市政工程中顶管施工工艺及需注意的问题
开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇市政工程中顶管施工工艺及需注意的问题范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！
摘要：顶管技术是属于非开挖技术的一种，非开挖的意思就是利用安全和经济的方法来进行施工，少挖和尽量不开挖来替换或者进行打下管道的铺设。本文主要对市政工程中顶管施工工艺进行了分析探讨。
关键词：市政工程；顶管施工；技术要求；注意问题
中图分类号：TU99 文献标识码：A 文章编号：
引言
顶管施工是一种新兴的地下管道施工方法，它区别于盾构施工，其最重要的特点是顶管施工不需要开挖面层即可完成相应的地下管线施工，顶管施工主要利用主顶油缸以及管道间、中继间的推力，将工具管以及其他挖掘管道设备由工作井一直穿过土层推到接收井，将工具管以及挖掘管道设备吊起，紧随其后的管道则埋设在两井之间，进而实现了非开挖敷设地下管道的施工工艺。
一、顶管施工的特点
顶管法相比开挖敷设拥有众多优点，它不需要挖开地面便能够到达地下所以它又叫做非开挖管道敷设技术。它不但能够减短工期降低成本还能减小噪音污染，降低粉尘，减少对施工地区路面的破坏和对该地区的交通干扰，属于真正的无污染、高效率的施工技术。因为顶管施工在实践操作中具有多方面优点，所以自市政管线工程中得到大量的运用。总体来说，它的优点是：施工面从点变成到了线，缩小了占地面积；在施工的同时不会再对交通产生干扰；不再给施工城市人们的出行和生活带来困扰；不会损坏现有管道和建筑物：可以在很深的地下或水下敷设管道，可以安全穿越铁路、公路、河流、建筑物，减少沿线的拆迁工作量，降低工程造价。
二、施工过程的技术要求
顶管在粘性土或砂性土层且无地下水影响时，宜采用手掘式或机械挖掘式顶管法；当土质为砂砾土时，可采用具有支撑的工具管线注浆加固土层的措施。本工程为湿陷性黄土，采用手掘式顶管法。
1、工作井
工作井选择离配电源和水源较近的地方，槽段的开挖和工作坑应满足设计和（GB50268—97）《给水排水管道工程施工及验收规范》的规定。工作井的施工要满足以下三点：
（1）顶管工作井的位置的设置应便于排水、出土和运输，并对地上与地下建筑物、构筑物易于采取保护和安全生产措施。
（2）采用装配式后背墙由方木、型钢或钢板等组装而成，组装后的后背运动员具有足够的强度和刚度。
（3）工作井的支撑应形成封闭式模框架，矩形工作坑的四角应加斜撑。
2、设备的安装
导轨应选用钢质材料制作，两导轨顺直、平行、等高，其纵坡应与管道设计坡度一致。
（1）导轨。选用钢质材料制作，两民轨安装牢固、顺直、平行、等高，其纵坡与管道设计坡度一致。其允许偏差为轴线位置3mm，顶面高程0~+3mm，两轨内距±2mm。在使用中经常检查校核导轨，防止产生位移。
（2）千斤顶。安装时固定在支架上，并与管道中心的垂线对称，其合力的作用点在管道中的中心的垂线上。千斤顶采有用多台时，宜采用偶数，且其规格宜相同，对称位置。千斤顶的油路应并联，每台千斤顶应有进油、退油的控制系统。
（3）油泵。应与千斤顶相匹配，并用备用油泵；安装完毕后进行试运转。顶进过程中油压突然增高时，应立即停止顶进，检查原因并经处理后方可继续顶进。
（4）顶铁。顶铁采用焊接成型，焊缝不得高出表面，且不得脱焊。顶铁的允许联接长度，应根据顶铁截面尺寸确定，当顶铁截面为20cm×30cm时，单行顺向使用的长度不得大于1.5m，双行使用的长度不得大于2.5m，且应在中间加横向顶铁相联。顶铁应有足够的刚度，并且顶铁的相邻面相互垂直。安装后的顶铁轴线应与管道轴线平等、对称，顶铁与导轨之间的接触面不得有泥土、油污。更换顶铁时，先使用时观察顶铁有无异常现象。顶铁与管口之间采用缓冲材料衬垫，当顶力接近管节材料的允许抗压强度时，管口应增加U型或环形顶铁。
（5）起重设备。正式作业前应试吊，检物捆扎情况和制动性能；严禁超负荷吊装。
3、下管
下管前，先严格检查管材，龄期未到、强度不够及有明显缺陷的不合格管材的严禁使用。第一节管下到导轨上时，应测量管的中线及前后端管底高程，以校核导轨安装的准确性。要安装户口铁或弧形顶铁保护管口，以防止管周被破损。
4、顶进
顶时前应对全部设备进行检查并经过试运转，顶进的方法应满足设计要求及《给水排水管道工程施工及验收规范》（GB50268-97）的规定。当第一根管子下到导轨就位后，应检查管子中线，管内底前后高程，确认无误后方可顶进。顶进中应勤测、勤检、防止管中线偏差；如发生偏差应及时纠偏，顶进第一管端20～30cm时，应对中心线及其高程测量一次，在正常顶进中，每顶进50～100cm，测量一次，当顶管段顶完时，应重测一次；每个接口测1点，有错口时测2点。顶钢筋混凝土管时，管两端接口处应加衬垫；防止顶进中错口，应安装内胀圈。顶管时三班制不停施工，当顶管前方发生塌方或遇障碍或后背倾斜和严重变形，或顶铁有扭曲迹象；管位偏差过大校正无效、较预计增大，超过管口承受能力时，方应停止顶进。钢筋混凝土顶管后，及时灌注两端管下混凝土基础和勾填管缝。顶管完成后的工作坑应及时进行下步工序，经检验后及时按有关规定进行回填。采用手工掘进顶进应符合下列规定：
（1）工具管接触或切入土层后，自上而下分层开挖。
（2）在允许超挖的稳定土层中正常顶时时，管下部135度范围内不得超挖；管顶以上超挖量不得大于15mm；管前超挖根据具体情况确定，并制定安全保护措施。
三、顶管技术施工施工工艺
1、顶管施工工艺
工程施工原理是在管道的沿线按设计的方案设置工作井和接收井，工作井内设置坚固的后座，吊进油压千斤顶以及要顶进的混凝土管，接好照明、油管等管线，然后用油压千斤顶缓慢顶进，通过人工开挖方式，将混凝土管顶进至接收井内。
2、后背结构及抗力计算
后背作为千斤顶的支撑结构，要有足够的强度和刚度，且压缩变形要均匀。所以，应进行强度和稳定性计算。
2.1顶力计算
推力的理论计算：（以Φ1200mm计算）
F=F1+F2（1）
式中F1——迎面阻力；
F2——顶进阻力
F1=π/4×D×2×P（2）
式中D——管外径1.44m；
P——控制土压力
P=Ko×γ×Ho（3）
式中Ko——静止土压力系数，一般取0.55；
Ho——地面至掘进机中心的厚度，取最大值4.5m；
γ——土的湿重量，取1.9t/m3。
工程中，P=0.55×1.9×4.5=4.70t/m2
F1=3.14/4×1.44×2×4.70=10.63t
F2=πD×f×L（4）
式中f——管外表面平均（根据顶进距离平均淤泥土）综合摩阻力，取1.6t/m2
D——管外径1.44m；
L——顶距，取值60m。
F2=3.14×1.44×1.6×60=434.07t。
因此，总推力F=10.63+434.07=444.7t。根据总推力、工作井所能承受的最大顶力及管材轴向允许推力比较后，取最小值作为油缸的总推力。
2.2后背的计算
后背在顶力作用下，产生压缩，压缩方向与顶力作用方向一致。当停止顶进，顶力消失，压缩变形随之消失。这种弹性变形是正常的，顶管中，后背不应当破坏，产生不允许的压缩变形。后背不允许出现上下或左右的不均匀压缩。为了保证顶进质量和施工案例，施工时应对后背的强度和刚度计算。
后背受力计算公式
R=aB（rH2KP/2+2ChK1/2P+rhHKP）（5）
式中R——总推力之反力（一般大于推力的1.2～1.6）；
a——系数（取1.5～2.5之间），此处取2；
B——后座墙的宽度（m）此处取1m；
r——土的容重（kN/m3）；
H——后座墙的高度（m），此处取1m；
KP——被动土压系数tan2（45°+φ/2）；
C——土的内聚力（kPa），一般情况下取10；
h——地面到后座墙顶部土体的高度（m），此处取4m。
按上式计算，工作井后背加护套后能承受534t。顶力大于实际顶力444.7t，完全能满足要求。
3、施工方法
3.1测量放线
根据规划施工，先用经纬仪在现场地面上准确布设临时水准点并放出管道铺设的中线控制桩，控制桩必须保护好，待工作坑挖好后，再用经纬仪将管道中线控制桩引至工作坑保护好，确保施工使用时管道中线的准确度。
3.2工作坑设置
根据施工图设计基础，采取检查井所在位置设置工作坑，避免修筑检查井时重复开挖，且检查井间距70m，符合一次性顶进施工要求。工作坑底部为矩形，坑底尺寸为7m（长度）×4m（宽度），高度H为5.2m（根据污水管道设计埋深确定）。顶管方案拟采用双向顶进的方法进行施工，即在同一直线上，顶管机在工作坑内，顶完一个方向（两检查井间的距离），调头再顶另一段，形成工作坑和接收坑交替施工。
3.3工作坑开挖、支撑和防护
工作坑挖土采用机械开挖，并与人工配合操作。土方开挖前先做好定位放线工作。首先开挖上层土，采取从上往下逐层开挖的方式，严格遵循“分层开挖、严禁超挖”及“大基坑小开挖”的原则。工作坑边不堆积弃土，不堆放建筑材料、机械、水泥罐及行车。尽量减少基槽边外部荷载。顶部采用半封闭式，仅留下管和出土口，以确保工作坑内施工安全。井口周围设防水墙，以防地表水流入坑内，同时设置1m高的钢管护拦。为防止工作坑坡面坍塌，坑壁采用20mm厚木板、钢管支撑，满铺支护处理。工作坑挖掘支护完成后，立即进行围挡，并设立醒目施工安全警示标志。
3.4顶进施工
（1）开始顶进前检查全部设备并试运转；保证工具管在导轨上的中心线、坡度和高程符合规范规定。采取一定措施以防止流动性土或地下水由洞口进入工作坑。顶管时，封门拆除后将工具管立即顶入土层。
（2）工程采用手工掘进顶管法，工具管接触或切入土层后，自上而下分层开挖，工具管断面的超挖量应根据土质条件确定。土层比较稳定，正常顶进时，管下部135°范围内不进行超挖；管顶以上超挖量小于1.5cm；管前超挖根据具体情况确定，并制定了安全保护措施。
3.5顶管施工
工程采用手工掘进，工具管进入土层过程中，经常对顶进轴线进行测量，检查顶进轴线是否和设计轴线相吻合。在正常情况下，每顶进一节混凝土管测量1次，在出洞、纠偏、到达终点前，适当增加测量次数。施工时还要经常对测量控制点进行复测，以保证测量的精度。另外，指示轴线在顶进工程中，利用联系三角形法定期进行复测，以保证整个顶进轴线的一致性。顶进开始时缓慢进行，待各接触部位密合后，再按正常顶进速度顶进；顶进中若发现油压突然增高，立即停止顶进，检查原因并经处理后方可继续顶进；千斤顶活塞退回时，油压不得过大，速度不得过快。在实际顶进中，顶进轴线和设计轴线经常发生偏差，为了使管道按照设计要求的高程和方向顶进，在顶进过程中要不断对工具管的高程方向进行测量，“勤测勤纠”，根据测量反馈结果，调整纠偏千斤顶，改变方向，从而实现顶进方向的控制，确保管道按设计轴线顶进。纠偏贯穿顶进施工的全过程，尽量做到纠偏在偏位发生的萌芽阶段。
3.6接口处理
对管道的设置位置、标高进行检查，确认无误后，才进行各个混凝土管接口处理。接口是管道的薄弱环节，易发生渗漏，若管接口施工质量差，管道接口在外力作用下容易产生开裂。混凝土管表面应光洁、平整，无砂眼、气泡，接口尺寸符合设计规定，接口应保持清洁无油污，接口防水采用“V”形切口，用纯水泥砂浆对管进行处理，再用1∶2水泥砂浆对切口进行封抹，最后采用树脂漆和玻璃纤维进行两次封堵，直到达到闭水要求。
1、工程地质和水文地质条件。施工前必须了解土层的变化情况;对于要经过回填土的地带，需要提前加固处理，避免施工过后地表有过大幅度的下沉。
2、有毒有害气体的检测和预防。顶管施工通过的地层一般都会有淤泥层，腐烂的动植物会在地下生成有毒有害的气体，顶管施工过程中，需要定时监测管内有毒有害气体的含量，及时通风换气，确保安全。
3、地下管线的提前探察。顶管施工时提前查明其它地下管线的埋设深度，走向位置等，不仅有利于顶管施工工程的顺利进行，而且对于保证其它地下管线的安全。
结束语
城市随着时代的发展在不断变迁，有些工程项目中开槽技术已经逐渐被顶管技术所取代。顶管技术在城市排水管道施工工程中具有举足轻重的作用，特别是对于一些深覆土大管径的管道工程的施工，在一些比较恶劣的施工环境中，顶管技术具有较高的优越性。所以随着城市的发展顶管技术也要不断的完善和进步，加长管道、加粗管径、管道中粗直交替这势必是顶管技术的下一个发展目标。
参考文献
[1]王小超．市政道路污水管顶管施工[J]．铁道建设，2012.
[2]邹卓彦．市政工程顶管施工关键技术应用分析[J]．建筑学研究前沿（英文版），2012.
[3]李森林．市政工程中顶管施工技术要点[J]．商品与质量，2012.
[4]田路，王静静．浅谈市政工程顶管施工[J]．科技致富导向，2012.