顶管技术在城市供水管网施工中的应用

顶管技术在城市供水管网施工中的应用

刘志勤

山西太水市政工程有限公司 邮编 030027

摘要：顶管技术作为一种非开挖施工技术，相对于开槽埋管从社会效益与经济效益上来 讲更具有优越性，从根本上改变了城市管网乱挖现象。随着城市的发展，各种管道建设将会 大量增加，顶管设计和施工也会增多，因此，我们要重视这个良机，进一步地完善和提高我 们的顶管设计和施工技术，使之综合施工技术达到国际水平，广泛应用到城市的供水管网建设中。

关键词：顶管技术；城市供水；管网施工

前言：新时期背景下的新技术和新设备正从根本上不断地提升现代市政排水施工的质量，从而更好地推动城市化进程的发展。顶管施工技术是一种非开挖式施工技术，利用油压 油缸从顶管工作井将顶管机和待铺设的管节在地下逐节 顶进，直到顶管接收井的非开挖地下管道敷设施工工艺。不会产生很大噪声和震动，不会阻碍交通，对周围环境的影响也很小。此技术是利用少开挖以及不开挖 技术，来进行地下管线铺设或者更换的工艺，不会给市民工作、生活带来许多不便，文章中主要分析了顶管技术在城市供水管网施工中的具体技术问题，希望同行借鉴。

1 顶管技术的组成

顶管技术包括顶管机械设备及顶管工作坑。其中顶管机械设备包括主顶千斤顶与顶管机头，顶管机头又分为：敞开式顶管工具管 : 手掘式、挤压式、 网格式等；封闭式顶管掘进机 : 泥水平衡、多刀盘等。 顶管工作坑分为：顶管坑（主顶设备工作坑）：供顶管 机头以及千斤顶安装和出坑；接收坑（接收工作坑）供顶管机头出坑和拆卸。

2 顶管设计以及施工前期工程的勘察

顶管在设计与施工前，应对实施顶管的区域进行实地勘察，确定顶管区域及工作坑具体 位置，掌握顶管可能对周围环境和附近建筑物的影响，保证其结构安全性和正常使用要求。 工程勘察包括地质勘察与物探。地质勘察主要是了解顶管区域各土层分布情况及土层物理力 学性质，了解地下水及深基坑下承压水头突涌可能型，提供不小于 2.5 倍基坑开挖深度范围 内土层的渗透性指标；物探主要是摸清顶管范围内各地下管线、通讯及电缆等分布情况。在 完善了工程勘察具体情况后，根据地质勘察与物探资料确定顶管埋深，同时还应满足下列要 求： (1)管顶覆盖土层厚度不宜小于 1.5 倍顶管直径且不小于 3m； (2)平行管道间的水平距离宜大于 2 倍顶管直径； (3)空间交叉管道的净间距钢管不宜小于 0.5 倍直径且不应小于 1.0在进行顶管施工时， 首先需要做测量放样， 利用井下等方式， 确定施工的地点和方式， 同时标注出施工安全高度。其次在施工过程中， 作为顶管施工， 需要做到井下和井上相互配合， 在井下安装千斤顶、 导轨等工具， 确保顶管工具的正常运行， 同时在井上时， 需要设置起吊设备、 主顶泵站等，施工时首先需要确定施工周围环境， 结合实际操作。

3 顶管机头的选型

3.1 机头类型的选择

对于顶管机头的选型，根据地质勘探的地质实际情况，进行分析研究。手掘式或者斗铲式顶管机头适用于粘性或砂性土，在软塑 和流塑粘土中慎用；挤压式与网格式适用于软塑、流塑粘性土，对管道周围地质有较大变 形影响。封闭式分为斗铲式、多刀盘土压平衡式、刀盘削土土压平衡式、加泥式机械土压平 衡式、泥水平衡式5 种型式。斗铲式适用于地下水位以下粘性土砂性土，但粘性土的渗透系 数不大于10-4cm/sec。多刀盘和刀盘削土土压平衡式适用于软塑、流塑的粘性土，在粘质粉 土中慎用。

3.2顶力估算

顶管的顶力标准值估算可以保证管道设计的合理性、后座结构的安全性以 及地层的稳定性，可防止管道的顶力过大，大多数 情况下采用管外壁注浆减阻的方式来进行设计与施工。顶管的顶力方式估算如下

FK=πDILf+NF （1）

上式中：FK：计算顶力标准值；DI：管道外径；L：管道的计算顶进长度；f：触变泥浆中管壁与土之间的平均摩擦力，一般取 8-12KN/m2；NF：机头工具管的迎面阻力标准值。在计算中，对于敞开式顶管的迎面阻力需要按照顶管机头的类型进行计算，而封闭式顶管的迎面

阻力需要按照下面的方法进行重新计算：

N 1=πD 12P 1/4 （2）

P t=γ(H +2D 1/3)tg2 (45°+φ/2) （3

上式中：Pt：顶管机头底部以上 1/3D1 处于被动土压力；H：管顶土层的厚度。

3.3 中继间接力系统

中继间的强度一定 要满足设计的要求，并且还要保证方便安装，使其能够 在使用中具有良好的水密性

当计算的顶力值大于顶管工作井的设计顶力时，顶进时则需加中继间。如图所示

顶管中继间

4 顶管工作坑的基坑支护

顶管坑和工作坑都是城市供水管网施工中重要的两 个工作坑。，作为实施钢管顶进的顶管坑和接收 顶管机头及钢管的接收坑，其大小应根据具体的项管机具及不同的施工方法进行确定。基坑 深度也应该按照顶管的埋深来确 定，正常情况下，为了保证顶管过程中各施工工序的顺利进行，其工作坑的深度为顶管管底标高下 0.5 ～ 1.0m 的深度，以保证顶管过程 中钢管电焊焊接、焊缝验收及施工机具的运行。

顶管技术的作用

5 顶管技术在城市供水管网施工中的具体运用

顶管技术在城市供水管网施工中的具体设计与运用 时，相关的工作人员应该根据施工环境的具体情况来选 择合适的设计方法和施工方法，，现根据南方某大型输水工程例举如下: 某大型输水工程有段输水管道位于高速路等交通要道上，管线需穿越高速路、主干道、 大型立交、河流和地面建筑物密集的特殊区域，为在此区域最大限度实现不开挖地面， 不拆迁，不破坏地面建筑物，不影响交通，不破坏环境的目的，要在此段管线采用顶 管施工这种非开挖掘进式管道安装技术。此管线段全长约 3.5公里，共划分为 8 个 顶管段，根据现场环境布局条件，顶管段最长的达 610米，最短的不足百米， 根据地质资料及现场的勘查。

5.1此管线段工程的特点和难点

1. 此管线地段的地下水比较丰富，地下水位比较浅。 顶管穿越的土质条件为汙泥砂质土层 (2由于几个顶管段均为超长距离顶管施工，顶管阻力大，容易出现顶管井后座顶力不 足的问题；(3)超长距离顶管施工容易出现顶偏现象。但本管段部分顶管段位于大型立交桥区域， 桥桩密布，顶管距离桥桩最近处距离仅有两米，立交桥均为交通要道，顶管施工丝毫不能对 桥桩有影响，施工精度要求高。 (4)工作井、接收井采用沉井法施工。沉井在下沉过程中容易倾斜、偏位，下沉速度较 难控制，容易造成周围土体塌陷，会给周围的建筑物有 以及环境等造成破坏。 (5)管线所经区域有供水管、通信电缆、电力电缆、煤气管道等管线及岩层岩块等不明 障碍物，加大了施工难度，增加了施工难度。风险。以上的特点和难点综合的考虑以后，再与工程 质量的要求结合起来，在施工过程中，采取了相应的解决措施。

5.2解决对策

首先在泥水仓内建设 一个泥水泥浆仓，此泥水泥浆仓应满足高于地下水压力 10 ～ 20kPa 的要求，使其更好的平衡地下水的压力。而后为了保证挖掘面能够是沙土质，并且即使如此也要在 其内形成一层不透水的泥膜，就需要对水和粘土的比进 行调整，使其能够在保持在一定的范围内，以此对地下 水的压力和的压力进行平衡。最后顶管机的刀盘前面切割面安装 有合金滚动滚刀及固定刮刀，在主顶装置的推动下，刀盘上的滚刀刀尖对前面坚硬的土体行滚动挤压，使到坚硬的土体破裂，刮刀对破裂的土体进行切割，掏空前方土体，顶管机向 前推进。经过刀盘对前方土体切割，当有大块土体或石块进入顶管机泥土仓，经刀盘转动时 就会被轧碎，碎块泥土小于顶管机的格栅孔就进入泥水仓被泥水循环管输送走。

利用水准仪、全站仪等仪器测量 沉井的下沉量以及偏位，还要及时了解沉井的下沉速度以及偏位的情况，随时掌握沉井周边建筑物以及环境带来的影响。

施工中要在管线的位置设立好明显的标志，积极与各有关部门联系，取得场地地下管线第一手资料，进而准备好在施工中采取各种保护措施。

6结语

从长远的角度来看， 顶管工技术本身是一项适用面很广且实用性很强的施工技术， 在未来城市工程施工的过程中势必会被运用的越来越广泛。顶管技术相对于传统的开槽埋管技术来 说，不论是从社会效益上看，还是从经济效益上看，都更有优越性。所以，各部门相关人员要将此技术重视起来，在工作中进一步完善顶管设计和施工技术，为中国城市供水 管网施工工程的质量做好保障。

参考文献

[1] 庄宝玉. 区域供水管网规划的优化研究[D] . 天津: 天津大学, 2012.

[2] 何丹东. 顶管技术在供水钢管敷设工程中的应用[J]. 上海

[3] 胡艳群，顶管技术在城市给排水管道建设中的应用[J]价值工程，2010.07