地下管道工程頂管施工工法應(yīng)用研究

譚鵬，胡漢鋼

（廣西北投環(huán)保水務(wù)集團(tuán)有限公司，廣西 南寧 530000）

地下管線在城區(qū)范圍內(nèi)分布很廣，建筑結(jié)構(gòu)也比較復(fù)雜。一般情況下，地下管道工程的建設(shè)內(nèi)容比較復(fù)雜，工期較長(zhǎng)，工作條件比較艱苦。因此，地下管道工程施工比較困難，后期的運(yùn)營(yíng)和維修管理工作比較煩瑣。如果地下管道工程在施工中出現(xiàn)了一些質(zhì)量問(wèn)題，將造成管網(wǎng)的給水能力降低，從而對(duì)居民的生活產(chǎn)生了很大的影響。因此，在進(jìn)行地下管道工程建設(shè)時(shí)，必須對(duì)施工工藝進(jìn)行細(xì)致的分析，以確保工程質(zhì)量達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

1 頂管施工技術(shù)概述

頂管施工技術(shù)也成為非開挖施工技術(shù)，其主要是利用機(jī)械力量依靠主頂油缸和管道之間的推理將工具管從工作坑內(nèi)穿過(guò)土層，然后被推到接收坑里，進(jìn)而使工作坑和接受坑之間形成一個(gè)通道。頂管施工技術(shù)使用期間需在工具管內(nèi)添加一定的潤(rùn)滑劑，繼而起到潤(rùn)滑的作用，幫助后續(xù)施工能夠正常進(jìn)行。

2 實(shí)施頂管施工技術(shù)的優(yōu)越性

2.1 有利于減少對(duì)地上秩序的影響

頂管施工技術(shù)在工程建設(shè)中的應(yīng)用，基本上都是在地下進(jìn)行，既不會(huì)對(duì)地表造成損害，也不會(huì)影響地表的正常生產(chǎn)。既不會(huì)堵塞道路，也不會(huì)給地面帶來(lái)任何的交通堵塞。此外，采用頂管施工技術(shù)，不需切斷其他地下管線，確保其正常運(yùn)行。因此，采用頂管施工技術(shù)相對(duì)于常規(guī)的開挖技術(shù)具有絕對(duì)的優(yōu)越性。

2.2 有利于環(huán)境保護(hù)

在地表鋪設(shè)明挖管線時(shí)，必須拆除地表以上的房屋、建設(shè)交通便道、對(duì)管線進(jìn)行搬遷、在現(xiàn)有的河段上建堤壩等，會(huì)產(chǎn)生噪音、灰塵和泥漿，對(duì)周邊環(huán)境產(chǎn)生污染。而采用頂管施工方案，可以最大程度地減少或消除施工過(guò)程中產(chǎn)生的噪聲、揚(yáng)塵和泥漿水對(duì)周圍環(huán)境的污染，達(dá)到了很好的環(huán)保效果。

2.3 有利于節(jié)省工程投資

在施工方法上，頂管工程的造價(jià)要高于地表明挖。但若進(jìn)行全面的經(jīng)濟(jì)對(duì)比，則需對(duì)施工中的明支管線進(jìn)行搬遷和維護(hù)、生產(chǎn)單位停產(chǎn)、修建臨時(shí)交通通道、各種管道的遷移、大壩的維護(hù)，都是一筆不小的開銷。如果有需要賠償停產(chǎn)損失的，則需要更高的成本。因此，總體上，采用頂管技術(shù)進(jìn)行施工，可以節(jié)約大量的投資，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

3 頂管施工系統(tǒng)

（1）接收井。頂管接收井是指在管道被頂開后，對(duì)頂管作業(yè)設(shè)備進(jìn)行拆除和拆除的一種沉井。（2）遙控室。遙控室，也就是地面上的控制臺(tái)，不能直接操作，只能在遠(yuǎn)程控制室里操作。（3）泥水分離器。泥漿振動(dòng)篩、旋流器、除砂旋流器五大部分構(gòu)成；砂礫泵和電子控制系統(tǒng)，其主要任務(wù)是將頂管頂進(jìn)時(shí)所產(chǎn)生的泥水進(jìn)行泥水分離。（4）進(jìn)漿泵。在頂管運(yùn)行過(guò)程中，應(yīng)注意工作箱內(nèi)壓力，其主要作用是控制泥漿進(jìn)入泵量，從而調(diào)節(jié)工作箱內(nèi)壓力，從而使工作倉(cāng)的內(nèi)部壓力達(dá)到平衡倉(cāng)外部的壓力，防止引起沉陷。（5）泥水箱。泥漿水置于泥漿池內(nèi)，通過(guò)進(jìn)漿泵排出泥漿，通過(guò)進(jìn)水管、旁通閥等流入污泥池，達(dá)到泥漿池的壓力平衡。（6）工作井。工作井，也就是起動(dòng)井，是用來(lái)放置頂管設(shè)備和進(jìn)行頂板作業(yè)的，也是從機(jī)頭開始的。工作井在提供機(jī)械作業(yè)的同時(shí)，也要經(jīng)受液壓缸的頂入推力。（7）排泥泵。它的工作原理是利用泥漿的排泥量來(lái)實(shí)現(xiàn)壓力的均衡。（8）頂進(jìn)總成結(jié)構(gòu)。本工程是頂進(jìn)系統(tǒng)的總體構(gòu)造，由掘進(jìn)機(jī)、頂進(jìn)設(shè)備、中繼室組成；誤差校正和測(cè)量系統(tǒng)等。（9）激光導(dǎo)航組成。在激光經(jīng)緯儀運(yùn)行過(guò)程中，工作人員從頂管機(jī)上接收屏幕獲取測(cè)量數(shù)據(jù)，并對(duì)角偏差進(jìn)行計(jì)算和分析，從而糾正頂板導(dǎo)軌，保證在預(yù)定的軌道上進(jìn)行頂進(jìn)。激光是不能繞射的，所以只能用直線頂管來(lái)測(cè)量。（10）中繼環(huán)。中繼環(huán)，也叫繼電器，它包括一個(gè)小的起重裝置和一個(gè)液壓泵。就算在頂管施工中采取了減阻措施，當(dāng)頂進(jìn)長(zhǎng)度超過(guò)一定限度后，管道的阻力就會(huì)達(dá)到最大，再也不能前進(jìn)。而在這個(gè)過(guò)程中，可以用中繼室代替整體式的頂進(jìn)，只有節(jié)節(jié)推進(jìn)引起的阻力相對(duì)較小，才能完成整個(gè)過(guò)程。（11）鋼筋砼管。此次頂管采用的是三級(jí)混凝土管，所有的砼管均為預(yù)制管節(jié)，接頭時(shí)必須做好防水、止水的處理。（12）泥水管道。泥漿水管線是泥漿平衡頂管機(jī)的關(guān)鍵部件，通過(guò)進(jìn)水管和旁通閥，將泥漿和水儲(chǔ)存在泥漿管中，形成泥漿壓力，使泥漿壓力達(dá)到平衡。如果比倉(cāng)外的壓力小，很可能引起地表土壤的沉陷。（13）掘進(jìn)機(jī)。泥水平衡頂管機(jī)由刀盤、泥料倉(cāng)、泥水循環(huán)管等構(gòu)成，在掘進(jìn)時(shí)，液壓油缸為其提供了強(qiáng)大的頂力，使刀盤與土體內(nèi)的巖石障礙形成了足夠的壓力，刀片旋轉(zhuǎn)，將前面的巨石和其他障礙物擊碎，粉碎后的碎屑則通過(guò)管道輸送出去。

4 頂管施工技術(shù)要點(diǎn)

4.1 施工準(zhǔn)備

在前期施工中，應(yīng)采取以下幾種措施：（1）依據(jù)地質(zhì)調(diào)查報(bào)告，了解施工場(chǎng)地的具體狀況，并制定切實(shí)可行的施工技術(shù)。（2）強(qiáng)化技術(shù)知識(shí)與安全知識(shí)的交流，組織施工人員深入學(xué)習(xí)施工圖、施工規(guī)范等內(nèi)容，對(duì)施工情況有一個(gè)正確的了解。（3）對(duì)沿路管線進(jìn)行綜合勘察，并參考有關(guān)施工數(shù)據(jù)，明確管線類型、數(shù)量、分布特征，并根據(jù)已有管線交叉部位的管線，根據(jù)已知的信息，繪出相應(yīng)的施工方案，保證新老管道的正常工作。

4.2 頂管設(shè)備的安裝

（1）井口主要裝備。后座墊鐵、導(dǎo)軌、油缸支架、油缸、穿墻裝置等。①后座墊鐵。它的主要功能是將車頂軸向的反作用力平均分配給后座的墻壁，從而降低對(duì)后排座椅的損傷。確定墊鐵四個(gè)角的位置并做記號(hào)，在需要的地方挖出墻體，把底部找平，把墊鐵放在固定位置，調(diào)整平面的方向（一般在下面加2mm的橡膠墊），這樣所決定的平面就垂直于頂管的推進(jìn)方向。允許的誤差在2mm以內(nèi)。最后，在后座上鋪上水泥，并在后座上鋪上一層水泥。②導(dǎo)軌。由兩個(gè)互相平行的導(dǎo)軌組成，它的主要功能是確保在推進(jìn)時(shí)可以平穩(wěn)地前進(jìn)，從而使管道在預(yù)定的軌道上順利地進(jìn)入土壤中。其次，是保證頂鐵的穩(wěn)定性。在基坑的底部會(huì)有一個(gè)推進(jìn)軸，它是用來(lái)調(diào)節(jié)導(dǎo)軌中心線和推進(jìn)軸重合的，通常用工字形來(lái)調(diào)節(jié)導(dǎo)軌的高度。允許的誤差是2mm。③氣缸和氣缸托架。氣缸托架由槽鋼焊接而成，其作用是使主頂油缸的軸向保持穩(wěn)定。根據(jù)基坑底部的頂進(jìn)軸線方向，將支座中心線與其對(duì)齊，并調(diào)整支座的高度。調(diào)整完畢后，將支撐與基座鋼筋焊接牢固，并用水泥間隙進(jìn)行填充。24h后，把氣缸抬到托架上，然后用鋼板把它壓緊。油缸與其支座之間的位置偏差應(yīng)小于2mm。④止水環(huán)的安裝應(yīng)保證橡膠盤的中心和橡膠盤的鋼圈中心與頂部的孔軸線一致，保證橡膠盤的切割均勻，保證泥土和泥漿不會(huì)外泄。止水環(huán)的構(gòu)造（見圖1）由一個(gè)鋼制凸緣和一個(gè)壓力盤構(gòu)成，中間用一個(gè)20mm的橡膠圈。

（2）地面輔助設(shè)備。主要由主控制室、主頂進(jìn)設(shè)備、泥漿倉(cāng)、泥漿系統(tǒng)、監(jiān)測(cè)設(shè)備等組成。①主控室和主頂進(jìn)機(jī)構(gòu)。主控室布置了主控室。主要由頂進(jìn)油缸、頂進(jìn)油泵、油管組成。②泥漿房和鉆井機(jī)。鉆井室是用鋼管焊接而成的，上面有瓦片。在棚內(nèi)應(yīng)安裝泥漿箱、泥漿泵、電箱等。③監(jiān)控系統(tǒng)。以儀器管為核心，以激光引導(dǎo)為主。在開始頂入之前，必須對(duì)監(jiān)控線路進(jìn)行校驗(yàn)和調(diào)試，以保證與主控制室的連接是正確的。

（3）頂板裝置。高壓油泵、千斤頂、頂鐵、頂管機(jī)、泥漿循環(huán)系統(tǒng)等。①高壓油泵。在31.5MPa的壓力下，用馬達(dá)帶動(dòng)。每一千斤頂?shù)倪M(jìn)氣管道都是平行的，以保證各千斤頂?shù)幕钊敵龊蜎_程是一致的。②起重器。在頂管施工中起到重要作用。③頂鐵。是一種輸送和擴(kuò)散頂推的設(shè)備。它必須能經(jīng)受頂入的壓力而不會(huì)發(fā)生扭曲和損壞，而且吊車也很容易快速。④鉆機(jī)和泥漿系統(tǒng)。采用密閉泥漿平衡頂管，泥漿系統(tǒng)由攪拌桶、攪拌機(jī)和泥漿泵組成；泥漿管道，沉淀槽等。

4.3 頂管施工現(xiàn)場(chǎng)勘查與調(diào)查

在進(jìn)行頂管施工前，要進(jìn)行實(shí)地勘察和調(diào)查，首先，要對(duì)施工人員和交通狀況進(jìn)行有效的分析，同時(shí)，要觀察周邊的綠化環(huán)境，并對(duì)周邊的實(shí)際環(huán)境進(jìn)行分析。其次，要加強(qiáng)對(duì)管線的監(jiān)測(cè)，尤其是一些比較復(fù)雜的管線，在施工時(shí)，要進(jìn)行細(xì)致的分析，以保證管線的有序進(jìn)行。再次，工程建設(shè)不能盲目進(jìn)行。不過(guò)，在進(jìn)行管道建設(shè)的時(shí)候，一定要做好管道的檢查，包括供水、煤氣、電力管道等，以免對(duì)管道的損壞。最后，污水和雨水管道，在鋪設(shè)的時(shí)候要進(jìn)行相關(guān)的檢查，確保安全和穩(wěn)定。

4.4 頂管穿墻技術(shù)

在頂管施工工藝中，穿墻技術(shù)主要是通過(guò)設(shè)置止水器，然后用工具將管道工具從工作井中移出，在這個(gè)過(guò)程中，要開啟穿墻的門，然后進(jìn)行頂管出洞工作。為了提高穿墻效果，必須在穿墻之前對(duì)墻體進(jìn)行加強(qiáng)。同時(shí)，在進(jìn)行管道施工前，必須對(duì)墻體進(jìn)行質(zhì)量檢查，以保證其強(qiáng)度。然后，將門板打開，將頂管推出井外，完成注水設(shè)備的安裝，并利用一些加固技術(shù)對(duì)其進(jìn)行止水處理，在這一進(jìn)程中，必須保證它的現(xiàn)實(shí)狀況與標(biāo)準(zhǔn)是一致的。然而，采用頂管穿壁技術(shù)時(shí)，會(huì)遇到一定的障礙，因此，必須利用GPR技術(shù)進(jìn)行檢測(cè)，并對(duì)工作環(huán)境進(jìn)行分析，同時(shí)，要對(duì)地形和水文工作有一定的了解，然后再制定計(jì)劃，及時(shí)解決問(wèn)題。

4.5 頂管出洞

頂管出孔是頂管施工中的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，在進(jìn)行頂管頂進(jìn)時(shí)，必須做好頂管出洞，從而保證井口的出口預(yù)留。在頂管推進(jìn)過(guò)程中，必須在進(jìn)行治水工作的同時(shí)，糾正頂管推進(jìn)過(guò)程中出現(xiàn)的偏差。在此基礎(chǔ)上，必須對(duì)其地質(zhì)、水文等進(jìn)行有效的分析，并針對(duì)土壤的特點(diǎn)，做好相應(yīng)的止水措施。一般情況下，在澆注工程中使用等級(jí)最高的素混凝土是主要的止水墻體。在施工時(shí)，如果是圓的，則必須在澆注時(shí)使用弧形前擋水墻。另外，為了提高止水劑的防滲效果，還應(yīng)對(duì)內(nèi)襯預(yù)留孔進(jìn)行施工，從而提高了建筑的合理性。在對(duì)出洞進(jìn)行治理時(shí)，應(yīng)注意壓入觸變泥漿，以避免影響出洞部分的影響。在進(jìn)行止水作業(yè)時(shí)，最關(guān)鍵的是采用法蘭加壓板止水法，在這個(gè)過(guò)程中可以加入填料，一般采用膠泥。要將其加固，以保證其足夠的強(qiáng)度。

4.6 減少阻力

在進(jìn)行頂管沖刷時(shí)，會(huì)導(dǎo)致地表塌陷。另外，在頂管與地面間的土壤發(fā)生摩擦，會(huì)引起阻力。為了減少頂管與地層間的摩擦力，必須采用注漿的方式，將泥漿從管的外側(cè)注入，再在管的外側(cè)形成一個(gè)鉆頭。此外，泥漿圈還具有一定的支撐能力。為了有效地控制地表沉降，必須降低粉質(zhì)黏土崩塌造成的地層損失。在進(jìn)行注漿時(shí)，可采用觸變泥漿，并在注漿完成后進(jìn)行施工阻力減小，它就會(huì)變得更加堅(jiān)固，成為一個(gè)重要的框架，可以支撐起地面，從而有效地減緩地面的崩塌，提高地面的平整。在進(jìn)行施工時(shí)，還必須保證壓漿和管線的順利進(jìn)行，從而提高城市建設(shè)的安全性。

4.7 頂管糾偏

在城市建設(shè)中，頂管施工技術(shù)要做好頂管的糾偏工作，頂管的糾偏主要是指在施工中出現(xiàn)頂管偏差的施工工序，在這個(gè)過(guò)程中，可以采用糾偏千斤頂。根據(jù)管線的傾角和偏差狀況，采取相應(yīng)的措施。同時(shí)，根據(jù)實(shí)際工程的要求，采用強(qiáng)力矩對(duì)頂進(jìn)管線進(jìn)行調(diào)整，在這個(gè)過(guò)程中要特別注意力量，一旦用力過(guò)猛，就會(huì)造成施工的偏差。另外，要對(duì)地理空間的結(jié)構(gòu)進(jìn)行有效的觀測(cè)，一旦發(fā)現(xiàn)了差異，就必須加以糾正。在進(jìn)行頂管糾偏時(shí)，對(duì)施工人員的要求很高，要求他們具備沉著的心態(tài)、豐富的經(jīng)驗(yàn)和控制能力，在進(jìn)行糾錯(cuò)時(shí)，采取了多個(gè)調(diào)速、緩速校正的方法。

4.8 閉水試驗(yàn)

為了提高頂管的施工質(zhì)量，必須進(jìn)行封閉試驗(yàn)，可以有效地檢查頂管的密封性能，并及時(shí)解決頂管出現(xiàn)的問(wèn)題。在完成工程后，要通過(guò)閉水測(cè)試來(lái)檢驗(yàn)城市頂管的施工效果，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題要及時(shí)分析，并采取措施，提高工程質(zhì)量。

4.9 施工中的安全防護(hù)措施

在施工過(guò)程中，要加強(qiáng)安全保護(hù)，如工人穿戴安全帽及其他相關(guān)的保護(hù)用品，以提高其主動(dòng)保護(hù)能力；在工地周圍布置障礙物；強(qiáng)化安全管理，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，妥善處置。局部地區(qū)不宜設(shè)置防護(hù)欄，這時(shí)應(yīng)在周圍設(shè)置防護(hù)網(wǎng)，防止人員墜落，加強(qiáng)對(duì)工程機(jī)械的使用和物料的檢驗(yàn)。

5 結(jié)語(yǔ)

在城市建設(shè)中，必須加強(qiáng)對(duì)頂管的施工質(zhì)量控制，從而提高給排水的施工效果。這就要求在頂管施工時(shí)，要對(duì)頂管進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)勘察，提高測(cè)量技術(shù)和頂管穿壁技術(shù)，并對(duì)頂管進(jìn)行糾偏實(shí)驗(yàn)。加強(qiáng)施工監(jiān)督，做好物料、設(shè)備的質(zhì)量保證，加強(qiáng)對(duì)施工的全程監(jiān)督，提高工程質(zhì)量，從而使頂管工程得到高效的實(shí)施。