市政工程顶管施工技术探讨田锦虎

市政工程顶管施工技术探讨田锦虎

田锦虎

中国水利水电第七工程局有限公司四川省610081

摘要：市政工程是城市建设和发展的重要环节，对城市总体规划有着非常重要的影响。目前的市政工程建设并不局限于地上设施，地下设计也有很多建设项目，顶管施工项目就是其中的一个组成部分。顶管施工技术作为一种非开挖技术，可以更好地保护城市环境和地面的完整性，避免正常交通的延误。因此，它目前被大多数市政建筑企业广泛使用。但是，许多市政施工企业对顶管施工技术还没有完全了解和掌握，导致顶管施工技术应用中存在各种问题，无法充分发挥顶管施工技术的优势。因此，有必要加强顶管施工技术的控制，确保市政工程的优质施工。

关键词：市政工程；顶管施工；施工工艺；技术运用

引言

顶管施工技术，具体是指一种地下非开挖施工技术，虽然被称之为非开挖技术，但是并不是完全不开挖，只不过开挖的范围小，因此对地上设施的使用所造成的影响也就比较小。顶管施工技术的具体原理是利用管道中的主顶油缸以及液压千斤顶等所产生的推力，从而将广岛推进到土层深处，直到接收井之中，从而达到最终的施工要求。

1顶管施工技术原理

1.1施工原理

顶管施工技术是一种非开挖或少开挖的管道埋设施工方法，其不需要大面积破坏路面，就可以在上方有建筑物的地下埋设管道，该施工法不会对地上建筑、周边环境及地下管道带来破坏，并且该施工法不会产生大量的粉尘，对环境和地上交通的影响很小，与开槽埋管相比施工周期较短，可以有效的减少对周边建筑和环境的污染以及很好的解决施工地段的堵塞，因此顶管施工具有更好的经济性和高效性。顶管施工技术的施工原理主要是：首先根据设计规划的管道路线首尾两端分别布置工作井和接收井，如果工程较为复杂，需要考虑在中间段布置中间井；然后在工作井内开始进行顶进作业，将钢制管道按设计的角度压入到地质层中。预埋设的管道紧随工具管，工具管从工作井内穿过土层将管道分节段顶进到接收井。对于污水管道的埋设，顶进设备和接收中继站的设备跟常规的管道略有不同，施工原理相同。

1.2平衡理论

当前，顶管施工技术的平衡理论主要分为三类：第一类为气压平衡理论，第二类为泥水平衡理论，第三类为土压平衡理论。气压平衡理论主要是通过作用于临时掘进面上的气体压力来平衡地下水压力。由于作用的气体压力是相同的，但是地下水压力是呈梯度分布，因此在工具管顶部需要形成一个超过平衡压力的气体压力区，地层由于压力作用从饱和状态变成半饱和状态。该平衡理论适用于含水量比较大的砂层，并且管线上方有较厚的覆土层或粘土层。泥水平衡理论主要是利用出泥舱面的泥水压力来平衡顶进工作面上的水压力和土压力。该平衡理论适用于各种不同的土质条件，尤其适用于地下水位很高和地下水压力变化较大的地层。土压平衡理论是利用土压平衡式顶管掘进机进行顶管施工，其只取走顶入管子的土体，整个顶管过程能有效的防止挖掘面土方的超挖和欠挖。它对周围的土体扰动很小，能使地表的沉降或隆起减小到最低限度。该平衡理论适用于饱和含水地层中的淤泥质粘土或砂性土。由于这三类平衡理论的适用条件不同，因此在顶管施工过程中要根据地质条件、施工环境、设计要求等的不同而科学选择合适的平衡理论。

2顶管施工技术要点

2.1施工前技术准备

施工单位勘查人员到现场对人流车流和交通状况进行观察，分析得出最佳交通疏导方案。根据地下管线分布图，定位该地排水管、污水管、电力、燃气、通讯、给水等管道，综合考虑其与施工管道的位置关系，与相关部门协商迁移或者临时关停部分重位管线，若解决不了再考虑是否进行设计变更。了解清楚当地土层物理性质，根据情况，作出不同的处理。其中砂层、岩层有不同的处理方法，砂层要搞清含砂量、及级配关系、细度情况等。岩层则要搞清楚是否风化岩，若是风化岩就要检测其属性，看起强弱情况，其抗压强度和抗剪强度，是粉沙质还是砂质，是整体结构还是条片状结构等等。还需了解地下水的状况及变化规律如地下水来源、水面标高及是否受到潮汐影响而变化等。施工单位必须根据实际情况选择最优的施工方案，掌握各种顶管施工技术工法，结合难度、风险、成本等因素综合考虑是否运用微型螺旋钻顶管法、水平定向钻进施工法、先导杆螺旋钻施工法、泥水平衡顶管法等施工方式进行施工。

2.2施工优化

施工单位需按照设计图纸上管线的平面图，进行现场测量放线，并且定位工作井和接收井，确定每段顶管的长度。由于工作井造价比较高，需严谨确定工作井和接收井的位置和数量，能少则少。在确定顶进线路过程中，设计人员要严格设计顶进线路，应充分考虑树木、建筑基础、桥台桩基的位置关系，避开即将相交叉的障碍物或者其他构筑物。另外，如顶进深度范围内土层或者地下管网较为复杂无法避开时，施工单位要与设计单位进行商议，降低或抬高顶管高程，以避免破坏其他原有管线与降低施工难度等。

2.3顶管设计与顶力

顶管设计应根据地质和周边环境条件，通过计算合理选择管材、管道埋深、井间距、顶管井结构形式等，拟顶管道与既有管道净间距应根据土层特性、管道覆土厚度、管道直径及管道走向等多种因素确定。管顶标高低于建筑（构）物基础底时，管底标高数值上要大于两倍的管直径，并且不能从建（构）筑物基础的影响范围下穿过，若顶管对建（构）筑物基础有不利的影响，应采取保护措施对其进行保护。相对的，管底标高高于或持平建筑（构）物基础底时，管底标高不能小于一倍的管直径。顶力设计上，荷载结构法是现今对顶管受力状态研究的主要手段，认为地层对顶管管节的作用只产生作用在管节上的荷载。在顶进过程中管道会受到几种不同的荷载的作用，包括径向和轴向的荷载，其中在顶管径方向上受荷载分别有自重、上部荷载和土体荷载，在轴方向上会受到贯入阻力、管与土体的主顶推力、纠偏千斤顶的推力和摩擦阻力等的荷载。顶管承受的摩擦阻力成为了顶力的重要组成部分。摩阻力受土层参数、管道埋深、管径以及管与土之间的接触应力等因素直接或间接的影响，顶力的大小也因此受到影响。顶管在顶进过程中，普遍使用触边泥浆减阻的方法来减少摩阻力，不仅会对管道起到支撑作用，也会起到润滑作用。

2.4部分气压稳定

顶管设备在松软土层以及活动情况的土层顶进，有时由于正面挤压力不足以缓解坍塌的压力，较易存在正面坍塌，这使得产泥量过高，会导致地面下沉，管道破损，从而为矫正带来阻碍。为处理此项弊端，在顶进作业里运用部分气压稳定的原理，使得局部气压的高低视实际状态而定，并通常采用土层无坍塌迹象为测定标准。

2.5其他技术措施

在顶管施工中，还重点加强了以下几个方面的工作，如顶管施工前，对照已有资料查清施工区域的管线分布，采取相应的保护措施以保证通信、电力、给水、排水、煤气等其它管线安全运营，确保公众正常生活；顶管施工前详细调查了解工程沿线地质和水文条件，对于不良地质区段采取针对措施；在顶管穿过淤泥层、腐植层时，加强对有毒气体的检测与防护，保障施工人员的健康和安全。

结语

由于顶管施工不需要大面积破坏路面，与开槽埋管相比可以有效的减少对周边建筑和环境的污染以及很好的解决施工地段的堵塞，因此顶管施工具有更好的经济性和高效性。在顶管施工过程中，严格掌握顶管施工技术原理，对顶管施工技术实施过程进行探讨，进而有效的保证了顶管施工的质量，顶管施工技术对于保证市政工程项目的顺利实施具有显著意义。

参考文献：

[1]张振宇.顶管技术施工技术在我国的应用与发展[J].武汉工程职业技术学院学报，2013（36）.

[2]田立松.顶管施工工艺在市政工程中的应用[J].中国招标，2016，（16）：32-34.