浅谈市政工程中顶管施工技术
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摘 要：本文结合工程经验论述了建设工程中顶管施工的特点与要点，为今后类似工程提供设计、施工、监理等参考资料。
随着城市建设规模的不断扩大，原有的地下设施已不能满足现有城市建设的要求，需进行改造或新建。但现有的城市经近几年的大力建设，道路等级越来越高，交通重逐年上升，各级政府对城市道路开挖进行了禁止或限制，许多建设已无法采用开槽埋管施工工艺，故顶管施工必将在城市建设中得到广泛的应用和发展。为了更好地保护城市环境，方便居民生活，减少施工造成的交通影响，目前各个城市都在积极推行顶管施工技术。中国非开挖技术协会出版的《顶管施工技术及验收规范》（试行）中明确说明：“当地下管道和其它管线的铺设可以通过顶管施工工艺在交通、建筑、经济和环境保护方面带来好的效益的时候，应采取非开挖施工方法。”
1.顶管施工技术
根据管道口径的不同，可以分为小口径、中口径和大口径三种。小口径是指内径小于800mm不适宜人进入操作的管道；中口径管道的内径为800mm至1800mm之间；大口径管道是指内径不小于1800mm的操作人员进出比较方便的管道。通常，人们所说的顶管法施工主要是针对大口径管道而言。管道顶进作业的操作要求根据所选用的工具管和施工工艺的不同而不同。
1.1小口径顶管
小口径顶管是指内径小于800mm的管道。常用的小口径顶管管材有无缝钢管、有缝钢管、混凝土管包括钢筋混凝土管和可铸铁管。这种小口径管道一般不易进入或者无法进入，不可能进行管内操作，因此与大口径管道顶管相比有其特殊性。小口径顶管常用的施工方法可以分为挤压类、螺旋钻输类和泥水钻进类三种。（1）挤压类：挤压类施工法常适用于软土层，如淤泥质土、砂土、软塑状态的黏性土等，不适用于土质不均或混有大小石块的土层。其顶进长度一般不超过30m。挤压类顶管管端的形状有锥形挤压和开口挤压两种。锥形挤压类顶管正面阻力较大，容易偏差，特别是土体不均和碰到障碍时更容易偏差。管道压入土中时，管道正面挤土并将管轴线上的土挤向四周，无需排泥。为了减少正面阻力，可以将管端呈开口状，顶进时土体挤入管内形成土塞。当土塞增加到一定长度时，土塞不再移动。如果仍要减少正面阻力，必须在管内取土，以减少土塞的长度。管内取土可采用千出泥或水冲法。（2）螺旋钻输类：螺旋钻输类顶管是指在管道前端管外安装螺旋钻头，钻头通过管道内的钻杆与螺旋输送机连接。随着螺旋输送机的转动，带动钻头切削土体，同时将管道顶进，就这样边顶进、边切削、边输送，将管道逐段向前敷设。这类顶管法适用于砂性土、砂砾土以及呈硬塑状态的黏性土。顶进距离可达100m左右。（3）泥水钻进类。泥水钻进顶管法是指采用切削法钻进，弃土排放用泥水作为载体的一类施工方法，常适用于硬土层、软岩层及流砂层和极易坍塌的土层。由于碎石型泥水掘进机具有切削和破碎石块的功能，故而常采用碎石型泥水掘进机来顶进管道，一次可顶进100m以上，且偏差很小。顶进过程中产生的泥水，一般由送水管和排泥管构成流体输送系统来完成。扩管也是小口径顶管中常用的一种工艺，它是先把一根直径比较小的管道顶好，然后在这根管道的末端安装上一只扩管器，再把所需管径的管道顶进去，或者把扩管器安装在已顶管子的起端，将所需的管道拖入。
1.2大口径顶管
人工掘进顶管。由人工负责管前挖土，随挖随顶，挖出的土方由手推车或矿车运到工作坑，然后用吊装机械吊出坑外。这种顶进方法工作条件差，劳动强度大，仅适用于顶管不受地下水影响，距离较短的场合；机械掘机顶管法。机械掘进顶管法与手工掘进顶管法大致相同，除了掘进和管内运土不同外。它是在顶进工具管里面安装了一台小型掘土机，把掘出来的土装在其后的上料机上，然后通过矿车、吊装机械将土直接排弃到坑外。该法不受地下水的影响，可适用于较长距离的施工现场；水力掘进顶管法。水力掘进顶管法是利用管端工具管内设置的高压水枪喷出高压水，将管前端的水冲散，变成泥浆，然后用水力吸泥机或泥浆泵将泥浆排除出去，这样边冲边顶，不断前进。管道顶进工作应连续进行，除非管道在顶进过程中，工具管前方遇到障碍；后背墙变形严重；顶铁发生扭曲现象；管位偏差过大且校正无效；顶力超过管端的允许顶力；油泵、油路发生异常现象；接缝中漏泥浆等情况时，应暂停顶进，并应及时处理。顶管过程中，前方挖出的土可用卷扬机牵引或电动、内燃的运土小车及时运送，并由起重设备吊运到工作坑外，避免管端因堆土过多而下沉，而改变工作环境。
2.顶管施工的测量与偏差控制措施
2.1测量
顶管施工中的测量，应建立地面与地下测量控制系统，控制点应设在不易扰动、视线清楚、方便校核、利于保护处。在管道顶进的全部过程中应控制工具管前进的方向，并应根据测量结果分析偏差产生的原因和发展趋势，确定纠偏的措施。管道顶进过程中，应对工具管的中心和高程进行测量。测量工作应及时、准确，以便管节正确地就位于设计的管道轴线上。一般情况下，高程测量可用水准仪测量；轴线测量可用经纬仪监测；转动测量常用垂球进行测量。如采用较先进的测量方法，可采用激光经纬仪测量。测量时，在工作坑内安装激光发射器，按照管线设计的坡度和方向将发射器调整好，同时管内装上接收靶，靶上刻有尺度线。当顶进的管道与设计位置一致时，激光点直射靶心，说明顶进质量良好，没有偏差全段顶完后，应在每个管节接口处测量其轴线位置和高程；有错口时，应测出相对高差。测量记录应完整、清晰。
2.2纠偏
管道在顶进过程中，由于工具管迎面阻力分布不均匀，管壁周围摩擦力不均和千斤顶顶力的微小偏心等都可以导致工具管前进的方向出现偏移或旋转。
（1）衬垫校正法。对于在淤泥或流砂地段施工的管子，因地基承载力较弱，经常出现管子低头现象，这时在管底或管子一侧添加木楔，使管道沿着正确的方向顶进。
（2）挖土校正法。即通过采用在不同部位增减挖土量的办法以达到校正的目的，其校正误差范围一般不要大于10～20mm。该法多用于黏土或地下水位以上的砂土中。根据施工部位的不同，可分为管内挖土纠偏和管外挖土纠偏两种。当采用管内挖土纠偏时，开挖面一侧保留土体，另一侧开挖，顶进时土体的正面阻力移向保留土体的一侧，管道向该侧纠偏。如采用管外挖土纠偏，则管内的土被挖净，并挖出刃口，管外形成洞穴。洞穴的边缘，一边在刃口内侧，一边在刃口外侧，顶进时管道顺着洞穴方向移动。
（3）强制校正法。当偏差大于20mm时，用挖土法已不易校正，可用圆木或方木顶在管子偏离中心的一侧管壁上，另一端装在垫有钢板或木板的管前土壤上，支架稳固后，利用千斤顶给管子施力，使管子得到校正。如管道在弱土层或流砂层内顶进时，很容易出现下陷的情况；如管道前端堆土过多外运不及时时，也容易下陷；此外错口现象也时有发生。当出现此类现象时，可采用强制校正法进行校正。
3.顶管管道施工质量控制要求
3.1一般质量控制项目
管道内应线形平顺、无突变、变形现象；一般缺陷部位，应修补密实、表面光洁；管道无明显渗水和水珠现象。管道与工作井出、进洞口的间隙连接牢固，洞口无渗漏水。检查方法：观察每个洞口。钢管防腐层及焊缝处的外防腐层及内防腐层质量验收合格，检查方法：观察。有内防腐层的钢筋混凝土管道，防腐层应完整、附着紧密，检查方法：观察。管道内应清洁，无杂物、油污，检查方法：观察。
3.2主要质量控制项目
管节及附件等工程材料的产品质量应符合国家有关标准的规定和设计要求，检查方法：检查产品质量合格证明书、各项性能检验报告，检查产品制造原材料质量保证资料；检查产品进场验收记录。接口橡胶圈安装位置正确，无位移、脱落现象；钢管的接口焊接质量应符合相关规定，焊缝无损探伤检验符合设计要求，检查方法：逐个接口观察；检查钢管接口焊接检验报告。无压管道的管底坡度无明显反坡现象；曲线顶管的实际曲率半径符合设计要求，检查方法：观察；检查顶进施工记录、测量记录。管道接口端部应无破损、顶裂现象，接口处无滴漏，检查方法：逐节观察，其中渗漏水程度检查按有关规定。
4.结束语
顶管施工较之开槽埋管有很多优点：减少了土方开挖量；对交通影响很小；施工作业人员少；提高了施工的安全性；建设公害小；提高了文明施工的程度；顶管施工在过去是作为一种特殊的施工手段，不到万不得巳，一般不轻易采用，且使用范围也较小。如今，顶管施工作为一种常规的施工工艺，以其施工速度快、施工精度高、适应土质范围广，施工技术逐趋完善、工程造价不断降低，而广泛地得到业主和施工单位的认可和欢迎。随着我国经济的不断发展，城市化进程的加速，顶管施工必将以其独特的优势在城市建设中的各领域得到更广泛的应用和发展，发挥出更大的作用。
参考文献：
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