顶管技术在给排水管道施工中的应用

 顶管施工技术是一种非开挖施工方法，是指管道埋设施工中，在工作坑内借助顶进设备产生的顶力，克服管道与周围土壤的摩擦力，将管道按设计的坡度顶入土中，然后运走土方。一节管子顺利顶入土层后，再将第二节管子顶进土层[1]。该技术方法巧妙地借助管道与主顶油缸间的推力，将掘进机或工具管从工作坑、土层推到接收坑内吊起，然后将后面推进来的管道埋设于两坑之间。顶管技术能有效纠正管子在土层延神中出现的偏差，对于大中型管道非开挖铺设具有广泛的适用性。该技术的优点包括不破坏环境和地面建筑物，不开挖地面，不影响管道的段差变形，具备高效、经济、安全、保护环境等综合功能。近年来随着我国人口密集、交通繁忙、地面建筑物增多和地下管线复杂，顶管技术在给排水管道施工中得到广泛应用，其经济效益和社会效益有目共睹。 

    一、给排水管道施工中顶管技术的施工特点 

    1.不需要挖掘沟槽 

    “非开挖”是顶管技术的首要特点，该技术在施工中不需要挖掘沟槽，因而施工时间短，工作效率较高。由于“非开挖”，在整个施工过程中对地面交通干扰较小，不会影响地面交通的正常通行[2]。此外，该技术直接穿过土层进行施工，因而不需要拆迁地面的建筑物，有效降低了工程造价成本，同时也保护了环境。 

    2.对周围环境零污染 

    顶管技术不需要挖掘沟槽和改变土层本身结构，因而整个施工过程不会产生灰层，且施工中噪音较少，不会造成环境污染，也不会给周围居民用户正常生活带来影响。在工程施工中，地面的建筑物和地下的管线依然可以正常使用。 

    3.施工面的点型分布特色 

    传统的挖槽埋管地下管线施工技术的施工面为线型，这样的施工面占地面积较大，其社会效益不容乐观。顶管技术改变传统管线施工技术的缺陷，施工面缩短为点型，这样有效减少了占地面积，对缓解我国紧张的土地资源起了十分积极的作用。 

    二、给排水管道施工中顶管技术的施工工艺 

    1.选择合适的顶进管和设备 

    1.1选择顶进管 

    一般情况下顶进管都选择钢筋混凝土管，该管耐腐蚀、施工便利，若对腐蚀没有要求也就可以选用钢管。钢筋混凝土顶管的配筋、应力验算和规格设计都要达到相关标准，应为具有生产许可证的正规厂家生产。选择顶进管用注意两方面：1确定顶进管的长度。一般情况下选用长管，因为在直线推顶情况下，使用长管能减少装管次数，从而缩短工期[3]。但是，若施工中路线严重偏离原定路线，使用长管就会增加顶压坑的长度和挖坑、回填、支护及恢复费用，此时就应选择短管以有效控制管路顶进状况。2顶管直径的选择。顶管的内径大小需根据工程性质和需要而确定，而顶管的外径要通过顶管的受力程度、配筋和厚度来确定。一般情况下，顶进管的内径应≥0.5m，以方便挖土工人进行作业。 

    1.2选择顶进设备 

    给排水管道施工中常见的顶进设备包括顶铁、高压电动油泵和千斤顶等。其中千斤顶是掘井顶管的主要设备，主要有分离式液压千斤顶、超薄型液压千斤顶、螺旋式千斤顶、立式油压千斤顶等多种类型，在对其进行选择时应根据工程的实际情况和严密计算来确定。顶铁是传递和分散顶力的设备，根据其位置差异有U形顶铁、顺顶铁、横顶铁三种，在对其进行选用时要求能承受顶进压力而不变形，还要便于搬动。高压电动油泵是为预应力千斤顶提供张拉动力的设备，其规格形式为ZB2×2/50，ZB是设备的代号，第一和第二个2分别代表每分钟额定供油量和供油油路数，而50是额定的油压，施工中应按标准对高压电动油泵进行选择。其中工具管主要为操作舱和开挖舱。 

    2.顶管施工前的工作 

    2.1现场平面的布置 

    顶管施工前现场平面的布置主要包括对注水系统、自动控制系统、起重设备、管土堆场、料具间、弃土坑、拌浆材料堆场以及拌浆棚的布置。 

    2.2对后靠土体和顶管进出处进行加固 

    应在后靠土体和顶管进出口处采用高压旋喷桩方式进行加固，从而保障顶管机出洞的安全性。为有效防止顶进管机进出预留洞时造成的泥水损失情况，需在工作井洞口安装止水装置，以便同时保障顶进管机顶进过程中不会出现触变泥浆现象。 

    3.顶管技术施工要求 

    3.1合理设置顶管井 

    一般情况下，顶管井就是指接收井和工作井，主要为钢筋混凝土结构。若当地土质条件较差，为防止顶管井塌方和孔体破坏，均需在井体内部布置径向外撑，以保障其施工质量。根据结构布置的差异，顶管井又可以分为单排孔井和单孔井。其中单排孔井多选用矩形截面形式，而单孔井有矩形、正方形、圆形等多种截面形式，其中圆形截面的承载能力最大，矩形截面的承载能力最小。在实际的工程施工中，要根据具体的地形情况对顶管井的类型进行合理设置和应用。在排水管道施工中应采用间隔形式对接收井和工作井进行设置，其间距就是检查井的间距，如此设置后就可将检查井的位置定在接收井和工作井的位置[4]。 

    3.2把握顶管技术的施工流程 

    （1）穿墙施工操作。首先需打开穿墙门板，将工具管从井内顶出来，并做好穿墙止水设备的设置工作。为确保顶管穿墙的施工质量，应做到以下几点：

①采用纸筋粘土或低强度水泥粘土拌合土填充料密实填封穿墙管道，以防止施工环境中的水分影响管道正常施工。

②顶管穿墙之前在窗墙管外侧行注浆加固，以弥补穿墙孔部位强度不够现象。

③将工具管推入时，动作要麻利、快捷，确保穿墙的防水设施具备良好的工作性能。

④根据自身的顶管施工经验，对施工过程中可能出现的问题做好应对措施，以促进工程顺利完工。 

    （2）顶管出洞。对于顶管出洞环节的处理，应从以下几点出发：

①在下管之前先仔细检查管子的外观，看是否有纵向缝隙和破损情况。

②确保管壁光洁、平整，无鼓泡和坑陷情况，端面要平直。

③管子检查合格后采用相关起重机将其吊到工作坑的导轨上就位，并通过起重机的试吊和检查，在保障其安全后再下管，确保下管时没有施工人员在工作坑内。

④将第一节管放在导轨上，在对管子前端、中心及后端的管底高程进行严密测量并确认安装合格后才可将管顶进。 

    （3）注浆护壁。对于长度较长的顶管施工时，应在其周围注一层砂浆，以起到护壁作用，同时提高管道周围土体的平整性和坚实性，降低管体挺进时的摩擦力，防止出现大面积沉降情况。 

    （4）纠偏法。对于千斤顶的纠偏，则可在管端偏向的反侧内壁上放一个小型千斤顶，另一端斜靠于有垫板的管前土壁上，待检查确定支顶牢固后即进行纠正。对于超挖的纠偏，应在管子非偏向一侧超挖，在偏向侧留坎，以便形成阻力，促使管子逐渐回到正确位置。 

    结语 

    顶管技术改变了过去开槽埋管乱挖、多挖的操作方式，实行少挖甚至不挖的管道埋设施工方法，不仅适应保护环境、减少破坏、节约资源的时代要求，也是未来城市管道网线施工的主要施工方法之一。顶管过程也是一个比较复杂的力学过程，涉及弹塑性、流体、岩土、材料力学等诸多学科。因而需对管顶进行严密计算，并选择合适的顶管及设备，不断探索新的顶管技术，做好顶管施工工作，从而促进国家经济又快又好发展。