時，選擇鋼筋混凝土管即可，若對防腐性要求較低，也可選擇適當的鋼管。不論選擇何種材料制成的管道，均要確保管道符合相關標準要求，若管道質量較差，不符合要求，不僅導致施工過程中處出現管道破損的現象，影響后續使用，而且在排水工程使用時，也會增加裂縫、損壞的幾率，也對整個排水工程的應用造成干擾。具體來說，需要從下述幾方面選取則管道。

(1) 直徑。現代排水工程領域存在多種規格的管道，每種規格管道的排水量等略有差異，工程施工時，應針對工程排水量的需求，選擇最佳規格的管道，一般來說，管道內徑應在50cm以上。

(2) 長度。在管道選擇時，應針對工程實際需求，選擇最佳長度的管道。由大量實踐研究可知，對管道頂進時，管道長度較長一些，可降低頂進難度，降低施工工作量，但若頂進時發生偏差問題，則很難予以調整，影響施工質量。若管道較短，也會對施工質量造成一定影響，即管道會想周邊土層擠壓，使得管道出現彎曲的問題，不利于管道的后續使用。因此，施工單位必須對管道的長度產生重視[2]。施工過程中，一般按照下述原理選擇管道長度：若管道長度與外徑比值低于1.1，選用較短的管道；若該比值在1.1～1.15范圍內，選擇標準管；若該比值在1.15～2.1范圍內，則選擇較長的管道。

2.1.2 頂管工程力學參數設置

為了使頂管施工順利進行，需要在正式施工之前，確定出最佳的工程力學參數，具體來說，主要包括下述兩個方面：(1) 頂力。計算公式以為：F=F0×F1，其中，F0表示初始頂力，F1表示管壁摩擦力。對于初始頂力來說，主要由公式：F0=a×pe×BC×2π/4獲得，其中，a表示綜合系數，可通過對施工現場地質資料查詢獲得；pe表示土倉壓力，一般選擇150kpa；BC表示管道外徑，通過對管道測量而得。對于管壁摩擦力來說，可由公式：F1=RSL獲得，其中，R表示綜合摩擦阻力，可通過對施工現場地質資料查詢獲得；S表示管道外周長，可通過對管道測量而得；L表示推進長。(2) 管道摩擦力參數。通過公式：F=knGL獲得，其中，F表示總摩擦力；k表示綜合減阻系數，數值一般在0.3～0.4范圍內；n表示土質系數；G表示管道的重力；L表示頂進距離。

2.1.3 其他準備

選擇好最佳的管道后，則應進行其他方面的準備工作，具體來說，包括下述三個方面：(1) 現場布局。如根據施工需求，選擇合理的起重機，并將其移動到適當位置處，并對設起重機進行檢查，確保起重機無任何故障；在施工現場內，設置出合理的材料堆放區、攪拌棚、垃圾處理區等，以保證現場施工活動有序進行，防止現場布置混亂而影響工程施工。此外，在頂管井旁邊，安裝適當高度的扶梯，為施工人員上下井提供支持。(2) 土體加固。施工時，若未對土體進行加固處理，隨著管道的頂進，可能導致土地塌落，影響工程進度，增加施工危險性。所以，還應對周邊土地加固，以保證整個頂管施工安全、順利進行。(3)安裝阻水裝置。在井口處，安裝相應的阻水裝置，防止進出井口的泥水或壓注的觸變泥漿流失，提升施工質量。

2.2 導向鉆孔

施工時，通過測量放樣的方式，確定出管道軸線，并以此為基礎，利用相應的鉆孔機，在路面上鉆取適當大小的孔洞，為管道的頂進做好準備。鉆孔過程中，還應對孔洞進行測量，判斷孔洞是否符合要求，若出現偏移問題，應先停止鉆孔，并重新設置鉆頭傾角、旋轉角等參數，改變鉆頭方向，以此達到調整鉆孔方向的目的，使孔洞保持平直，符合頂管施工要求。完成鉆孔工序后，對發射坑入土口、接收坑出土口的標高與方位予以檢測，確保其符合施工要求。整個施工過程中，可能出現扭矩、漏漿等現象，影響施工活動的進行，并為施工活動帶來更高的安全隱患。所以，出現這些問題時，應立即中斷施工，分析引發這些問題的原因，并采取相應的技術手段予以處理，之后才可繼續施工。此外，鉆出導向孔后，還應對鉆孔內部與周邊進行清理，使鉆孔保持潔凈，無碎石、土塊等雜質，防止管道頂進時出現破損。

2.3 預擴孔

導向鉆孔施工結束后，可以得到內徑較小的空洞，不符合管道頂入的要求，所以，還應將導向頭卸載，并安裝擴孔鉆頭，以此完成預擴孔工序。擴孔過程中，應確保作業坑中泥漿頁面高度在地下水位標高之上。與此同時，為了保證擴孔質量，應選擇高質量的泥漿材料，并嚴格按照設計方案配置泥漿，在泥漿使用時，碎石對泥漿性能予以檢測，確保泥漿性能符合施工要求，為施工活動更好地開展奠定良好基礎。一般情況下，通常采用桶式擴孔器，將擴孔器啟動后，設備會高速旋轉，并產生較大的離心力，在該離心力的作用下，逐漸對孔洞墻壁進行擠壓，從而對孔洞進行加固，針對地層特性，設定擴孔器的運行速度，以便對鉆孔進行檢查。每個孔洞擴孔時，分6次完成，第6次擴孔時，選擇擠擴式鉆頭，若存在較高的扭矩，則應進行7次擴孔，以保證孔洞的穩定性[3]。擴孔施工時，應詳細記錄下各方面信息，如施工總時間，鉆孔速度、扭矩、土質特性等，為鉆孔質量檢查提供依據。施工過程中，應對施工活動密切觀察，及時發現扭矩、漏漿等問題，若發現問題，第一時間中斷施工，分析引發這些問題的原因，并采取相應的技術手段予以處理，之后才可繼續施工。回擴時，對地層進行監測，準確了解地層水平變化情況，并以此為基礎，結合工程需求，制定出相應的控制方案，以保證擴孔施工質量。完成后擴工序后，通過專業的檢測設備，對孔洞予以檢測，確保孔洞符合標準要求，并對鉆孔內部與周邊進行清理，使鉆孔保持潔凈，無碎石、土塊等雜質，防止管道頂進時出現破損。

2.4 管道頂進

得到適當大小的孔洞后，則應開展管道頂進工序，主要操作流程為：(1) 將工具頭放入到導軌上，達到標準要求后，固定頂鐵，并對施工設備予以檢查，確保設備無問題后，通過相應的檢測設備，對檢測工具的水平與垂直標高予以檢測，確保其符合要求。(2) 當所內容全都符合要求后，將管道放入到孔洞內，重新測量標高，確定無問題后，開展試頂操作，判斷前期設計出來的參數是否符合要求，如不符合要求，則應對參數予以適當調整，并重新試頂，待所有參數均符合要求后，可正式開展頂管操作。管道頂進時，一方面，風鎬在前方進行挖掘，另一方面，在千斤頂的作用下，逐漸將管道頂進該設備運行原理為：先對頂鐵擠牢進行固定，在工具進入適當距離后，將油泵啟動，向千斤頂提供適當油液，使活塞移動，在活塞的推動下，將管道向前頂進一段距離。之后油泵終止運行，打開控制閥，千斤頂內的油液返回至油箱內，活塞移動到初始位置；再次增加頂鐵，重復以上操作，直到整個管道完全進入地下為止；將設備上所有頂鐵全部卸下，孔洞內放入管道，通過環形橡膠環將兩管道連接，使兩管道緊密結合成一個整體，并提升連接區域受力的均勻性。最后，對管道頂進情況進行測量，并對管道予以調整，保證導管符合標準要求[4]。

此外，頂進過程中，需要注意下述幾個方面：(1) 穿墻施工前，應做好相應的準備工作，如通過注漿加固的方式，對墻管外圍予以處理，提升周邊土體的強度，防止管道頂進時對周邊土地造成破壞，影響頂管施工的正常進行。(2) 穿墻頂進過程中，將門板打開后，第一時間推動工具管，使其快速移動到井外。(3) 在適當位置處，安裝相應的防水裝置，如填塞水泥漿、固定法蘭等，用于防止管道內部進入水分。

2.5 頂管出洞

將管道頂入到孔洞內后，則應開展頂管出洞操作，這一操作是整個施工活動中非常重要的一個環節，這一環節開展得好壞，直接關系到整個頂管施工質量。所謂的頂管出洞，指的是頂管設備與第一節管道從作業井進入土體開始正常頂管前的過程。為了確保管道能夠從工作井中順利出洞，應確保作業井比管道外界略大一些，一般控制在100mm左右，防止由于作業井尺寸不足，增加管道出洞難度，或導致管道破損。此外，頂管出洞施工時，受到各方面因素的影響，使得各種安全事故的發生率相對較高，不僅影響工程建設，而且還會對人員生命健康帶來威脅。所以，在施工時，應對安全事故予以高度重視，根據以往施工經驗，制定出相應的控制措施，以降低施工安全事故的發生率，確保整個施工活動順利進行。如當管道出現偏斜問題，則要對工具用管調零，并在其下部的井壁上，安裝相應的制成，用于工具用管的控制。若支撐不牢固，也應對其進行適當處理，提升支撐的實際應用效果[5]。

3 頂管施工的質量保障措施

為了保證頂管施工順利進行，還應加強對整個施工工作進行管理，以確保施工質量符合要求，為排水工程更好的使用打下良好基礎。(1) 選擇高素質的施工隊伍。相對于其他排水工程施工技術來說，頂管施工技術水平更強了，對施工人員的要求更高，若選擇素質較低的施工隊伍，很容易在施工過程中出現各種問題，影響頂管施工質量與效率。所以，在施工之前，必須選擇高素質的施工團隊，施工團隊中的每一名人員均要掌握頂管施工技術，了解相關設備的操作等，為施工活動提供人員支持。(2) 根據施工需求，從長度、材質、管徑等角度出發，選擇最佳的管道。(3) 制定完善的管理制度。根據施工單位發展情況，結合頂管施工特點，制定出完善的管理制度，通過制度對施工人員進行引導與約束，確保整個施工操作嚴格遵循相關標準流程，以提升施工活動的規范性。(4) 監控系統。施工單位利用先進的信息化技術手段，開發出性能良好，且功能完善的施工現場檢測系統，通過該系統對施工現場及各環節施工情況予以檢測，及時發現其中存在的問題與缺陷，并向相關人員發出警報，相關人員接收到這一信息后，及時予以處理，以此確保整個施工活動質量符合要求。

4 總結

綜上所述，傳統排水工程建設時，通常以開槽埋管技術為主，可構架進出高質量的排水工程，為社會發展與人民生活提供幫助。但對該技術深入分析后可以發現，其中存在較多缺陷，如施工面積大、操作較為繁瑣等，不符合現代社會發展需求。所以，為了推動社會向著更加良好的方向發展，在排水工程施工時，應加強對頂管技術的應用。