淺談頂管施工技術(shù)的構(gòu)成與步驟

焦長(zhǎng)順

（中國(guó)葛洲壩集團(tuán)基礎(chǔ)工程有限公司，湖北 宜昌 443002）

1 頂管施工技術(shù)的構(gòu)成

完整的頂管施工大體包括工作井、推進(jìn)系統(tǒng)、注漿系統(tǒng)、定位糾偏系統(tǒng)及輔助系統(tǒng)五個(gè)部分。

1.1 工作井

在需要頂進(jìn)的管道一端修建的豎井稱為工作井。工作井按其使用用途分為始發(fā)工作井和接收工作井。始發(fā)工作井是為布置頂管施工設(shè)備的工作井，一般設(shè)置有后背墻以承受施工過(guò)程中的反力；接受工作井是為接收頂管施工設(shè)備的工作井[1]。通常管節(jié)從始發(fā)工作井中一節(jié)節(jié)推進(jìn)到接收工作井中，把頂管機(jī)吊起，當(dāng)首節(jié)管道進(jìn)入接收工作井時(shí)，整個(gè)頂管工程才告結(jié)束。

工作井中通常要設(shè)置扶梯、集水井、工作平臺(tái)、洞口止水圈、后背墻以及基礎(chǔ)與導(dǎo)軌等各種配套裝置。

（1）工作平臺(tái)

工作平臺(tái)宜布置在靠近主頂油缸的地方，由型鋼架設(shè)而成，上面鋪設(shè)方木和木板。

（2）洞口止水圈

洞口止水圈安裝在頂管工作井的出洞洞口，防止地下水和泥砂流入工作井。

（3）扶梯

工作井內(nèi)需設(shè)置扶梯，以方便工作人員上下，扶梯應(yīng)堅(jiān)固防滑。

（4）集水井

集水井用來(lái)排除工作井底板處的地下水，或兼作排除泥漿的備用井。

（5）后背墻

后背墻位于頂管工作井頂進(jìn)方向的對(duì)面，是頂進(jìn)管節(jié)時(shí)為頂管工作井提供反作用力的一種結(jié)構(gòu)[1]。后背墻在頂管施工中必須保持穩(wěn)定，具有足夠的強(qiáng)度和剛度。它的構(gòu)造因工作井的構(gòu)筑方式不同而不同。在沉井工作井中，后背墻一般就是工作井的后方井壁。在鋼板樁工作井中，必須在工作井內(nèi)的后方與鋼板樁之間澆筑一座與工作井寬度相等的厚度為0.5～1m的鋼筋混凝土墻。由于主頂油缸較細(xì)，若把主頂油缸直接抵在后背墻上，后背墻很容易損壞。為了防止這類事情發(fā)生，在后背墻與主頂油缸之間，需墊上一塊厚度為200～300mm的鋼構(gòu)件，即后靠背。在后靠背與鋼筋混凝土墻之間設(shè)置木墊，通過(guò)它把油缸的發(fā)力均勻地傳遞到后背墻上，這樣后背墻就不易損壞。

（6）基礎(chǔ)與導(dǎo)軌

基礎(chǔ)是工作井坑底承受管節(jié)重量的部位?；A(chǔ)的形式取決于地基土的種類、管節(jié)的重量及地下水位。一般的頂管工作井常采用土槽木枕基礎(chǔ)、卵石木枕基礎(chǔ)及混凝土木枕基礎(chǔ)。①土槽木枕基礎(chǔ)：適用于地基承載力大而又沒(méi)有地下水的地方。這種基礎(chǔ)在工作井底部平整后，在坑底挖槽并埋枕木，枕木上安裝導(dǎo)軌；②卵石木枕基礎(chǔ)：適用于有地下水但滲透量較小、以細(xì)粒為主的粉砂土。為防止安裝導(dǎo)軌時(shí)擾動(dòng)地基土，可鋪設(shè)一層100mm的碎石以增加承載力；③鋼筋混凝土基礎(chǔ)：適用范圍比較廣，適用于地下水位高、地基土軟弱的情況。這種基礎(chǔ)是在工作井地基上澆筑一定厚度的鋼筋混凝土，導(dǎo)軌安裝在鋼筋混凝土基礎(chǔ)上。它的作用主要有兩點(diǎn)：一是使管節(jié)沿一穩(wěn)定的基礎(chǔ)導(dǎo)向頂進(jìn)；二是讓頂鐵工作時(shí)能有一個(gè)可靠的托架。導(dǎo)軌一般采用型鋼焊接而成，應(yīng)具有較高的尺寸精度，并具有耐磨和承載力大的特點(diǎn)；導(dǎo)軌下方應(yīng)用剛性結(jié)構(gòu)墊實(shí)，兩側(cè)撐牢固定?；A(chǔ)和導(dǎo)軌是頂管的出發(fā)基準(zhǔn)，應(yīng)該具有足夠的強(qiáng)度和剛度，并具有堅(jiān)固且不移位的特點(diǎn)。

1.2 推進(jìn)系統(tǒng)

（1）主頂裝置

主頂裝置主要由主頂油缸、主頂液壓泵站、操縱系統(tǒng)以及油管等組成。①主頂油缸：主頂油缸是主頂裝置的主要設(shè)備，工程中習(xí)慣稱為千斤頂，它是管節(jié)推進(jìn)的動(dòng)力。主頂油缸安裝在頂管工作井內(nèi)，一般均勻布置在管壁兩側(cè)，油缸主要由缸體、活塞、活塞桿及密封件組成，其形式多為可伸縮的液壓驅(qū)動(dòng)的活塞式雙作用油缸。②主頂液壓泵站：主頂液壓泵站的壓力油由主頂油泵通過(guò)高壓油管供給。③操縱系統(tǒng)：主頂油缸的推進(jìn)和回縮是通過(guò)操縱系統(tǒng)控制的。操縱方式有電動(dòng)和手動(dòng)兩種，前者使用電磁閥或電液閥，后者使用手動(dòng)換向閥。④油管：有鋼管、高壓軟管等。管接頭的形式根據(jù)系統(tǒng)壓力選取，常用的管接頭有卡套式和焊接式。

（2）頂鐵

頂鐵是頂進(jìn)過(guò)程中的傳力構(gòu)件，起到傳遞頂力并擴(kuò)大管節(jié)端面承壓面積的作用，一般由鋼板焊接而成。頂鐵由O形頂鐵和U形頂鐵組成。①O形頂鐵：直接與管子接觸的構(gòu)件，通過(guò)該構(gòu)件可以將主頂油缸的頂力全民斷面地傳遞到管子上，用以擴(kuò)大管子的承載面積。②U形頂鐵：該構(gòu)件是O形頂鐵與主頂油缸之間的墊塊，用以彌補(bǔ)主頂油缸行程的不足。U形頂鐵的數(shù)量和長(zhǎng)度取決于管子的長(zhǎng)度和主頂油缸的行程大小。頂鐵應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和剛度。尤其要注意主頂油缸的受力點(diǎn)和頂鐵相對(duì)應(yīng)位置肋板的強(qiáng)度，防止頂進(jìn)受力后頂鐵變形和破壞。

（3）頂管機(jī)

頂管機(jī)是在一個(gè)護(hù)盾的保護(hù)下，采用手掘、機(jī)械或水力破碎的方法來(lái)完成隧道開(kāi)挖的機(jī)器[1]。頂管機(jī)安放在所頂管節(jié)的最前端，主要功能一是開(kāi)挖正面的土體，同時(shí)保持正面水土壓力的穩(wěn)定；二是通過(guò)糾偏裝置控制頂管機(jī)的姿態(tài)，確保管節(jié)按照設(shè)計(jì)的軸線方向頂進(jìn)。目前的頂管機(jī)類型及特點(diǎn)見(jiàn)下表：

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（4）頂進(jìn)管節(jié)

頂進(jìn)管節(jié)通常包括鋼筋混凝土管、鋼管、玻璃鋼夾砂管、預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管等。鋼筋混凝土管節(jié)長(zhǎng)度有2 ～3不等，管接口形式主要是F形，接口在施工時(shí)和施工完成以后的使用過(guò)程中都不滲漏。鋼管的長(zhǎng)度根據(jù)工作井的長(zhǎng)度確定，接口焊接而成，施工完后變成一剛性較大的管子。它的優(yōu)點(diǎn)是焊接接口不易滲漏，缺點(diǎn)是只能用于直線頂管。玻璃鋼夾砂管也可以用于頂管，一般頂距較短，目前僅用于中小口徑，管節(jié)防腐性能比較好。預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管在頂管工程中正在得到應(yīng)用，由于管節(jié)能夠承受較大的內(nèi)壓，所以適用于給水管道工程。

（5）中繼間

中繼間是長(zhǎng)距離頂管中不可缺少的設(shè)備。中繼間安裝在頂進(jìn)管線的某些位置，把這段頂進(jìn)管道分成若干個(gè)推進(jìn)區(qū)間。它主要由多個(gè)頂推油缸、特殊的鋼制外殼、前后兩個(gè)特殊的頂進(jìn)管節(jié)和均壓環(huán)、密封件等組成。頂推油缸均勻地分布于保護(hù)外殼內(nèi)，當(dāng)所需的頂進(jìn)力超過(guò)主頂工作站的頂推能力、施工管道或者后座裝置所允許承受的最大荷載時(shí)，需要在施工的管道中安裝一個(gè)或多個(gè)中繼間進(jìn)行接力頂進(jìn)施工[1]。

1.3 注漿系統(tǒng)

注漿系統(tǒng)由拌漿、注漿和管道三部分組成。①拌漿：拌漿是把注漿材料加水以后再攪拌成所需的漿液；②注漿：注漿是通過(guò)注漿泵來(lái)進(jìn)行的，它可以控制注漿壓力和注漿量；③管道：管道分為總管和支管，總管安裝在管道內(nèi)的一側(cè)，支管則把總管內(nèi)壓送過(guò)來(lái)的漿液送到每個(gè)注漿孔去。

1.4 糾偏系統(tǒng)

糾偏系統(tǒng)由測(cè)量設(shè)備和糾偏裝置組成。常用的測(cè)量裝置就是置于基坑后部的經(jīng)緯儀和水準(zhǔn)儀。經(jīng)緯儀用來(lái)測(cè)量管道的水平偏差，水準(zhǔn)儀用來(lái)測(cè)量管道的垂直偏差。機(jī)械式頂管有的使用激光經(jīng)緯儀，它是在普通經(jīng)緯儀上加裝一個(gè)激光發(fā)射器而構(gòu)成的。激光束打在頂管機(jī)的光靶上，通過(guò)觀察光靶上光點(diǎn)的位置就可判斷管子頂進(jìn)的偏差。糾偏裝置就是糾正頂進(jìn)姿態(tài)偏差的設(shè)備，主要包括糾偏油缸、糾偏壓動(dòng)力機(jī)組和控制臺(tái)。對(duì)曲線頂管，可以設(shè)置多組糾偏裝置，來(lái)滿足曲線頂進(jìn)的軌跡控制要求。

1.5 輔助系統(tǒng)

輔助系統(tǒng)主要有輸土設(shè)備、起吊設(shè)備、輔助施工、供電照明及通風(fēng)換氣等。輸土設(shè)備因頂進(jìn)方式的不同而不同。土壓平衡可以采用有軌土車、電瓶車和土砂泵等方式出土；泥水平衡可以采用泥漿泵及管道輸送泥水。起吊設(shè)備一般分為龍門吊和吊車兩種。龍門吊優(yōu)點(diǎn)是操作簡(jiǎn)便、工作可靠，缺點(diǎn)是轉(zhuǎn)移過(guò)程中拆裝比較困難。吊車的優(yōu)點(diǎn)是轉(zhuǎn)移方便、靈活。輔助施工根據(jù)土質(zhì)條件不同而不同，常用的輔助施工有井點(diǎn)降水、高壓旋噴、壓密注漿、雙液注漿、攪拌樁、凍結(jié)法等。供電照明分低壓供電和高壓供電。通風(fēng)換氣是長(zhǎng)距離頂管中不可缺少的一環(huán)，否則可能發(fā)生缺氧或氣體中毒的現(xiàn)象。

2 頂管施工技術(shù)的步驟

頂管施工技術(shù)主要包括施工準(zhǔn)備、頂進(jìn)設(shè)備安裝、頂管機(jī)井內(nèi)就位、頂管機(jī)出洞、管節(jié)頂進(jìn)、管節(jié)拼接等步驟。頂管施工技術(shù)的詳細(xì)步驟見(jiàn)下流程圖：

3 結(jié)語(yǔ)

頂管施工是一項(xiàng)比較專業(yè)和復(fù)雜的施工技術(shù)，也是目前市政管道建設(shè)廣泛應(yīng)用的技術(shù)。頂管施工技術(shù)的構(gòu)成和步驟是頂管施工技術(shù)最基本、最基礎(chǔ)的知識(shí)，必須對(duì)頂管施工技術(shù)的構(gòu)成和步驟有足夠的認(rèn)識(shí)和理解方能熟練掌握頂管施工技術(shù)。本文根據(jù)自己的工程經(jīng)驗(yàn)，盡量詳細(xì)的論述了頂管施工構(gòu)成的各部分概念、類型及控制重點(diǎn)，同時(shí)以流程圖的方式陳述頂管施工的步驟。希望管理頂管施工的人員通過(guò)本文能夠快速、全面的掌握頂管施工技術(shù)，從而指導(dǎo)頂管工程施工能夠安全順利進(jìn)行。