顶管施工工艺在市政管网施工中的应用

顶管施工工艺在市政管网施工中的应用

黄哲

中铁四院集团新型轨道交通设计研究有限公司，江苏省苏州市， 215009

摘要：十三五以来，我国社会经济不断发展、城市化进程不断加快，市政工程规模和数量都在逐步提升。顶管施工技术是市政工程施工中比较常用的技术，决定着整个工程的施工质量。本文首先阐述了顶管施工技术的相关概念和特点，然后结合实际案例，对顶管施工全过程的工作要点进行研究，希望能为相关从业者提供参考。

关键词：顶管施工；市政工程；应用措施

引言

作为一种地下管道施工常用的方法，顶管施工不用开挖地面层，而且还能够高效穿越河川、道路、地面建筑物以及各种地下管线，它是继盾构施工之后逐渐发展起来的，这种施工方法集降低环境污染程度、稳定土层、降低施工成本以及缓解道路拥堵等多项优点于一体，目前顶管施工已经被应用在了天然气、石油管道、通讯电缆以及市政雨污水管道等建设项目之中。其施工原理为，通过管道间、中继间以及主顶油缸的推力，把掘进机或其他掘进工具管穿过土层推到接收井内并将其吊起，将掘进机后的管道或者是紧随其后的工具管道埋设在两井之间，以完成非开挖施工。笔者根据在广州市番禺区相关清污分流工程的设计经验，总结了顶管施工过程中相关的问题，并提出解决措施。

1、顶管施工出现的问题

1.1控制顶管顶力问题

在d1000以上较大直径市政管道顶管施工过程中，顶管的顶力控制属于一个很棘手的难题。尤其是在顶管机出洞时，精准的顶管顶力控制措施便显得特别重要。倘若无法切实控制好顶管顶力，则容易造成顶管机的上飘与旋转，从而给整个项目埋下安全隐患。

1.2顶管纠偏问题

在顶管施工时，所出现的偏差应当保持在预设中心线的50mm范围之内。倘若在顶管实际施工时，偏离合理范围，则需要采取相应的顶管纠偏措施来解决这一问题。作为施工过程中重要节点以及控制因素，在大口径、长距离顶管施工时，首先需要注意的问题便是顶管纠偏。经过对实际工程中管道偏离主线事故的展开研究，发现导致管道轴线出现偏差的原因主要包括以下三个方面：第一，顶管后背墙凹凸不平，或者是出现了位移。第二，顶进部位的土体、土质发生变化，使得顶进机在进时出现阻力不匀的状况；第三，由于顶力相差较大或者是千斤顶无法同步动作，导致顶力合力线出现偏移。

1.3出渣与通风问题

在当前的顶进施工过程中人工排土的工作效率无法满足其具体的要求，由于无法跟上相关的施工效率，最终导致其不安全，所以考虑使用水排的方式，有了水排的方式能够满足其具体施工要求，但是需要考虑整体的水压问题，如水压出现问题，其无法满足其实际的使用需求，所以在当前的建设过程中，需要安排好相关的水压情况，确保向外运输排土能够满足实际使用需求。除此之外，在大口径顶、长距离顶管的施工中，顶进工作间的深度往往较深。在这种情况下，便会导致顶进洞内的空气循环发生意外情况。并且，在空气循环速度较低的情况下还会导致定管作业出现有害气体的聚集现象，从而对操作人员和施工环境造成负面影响。

1.4地面的沉降与隆起

在工程顶管施工时，倘若在管道轴线两侧特定区间之内出现地面隆起与沉降的现象，会严重影响施工安全性。结合工程经验，分析导致地面的沉降与隆起的原因主要如下：第一，开挖端面的取土量不合适，而导致地面出现隆起与沉降的现象。第二，管道轴线出现偏差或是在纠正偏差过程当中实施方案不合理从而导致的地层土体损失现象。第三，由于管道外围环空隙所导致的土体损失现象。

2、顶管施工难点的解决措施

2.1顶管出洞

准备工作完成、设备到位之后，顶进施工正式开始。施工过程中，需要避免顶管工作井内有过多的积水，比较合适的方法是在工作井内部预留洞口，而整个内部空间要做好密封，以此形成可靠的内套环结构，该结构中还需要针对性进行防水处理。然后将内套环结构固定于预埋钢管上，确保两者紧密贴合。

2.2长距离顶管施工设计

笔者设计的项目中，存在需要长距离顶管施工的情况，因此需要对顶管施工流程和方法进行专门设计。长距离顶管施工时，需要为顶进设备设置辅助系统。项目中管线顶进长度最大约为65m，所以施工技术人员决定在施工中布置中继间，以满足整个工程的施工。

2.3设置中继间

中继间的设置，目的在于满足长距离顶管施工的需求，能够在顶进施工时提供更大的推力。中继间主要由千斤顶设备组、紧固件、承压法兰片等设备和元器件组成，同时配置有相关的电气操作系统。在中继间工作过程中，应当将后支撑点设置在后油压管道位置，然后利用千斤顶设备组来给前半段油压管道提供推力，然后用主千斤顶给后半段油压管道提供推力。根据长距离顶进施工情况，中继间每次推进距离约为25cm。施工时，要操作千斤顶设备组来开展分段推进工作，满足长距离顶进施工需求。然后，要根据管道阻力，在油压管道中分段进行中继间安装。安装位置在最前方的中继间在进行顶管的过程中，会受到管壁及机头产生的阻力，为此，要针对性储备适量的安全顶力。现场技术人员通过科学计算，得到油压管道每推进65m左右，所需要的推进力约为4000kN。由此反推，安装于最前端的中继间位置应当设置在距机头约20m左右的位置，后面相邻两个中继间距离应当控制在50m左右。

2.4检查和纠偏

施工过程中，需要进行纠偏控制，确保施工质量。顶管施工一般施工过程是在地下进行，若是出现偏差，要及时进行处理，否则会影响项目质量和施工工期，甚至会造成工程事故。万文松等研究出一种系统名为顶管智能纠偏控制系统，利用该系统，可实时控制管道顶进过程避免偏离轴线位置，可以提高施工质量和施工效率。若是在施工过程中，发生了偏差，则可以通过以下方法进行纠偏:（1）挖土。通过挖土的方式，将两侧进行平衡处理，使得管道注浆恢复到合理的状态，该法适用于轴线偏离位置为10mm～30mm的情况。（2）顶木。轴线偏差距离超过30mm的情况下采用该法。该法主要是通过在管道内放置木头或者是方木，通过木头的倾斜产生的分力使得管道的轴线恢复正常状态。（3）千斤顶。该方法无法单独使用，需要结合挖掘修正法使用。千斤顶放置于超挖侧端，在顶进的过程中，通过千斤顶自身的重量，使得管道逐渐恢复到设计所要求的位置。

2.5顶管通风

在进行顶管施工期间和结束之后，都需要处理好内部的通风工作。因为在顶管施工过程中，系统及作业位置会产生很多有害气体，可能会产生安全隐患。尤其是在长距离顶管施工中，需要做好系统通风换气工作。目前比较常见的通风方法是通过抽风、鼓风设备，持续不断地将施工现场的废气排放出去，达到换气通风的目的。

2.6地面的沉降和隆起

为了防止地面的沉降和隆起，施工过程中采取的主要措施为以下几点：在正式开始施工之前，需要对工程周边的自然环境以及地质条件进行严密的勘察，并在此基础之上做出科学可行的施工计划，或者是通过设置测力装置，及时获取顶进压力，保持顶管段与前端土体压力之间的平衡。此外，还需要对顶管轴线偏移量进行严格的控制，切实依据勤纠偏、勤测量以及小量纠偏的操作方法来进行。

结束语

综上，随着各个城市基础设施建设工作不断开展，大量地下管道工程的建设需要采用更为先进的施工技术。而顶管施工技术作为一种可以避免大量开挖土方、影响城市环境的技术，在市政工程的建设中有很高的应用价值。勘察设计人员需要深入研究顶管施工技术的相关原理和要点，在做好施工现场地质结构、地下设施勘察的基础上，做好顶管施工方案的设计，选用技术先进、安全可靠的设备。施工方做好施工质量检查和现场通风，确保顶管施工达到设计要求。

参考文献

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