市政工程中顶管施工技术及要点
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摘要：结合工程实践，总结阐述了在市政工程中顶管施工的应用范围及其具有的优势，重点对顶管施工技术及要点进行了探讨，并简要提出了顶管施工中需要关注的几个问题，以期为今后工程实践提供有益借鉴。
关键词：市政工程；管道工程；顶管施工；技术要点
Abstract: This article combined with the engineering practice, elaborated in the municipal engineering application of pipe jacking construction and its advantages emphatically probes into the pipe jacking construction technology and key points, and puts forward some problems that need attention in pipe jacking construction, so as to provide a useful reference for future engineering practice.
Keywords: Municipal Engineering; pipeline; pipe jacking; key technology
中图分类号：TU74文献标识码：A文章编号：
0引言
市政给排水管道是城市基础设施的重要组成部分，在近年的市政给排水管网施工中，传统的挖槽埋管地下管线施工技术对地面交通有很大影响，而采用顶管技术对交通的干扰比较小，具有很大的优势。顶管技术作为非开挖管道敷设技术，其在进行施工时不需要对路面进行开挖，能够穿越地面建筑物和地下管线，实现对管线的铺设与维修等施工，与传统的开挖敷设技术相比，其不仅能极大的缩短工期，节省工程成本，同时也能够避免工程施工对城市路面和建筑物的影响，减少对城市环境的污染，在经济效益和社会效益方面的促进作用是十分显著的。随着市政工程施工技术的不断发展，顶管技术的应用范围也日渐广泛，尤其是在中型管径的管道埋设工程中，其优越性更加明显。
1 顶管技术在市政工程中的应用
(1)适用范围。①在城市中心地区或商业繁华街道，以及城市建设中遇到无法迁移或不能实施大型开挖的文物古迹遗址等特殊地段，对不能进行空中架线、开槽埋管来实施作业施工时，一般是采用管径80~600mm 的地下埋管工程可使用顶管法施工。②在敷设城市污水管道直径大于 500mm 时，施工现场无法采用明沟开挖埋管施工而管道沿线又无其它建筑物基础时，可使用顶管法施工作业。
(2)顶管技术在市政管网中的应用。目前，在城市管网施工时，许多城市都存在马路反复开挖的现象，严重妨碍了市区的交通，困扰了居民生活，缩短了路面的寿命。配套的电讯、自来水、煤气、排水、路灯、城市坐标、候车亭、广告箱、路牌、电话亭、治安岗亭等都要发生反复拆建才行，这无疑增加了对城市设施的破坏和施工的难度。
(3)顶管施工技术在市政管网中的应用主要包括：①旧城改造过程中，由于多年形成的各种管网相互交错，很多管线地下位置不明，原始资料丢失或不全等因素，市政管网铺设时无法对地面进行有效开挖。②城市架空线路遇交通干线、繁华街道、文物古迹，铁路或江河阻截，需转入地下过渡。③当污水管道直径较大(100mm以上)，而施工现场周边环境受限，无法采用明沟开挖来埋设施工管道。
2 顶管施工技术的效益特征
顶管敷设管道施工技术特别适用于大中型管径的非开挖埋设，具有经济、高效、保护环境的综合功能。采用该技术施工，既能节约一定的征地拆迁费用，又可减少环境污染和对道路的堵塞，具有显著的经济效益和社会效益。这种技术具有的优势包括：①不用开挖地面，尤其是城市道路；②不用拆迁征地，不会破坏地面建筑物；③不影响正常的城市交通秩序；④不破坏地表植被和周边环境；⑤施工过程不受气候和环境的影响；⑥省时、高效、安全，无建筑垃圾污染，并且综合造价低等。
3 顶管施工技术及要点
3.1 顶进管的选择
顶进管一般选用钢筋混凝土管，如没有腐蚀要求可选用钢管。钢筋混凝土管的规格设计、配筋和应力验算应遵守有关钢筋混凝土的标准和技术规程，特别是有关钢筋混凝土管的标准和技术规程。
(1)顶进管直径的选择。顶进管的直径选择是首先根据工程性质、工程需要确定内径，根据顶进管所受荷载确定混凝土管的配筋及壁厚，进而确定外径。因为顶管工程工作面上需要配备挖土工人，所以一般管内径不小于500mm。
(2)顶进管长度的选择。顶进管的长度对顶管过程的可控性和经济性有很大的影响。在直线推顶的情况下使用长管可以减少顶管的次数，取得良好的效果，但随着管长度的增长，如果偏离原定的路线，使之恢复正确路线要比使用短管更加困难。一般情况下，管长度需要相对于管径来衡量，当L/D外≤1.10时，为短管；当L/D外=1.15时，为标准管；当L/D外≥2.10时为长管。
3.2 顶管施工的前期准备工作
(1)现场平面布置。平面总体布置包括起重设备、自动控制室、料具间、管片堆场、拌浆棚及拌浆材料堆场、注水系统、弃土坑的布置等。始发工作井内安装发射架、顶管机、前顶铁、主推千斤顶、反力架等顶进设备，工作井边侧设置下井扶梯供施工人员上下。
(2)顶管机进、出洞处以及后靠土体加固。为确保顶管机出洞的绝对安全，需对后靠土体及进、出洞区域土体进行高压旋喷桩加固。为防止顶管机进、出预留洞导致泥水流失，并确保在顶进过程中压注的触变泥浆不流失，必须在工作井安装洞口止水装置。
3.3 顶管施工工艺及技术要点
顶管施工又称为顶进法施工，是指利用顶进设备将预制的箱形或圆形构造物逐渐顶入路基，以构成立体交叉通道或涵洞的施工方法。顶管施工需先在确定的管段之间设置工作井和接收井，然后在工作井内安装推力设备将导轨上的顶管机头推入土体，由机头导向，将预制的钢筋混凝土管向前顶进，前端土体通过工作井运出，最后完成管道铺设。
(1)顶管井的设计。顶管井分工作井与接收井两种，顶管井的建造结构有很多种类，一般使用钢筋混凝土结构。工作井的结构形式通常有单孔井和单排孔井。前者形状有圆形、正方形、矩形等，后者则大多为矩形，它们的结构受力性能由高至低依次为圆形—正方形—矩形。结构布置时，可在井内设置内支撑，改善结构受力。在建造过程中，工作井按双向顶进设计，与接收井间隔布置，间距与设计检查井间距一致，施工完毕，在工作井和接收井的位置上按设计要求做检查井。
(2)顶管施工工序。①穿墙。打开穿墙闷板将工具管顶出井外，并安装穿墙止水装置，主要技术施工措施如下：a. 穿墙管内填夯压密实的纸筋粘土或低强度水泥粘土拌和土，以起到临时性阻水挡土作用；b. 为确保穿墙孔外侧一定范围内土体基本稳定并有足够强度，工作井工具管穿墙前，对穿墙管外侧采取注浆固结措施；c. 穿墙前对可能出现的问题进行分析并制定相应处理措施；d. 闷板开启后迅速推进工具管，同时做好穿墙止水，可采用止水法兰加压板，中间安入20mm厚的天然优质橡胶止水板环，要求具有较高的拉伸率和耐磨性，借助管道顶进带动安装好的橡胶板形成逆向止水装置，应防止因穿墙管外侧的土体暴露时间过长而产生扰动流变。②顶管出洞。顶管出洞是顶管作业中一个很值得注意的问题，顶管出洞即顶管机和第一节管子从工作井中破出洞口封门进入土中。开始正常顶管前的过程，是顶管技术中的关键工序，也是容易发生事故的工序。为防止管线出现偏斜，应采用工具管调零，在工具管下的井壁上加设支撑，若发现下跌立即用主顶油缸进行纠偏，工具管出洞前预先设定一个初始角弥补下跌等措施。③注浆减阻。在顶管施工中还有一个重要的技术措施就是通过压注触变泥浆填充管道周围的空隙，形成一道泥浆保护套，起到支撑地层，减少地面沉降，减少顶进阻力的作用。在施工中，首先对顶管机头尾部压浆，并要与顶进工作同步，然后在中续间和混凝土管道的适当位置进行跟踪补浆，以补充在顶进中的泥浆损失。注浆工序一般多应用于长距离顶管施工中。④顶管纠偏。纠偏是指机头偏离设计轴线后，利用设置在后部的纠偏千斤顶组，改变机头端面的方向，减少偏差，使管道沿设计轴线顶进。顶进纠偏是采用调整4台纠偏千斤顶组的方法，进行纠偏操作，若管道偏左则千斤顶采用左伸右缩，反之亦然。如果同时有高程和方向偏差，则应先纠正偏差大的一边。纠偏应做到在顶进中采用小角度分级逐步进行，勤调微纠。当顶管机头发生旋转时，可采取在管内的相反方向增加压重块或在中间站提供旋转纠正力矩等方法纠正。