市政工程顶管施工技术探究

我国城乡一体化进程在不断加快，城市的规模也在逐渐扩大，这必然需要建设更多的管道基础设施，但是城市有着较为密集的人口，施工中会受到空间限制，还会对周围交通产生影响，进而导致城市难以正常地运行。顶管施工技术有效解决了这些问题，该技术无需大范围开挖地面，占据空间小，能够提高施工效率，在市政工程中得到了较为广泛的应用。唐兴装备作为国内领先的顶管设备设计制造商，接下来将带您了解顶管施工技术在市政工程中的应用。

1顶管施工技术发展历程

1.1雏形阶段

中东地区出土的古罗马时代汲取水资源的木质管道证明古罗马人最早发明应用顶管施工技术。古罗马人将木质管道从土体一侧顶入抵达水源区域，开辟了通道。可见，古罗马人很早之前已经开始采用这种无需开挖地面的施工技术。我们将这个阶段认定为顶管施工技术的维形阶段。

1.2早期顶管施工技术

美国太平洋铁路公司在1896-1900年修筑铁路中采用了顶管施工方法，这也是历史上最早出现的关于顶管施工技术的确切文字记载。之后，一位美国工程师用铸铁管道顶进施工方式穿越了既有铁路，完成了灌溉工程施工。

1.3普遍应用阶段

1818年，法国的M·L·布律内尔研究出了盾构施工方法，之后研发成了盾构机械，自此之后，顶管施工技术进入到普遍应用阶段。

1.4顶管施工技术在我国的应用

我国自建国后加大了各种基础设施的建设，顶管施工技术最早出现在京包铁路路基下，采用的是钢筋混凝土顶管施工方式。上海黄浦江堤下在“一五”期间首次使用了手掘式钢管顶管施工技术。在上世纪中后期，我国研制了小口径顶管掘进设备，之后研制了顶管机头，破解了顶管百米施工技术这一难题。在改革开放后，我国通过不断借鉴先进的施工机械生产经验，开始大幅度提升顶管施工技术水平。

2顶管施工技术要点

2.1前期准备阶段

将顶管施工技术应用于市政工程中需要应用到较多的工序，涉及较为广泛的专业知识，同时施工有着较强的专业性和复杂性。为了保证后期顶管施工作业顺利地完成，需要充分做好准备工作。

第一，加强勘查施工位置地质情况，明确施工范围，全面分析施工现场的人流量、车流量、环境等具体实际情况，加强整合和完善相关数据信息，有力支持顶管设计施工方案的制定，将顶管施工方案的科学性、准确性、真实性尽可能地提高，同时保证路面结构、车辆运行的质量。在此基础上还要全面检查施工区域的给排水管道、电力管道、通信管道等各种配套设施情况，明确地下空间利用情况，避免在施工中和其他管线发生冲突，避免发生安全事故，尽量将顶管施工的稳定性和安全性提高。

第二，根据实际考察结构合理编制施工方案，确定施工所用设备、管材、物料、人员等各项资源的数量、规格等，合理选择设备，加强调整施工方案，分类存储各种设备设施，为顺利开展顶管施工作业奠定坚实的基础。

第三，做好预算方案编制，最大化利用各项资源，细致地划分影响工程预算、进度、质量的各项因素，根据工程的实际情况针对性地分析管道材料、规格等，总结归纳施工内容，提高成本预算水平，在保证施工质量的前提下分析工程施工的综合效益，明确顶管施工技术流程。如图1所示为顶管施工流程图。

2.2选择管道

施工单位要根据市政工程施工需要做好管道的合理选择，尽量保护好管道，做好防腐等措施，将管道的使用寿命尽可能地延长。当前我国市政工程中常常采用混凝土、塑料、钢三种材质的管道，这三种材质管道需要借助推力达到指定的位置，所以无论选择何种管材，都要保证其足以承受推进力，不得在顶进过程中发生断裂等不良问题。市政生活、工业污水的排放都要通过管道，其中污水中的化学物质较多，如果不经过防腐处理会严重腐蚀管道，大大降低管道的质量。此外，在管道长度确定时要对施工区域内的地质条件、线路长短、弯曲度等多方面因素进行全方位考虑，比如可以将较长的管道应用于线路长且弯曲度小的工程中。

2.3顶力

要利用顶进设备的强大推力将管道顶进到指定位置。顶管顶进设备主要包括油缸、顶铁、千斤顶等设备。在具体实践中，技术人员要提前对管道长度、管壁厚度的参数进行充分考虑，结合工程所在区域的地质情况将顶力准确地计算出来，保证施工中可以合理地进行控制。如果管道有着较大的直径，会增加管道和土壤的摩擦力，阻碍顶进过程。为了将摩擦力尽量减小，保证顺利地顶进管道，在顶进施工中施工单位可以使用泥浆护壁，同时对顶力大小进行合理地控制。比如要将顶力控制在管道材料可承受范围内，以免在顶进过程中由于顶力过大管道发生变形、破裂等问题，对施工质量、成本、工期都产生不良影响。在顶进过程中要将土仓土压力P控制好，按照主动土压力Pa<P<被动土压力Pp的方式进行管控。对于黏性土且覆土较深的位置土仓有着较大的变化范围，工作人员要根据土层变化、覆土深度等做好土压力的实时调整。

在管道顶进过程中施工单位还要对管线偏差进行严格控制注意动态监测管道顶进的方向，及时采取纠偏措施。在实际顶进过程中很容易发生顶进轴线偏离设计轴线的情况，此时可以利用千斤顶在反向位置施加一定的顶力，将偏差值逐渐缩小，直到顶进轴线回到设计位置为止。

2.4工作坑

工作坑包括安装掘进设备的工作井和接收管道的接收井。在工作坑挖掘过程中通常需要利用钢筋混凝土浇筑形成稳定的结构，保证顶进工作的顺利开展。在具体施工中，重点要做好工作坑的处理。施工单位要提前做好混凝土板的组装，做好大型承载设备的安装，保证工作坑能够有力支持重型设备。在工作坑修建过程中还要注意检查其施工质量，将工作坑的牢固性提高，有力支持顶进工作。如图2为顶进工作井。

2.5井顶管

在顶力作用下，顶管被顶进到指定位置，还要完成出洞工作，这也是顶管施工技术的关键环节，也是容易出现问题的环节。在进出洞口前，先要利用搅拌桩加固地基避免洞口发生塌方，同时还要密封好洞口。施工人员在首节管道破开工作井之前要反复调整管线，以免管线倾斜。

2.6注浆

注浆时用泥浆注入到管道周围空隙位置，通过注浆操作可以将管道和土层之间的摩擦力有效降低，可以达到保护管道的效果。施工人员在完成顶管施工后还要处理好管道周边的泥浆，加固处理管道周围，保证泥浆可以在岩层中充分固定，将其加固保护作用充分发挥出来。

2.7顶进施工要点

第一，顶管出洞。在完成准备工作后可以正式开始顶进施工作业。在具体施工中工作人员要注意避免工作井中流入水分，注意及时排除周围积水。当前具体实践中常常会在工作井内预留洞口并且密封好整个内部空间，保证内套环结构安全可靠。为了进一步保证该结构的防水性能，还要专门进行防水处理，然后在预埋钢管上固定内套环结构，保证紧密地结合两者。

第二，合理设计长距离顶管施工方案。某市政工程顶管施工中存在较多的长距离顶管施工，C组负责顶管施工处理，需要专门设计长距离顶管的施工工艺流程和方法。在具体施工中，要做好辅助系统的合理设置。该工程最长的顶管距离为65m，技术人员为了保证整个工程施工质量，确保和施工要求相符合，需要进行中继间的布置。在设置中继间时，工作人员要以长距离顶管施工需求为基础，保证在顶进过程中推力能够持续维持在需要的范围内。千斤顶设备组、紧固件、承压法兰片等设备和元器件共同组成了中继间，同时需要用电气操作系统进行辅助。在中继间工作中需要在后油压管道位置设置支撑点，然后用千斤顶设备组持续提供推力保证前半段油压管道顺利顶进。后半段油压管道的推力主要来自于千斤顶。技术人员在具体施工中根据长距离顶管施工要求按照25cm控制中继间的每次推进距离。在具体施工中，分段推进工作的主要推动力来自于千斤顶设备组，工作人员要时刻关注顶进设备是否能够和顶进施工要求相符合。然后要根据管道阻力在油压管道中安装中继间。在最前方中继间顶管安装过程中可能会受到来自管壁和机头的阻力，此时技术人员需要做好安全顶力的针对性分析和储备，科学地计算储备顶力，按照每推进65cm油压管道设置大约4000kN的要求设置推进力。由此反推，在最前端中继间位置安装过程中需要在距离机头大约20cm左右的位置进行安装，要按照50cm左右的间距控制后面相邻的两个中继间的距离。

2.8顶进施工技术后期工作

第一，检查和纠偏。为了保证严格按照设计要求进行市政管道的顶进施工作业，工作人员需要密切关注顶管顶进过程，严格测量顶进路线，不得随意更改路线，同时要实时监测顶进过程。工作人员需要根据规范做好测量平台的合理设置，做好临时水准点的选取，然后进行精确地测量，并且核查每次测量结果，加强观测设计管道、工作井。通常工作人员需要针对性地检查顶管施工进度，按照每顶进50cm检测一次的频率进行顶进测量，如果发现偏离既定的路线，要及时采取纠偏处理，将机头和设计轴线偏差尽可能地减少，确保能够和设计规范相符合。如果发现机头偏离了既定路线，那么需要通过千斤顶在反方向给予一定的顶力，保证其回归到正常的路线上。

第二，通风。在施工中以及施工结束后需要保证顶管内部有着良好的通风性能。在顶管施工作业中，地下可能存在一些有害气体威胁操作人员的人身安全，尤其是长距离顶管由于路线较长、施工时间长，需要充分做好通风换气处理。目前比较常见的通风方法是通过抽风、鼓风设备，持续不断地将施工现场的废气排放出去，达到换气通风的目的。

3顶管工程技术质量优化

3.1加强施工监测

在顶管施工中要注意全面优化整个流程，加强施工过程监测，避免发生质量安全问题。企业可以加强构建监测体系，将各项基础参数准确性提高，避免影响测定效果。顶管施工监测的关键在于基准点的布置，工作人员要在明确项目要求和特点后正确地设置混凝土结构水准基准点位置，按照不超过30m的标准控制其间距。通过合理应用变形监测点可以及时发现并且处理顶管施工中的变形问题，有助于施工风险的控制。为了将基准点的埋设参数准确度提高，需要专业的量测小组进行量测，严格监管整个施工过程，加强收集和整理数据信息。工作人员可以设置预警值，保证监测系统可以在顶管发生异常情况时及时报警。

3.2保障材料质量

管材质量直接影响顶管工程的施工质量，为此，工作者要高度重视管材质量控制。在管材类型确定时要充分考虑工程标准要求，做好供货厂家的筛选，对于到场的材料进行细致地检查，明确是否质量达标，通过深入调查市场和多方对比选定长期合作供应商。在市政工程顶管施工中还需要使用多种类型的机械设备，为了保证顶进施工中各个设备正常运转，要注意合理选择施工机械设备，并且做好设备检测，通过试运行对设备的质量情况和安全性能进行客观地判断，尤其要定期检查和维修各个零部件，及时更换磨损严重的部件，提高设备故障诊断能力。对于其他相关材料，可以通过抽样检测明确材料质量情况，避免不合格品投入使用。

3.3明确工艺参数

顶管施工工艺对技术要求较高，需要根据设计值控制实际施工工艺参数，在施工中工作人员不得进行参数的随意更改，避免对顶管施工效果产生不良影响。在顶管施工中，最为重要的参数之一就是顶管的直径，应当根据工程需要确定顶管直径，通常在0.5m以上。此外，在具体实践中还要合理确定顶管的长度，顶管长度越长，接管的数量越少，越能够将工程施工进度加快，有助于预防管道接口渗漏水的问题。不过顶管长度的增加也会对施工的灵活性、成本产生较大的影响，所以工作人员要综合考虑各个方面的因素，合理确定长度、直径等各项参数，最大限度地提高市政工程的施工质量。

4结语

总之，将顶管施工技术应用于市政工程中可以有效解决传统施工中的不足，工作人员要充分落实每项施工细节，提高质量管理水平，建设高水平的市政管道工程。

 

本文由唐兴装备整理自《居舍》中的《市政工程顶管施工技术探究》张亮，转载请注明出处，如有侵权请联系删除。