頂管施工工藝在市政管網(wǎng)施工中的運用探討

歐陽宋南

（福建省西湖賓館， 福建 福州 350001）

0 引言

我國城建水平的一直在發(fā)展提升中，市政管網(wǎng)建設工程涉及到的施工項目持續(xù)增多。在實踐運用中，需要選擇適宜的施工工藝去應用，以滿足市政管網(wǎng)工程的建設需求。頂管施工工藝的應用優(yōu)勢較多，可大量減少土方工程的挖掘、對現(xiàn)場的周邊環(huán)境影響小、施工占地和拆遷需求較少。在市政基礎建設中可廣泛運用頂管法，是一種文明施工工藝。目前的市政管網(wǎng)建設工程，施工管網(wǎng)長度不斷增加，為滿足不斷變化的施工要求，管網(wǎng)的施工深度也在不斷加深。市政管網(wǎng)工程現(xiàn)場的地質(zhì)、地下管線和周圍環(huán)境等比較復雜，影響因素較多，施工復雜，技術難度較高。

1 相關理論概述

頂管施工技術是一種非開挖施工方法，在管網(wǎng)施工中不進行開挖或者少開挖進行管道埋設的施工工藝（如圖1 所示）。頂管施工是在工作坑內(nèi)開展，利用頂進設備的頂力，克服管道和土壤的摩擦力，把管道按照設計的坡度頂入管道埋設位置的土中，同時運走土方。頂入一節(jié)管道進入土層后，再下另一節(jié)管道繼續(xù)進行頂進。頂管施工原理是利用主頂油缸、管道間以及中繼間等推力，把工具管從工作坑內(nèi)推進到接收坑內(nèi)吊起，管道緊隨工具管在兩坑之間埋設。施工中的頂力計算是非常重要的工作。通過頂力計算，精確背部強度和管道強度、確定需要的千斤頂數(shù)量、噸位、以及頂進工程長度等重要參數(shù)，特別是最大的頂推長度需要頂力的計算。

圖1 頂管法施工示意圖

1896年的美國首先開始研究頂管法，最初是應用在的鐵路鋪設過程，采用該施工方案并取得良好的施工效果。之后備受關注，很多國家開始研究和應用頂管施工工藝，后來英國采用頂管法施工9.5h 把直徑1524mm 的混凝土管頂進土中49m，這個施工結(jié)果刷新了那時同類項目的世界記錄，頂管施工工藝的應用成功，促進了各國對該項目的關注和研究，頂管施工工藝逐漸被廣泛推廣和應用，發(fā)達國家也開始其理論研究。日本針對小管徑頂管施工技術和長距離的頂管法施工進行探究，取得實質(zhì)性的進展，歐洲國家對市政管網(wǎng)建設中的管道材料和施工技術進行優(yōu)化創(chuàng)新。目前，發(fā)達國家通常采用帶橡膠密封環(huán)的混凝土管道施工，不斷提升頂管施工工藝，促進市政工程管網(wǎng)施工的可持續(xù)發(fā)展。

國內(nèi)針對頂管施工工藝的研究起步較晚，理論和實踐經(jīng)驗均明顯滯后于發(fā)達國家。1953年的北京第一次采用頂管施工工藝，上海在1956年才開始進行施工試驗研究，當時頂管施工機械主要是手掘式頂管機。上海企業(yè)針對頂管施工工藝進行深入研究，研究成果是把直徑2m 的鋼筋混凝土管道的頂進達到120m，還對不同口徑和類型的頂管施工技術進行研究，特別是土壓型管道。但是我國關于頂管項目的研究成果，通常是側(cè)重施工的實踐經(jīng)驗，理論研究領域薄弱。1967年上海的一家公司，開發(fā)了一種小直徑遙控土壓式機械頂管機，無須人進入管道就可進行施工，該設備生產(chǎn)后被應用于隧道、高速公路以及鐵路施工中。1978年我國研發(fā)出一種擠壓型頂管，特別適合在淤泥等不良施工條件下進行頂進作業(yè)時運用。隨著我國頂管技術的不斷完善和優(yōu)化，最初的頂管施工工藝只應用在城市的給排水工程到現(xiàn)在廣泛運用到多種工程建設的施工，頂管施工工藝具有重要的實用價值[1]。

2 頂管施工工藝

2.1 管材

市政管網(wǎng)的頂管施工通?？刹捎玫牟牧嫌袖摴?、鋼筋混凝土管、玻璃鋼管、鑄鐵管以及陶土管等（如表1 所示），實際工程施工中應用廣泛的管材是鋼筋混凝土管。

表1 管材分類和特點

玻璃鋼管 管材重量輕，承壓能力高，使用壽命長，可用于長距離施工。 施工成本偏高，頂進過程只能直線進行，難以在實際工程中推廣應用。 鑄鐵管 頂進力較高。 施工成本高，適用范圍窄。 陶土管 管材的防腐，適宜長距離頂進。 管材剛度大，施工中要避免管材發(fā)生脆性破壞。

2.2 頂管設備的選擇

頂管施工的機械設備主要是指頂管機，施工過程主要通過頂管機提供動力進行頂進。頂管設備類型分為手掘式頂管機、土壓式頂管機、水式頂管機、和氣壓平衡頂管機四種[2]。根據(jù)施工現(xiàn)場的土質(zhì)類型，合理選擇適宜的頂管機。淤泥、黏土的施工現(xiàn)場施工時，適宜采用水式或土壓式頂管機;砂土項目，選擇水式頂管機進行施工。在實際工程的頂進施工中，對開挖面可以改良技術、優(yōu)化工藝，提高頂進施工效果。對改良后的施工現(xiàn)場可采用氣壓平衡式頂管機施工。關于強風化、中風化巖的施工現(xiàn)場的施工，結(jié)合實際地質(zhì)情況選擇合適的施工設備，根據(jù)其內(nèi)部結(jié)構(gòu)選擇適宜的刀盤和管頭等，保證頂管施工的質(zhì)量和水平滿足工程設計要求。

2.3 注漿減阻

頂管機的直徑相對于管材的直徑稍大，管材外徑和頂管機內(nèi)徑中間存在一些漿體，管道和埋設的土壤中間也存在一些漿體，漿體在施工過程中形成泥套，泥套讓泥漿無法滲透到外層土壤中，對管道周圍的土壤形成一種支撐力（如圖2 所示）。管道和土壤中間流動的泥漿，可以減小頂進時的摩擦阻力。在頂管施工過程中，不斷優(yōu)化減摩技術，提高頂管施工效果[3]。

圖2 注漿減阻

2.4 頂管方法

選擇的頂管方法會直接影響到管網(wǎng)的施工質(zhì)量。在選擇頂管方法時，首先要充分熟悉項目施工現(xiàn)場的實際情況，分析現(xiàn)場地質(zhì)條件、土質(zhì)和環(huán)境，再根據(jù)規(guī)范和施工工藝選擇合理的頂管方法（如表2 所示）。根據(jù)制定的技術方案規(guī)范控制施工工藝，最大程度降低設備、管材、人工等施工成本，建立經(jīng)濟、高效的施工方案，全面考慮施工安全因素，合理控制施工進度和施工工藝避免發(fā)生安全事故。

表2 頂管方法

2.5 頂進糾偏

頂進施工過程中，需要進行糾偏，合理控制施工工藝，保證管網(wǎng)頂進質(zhì)量。頂管施工過程是在地下進行管道頂進的，施工出現(xiàn)偏差時，要馬上進行糾偏處理，延誤時機會影響到管網(wǎng)工程的整體施工質(zhì)量和工期，嚴重時可能造成安全事故。頂進糾偏可以采用頂管糾偏智能控制系統(tǒng)，在頂進中應用該系統(tǒng)，對頂進過程可以進行實時智能控制，避免頂進時管道偏離軸線位置的情況，有效保證了頂進施工效果，切實提高頂進效率。

在施工偏差已經(jīng)發(fā)生后，可以采用挖土、頂木或千斤頂進行糾偏[4]。挖土糾偏的方法是對管道兩側(cè)進行平衡處理，促使管道注漿回到正常狀態(tài)，適用于較小的軸線偏離位置10mm～30mm。頂木糾偏的方法適用于軸線偏離超過30mm 時，通過在管道內(nèi)放入木頭，利用木頭傾斜產(chǎn)生分力，促使管道的軸線位置恢復到正常狀態(tài)。千斤頂進行糾偏時不是單一使用的，在實踐應用中要結(jié)合挖掘修正法一起使用，把千斤頂放在超挖側(cè)端，通過千斤頂?shù)淖粤炕謴凸艿阑氐皆O計的準確位置上[5]。

3 結(jié)語

頂管施工工藝是市政管網(wǎng)工程中應用成熟的方法，在實踐應用中結(jié)合施工現(xiàn)場各種影響因素，重視地下頂進施工的復雜性和高技術要求，合理規(guī)避施工過程的易發(fā)隱患，嚴格執(zhí)行頂管施工技術方案，并不斷優(yōu)化和完善頂管施工工藝，推動施工質(zhì)量和施工效果的提升。