市政给排水管道工程中的顶管施工工艺

市政给排水管道工程中的顶管施工工艺

张丽丽

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摘要：本文以某市政道路施工为例，探讨了顶管施工工艺在市政给排水管道工程中的应用。顶管技术因其无需开挖的特点，有效解决了因施工导致的交通堵塞问题，被广泛应用于市政管线建设。文章详细介绍了顶管施工工艺流程，包括施工前准备、作业井布置、测量放样、设备安装、管道顶进、管节安装、压浆及出井等步骤，并强调了施工过程中的质量控制要点。通过严格遵循施工标准，可确保顶管施工质量，进一步推动市政工程建设的发展。

关键词：市政给排水；管道工程；顶管施工

1 概述

传统的顶管方法是人工进行开挖顶进，无法在水下施工，单次顶进距离较短，约20 m～30 m，仅用于跨越铁路、公路、河道等特殊工程。但随着导向仪器、钻探系统、挖掘机械及触变式泥浆减阻技术的广泛应用，顶管技术能够适用于长距离、弯曲、水下和小直径顶管等多种地层和施工环境。该技术适用于各种复杂地形，无需开挖，不会影响地面交通状况和人们的正常生活。其工作原理是在驱动力作用下，工具管或挖掘机可以自动完成施工，并将挖掘物运送到指定区域。然后，在工作井中间铺设给排水管道，确定铺设路线与设计图纸相符合，并严格把控质量关。

2 顶管施工工艺

本工程使用泥水平衡顶管，其工艺流程：施工准备→工作井布置→测量放样→安装设备→顶管→管接头安装→开挖→膨润土泥浆注压置换→测量校正。

2.1 施工前准备

2.1.1 顶管工具

主要采用200 t液压千斤顶、Φ1 500 mm环顶铁、主顶泵、DN1500顶管机等。

2.1.2 吊装工具

1）每段长度为3 m、直径为1 500 mm的钢筋混凝土管采用25 t汽车起重机进行吊装，并提出废弃渣土。

2）测量仪器。①人工顶管的测控是利用全站仪的引点法完成；测量管径的配件为70 cm长的特制卷尺+内径卡尺。②根据顶进状况，探测的频率为2.0 m/次；在进行修正时，可以适当增加探测的频率。

2.2 作业井布置

作业井（作业坑或深坑）根据其功能可划分两种类型，即顶进井（起始井）和接收井。顶进井既是安装全部顶进设备的地方，又是顶管掘进机的起始处。它是一种用于抵抗主油泵推力的结构，可用于工具管出洞，下管节，挖土砂运输，物料设备吊装及操作人员进出等。在顶进井中，设置主顶千斤顶、顶铁、导向槽、洞口止水圈、照明设备、井下排水设施。在起吊室的地面上设置了货车或其他种类的提升或运送工具。

2.3 测量放样

采用全站仪测得工作井的实际高程、中线和井段间距。在工作井两侧的水泥护壁上进行定位，并用钉子加固。通过水平仪法对工作井进行标高控制，并分别在与管线轴线平行的两面混凝土护壁上测量标高，以便相互校验；基准点的高度可以根据工作井条件选择，也可以选择管道中心高度[1]。

2.4 安装设备

在选择顶管设备后，对设备进行安装。安装前，应对顶管轴线进行测量，设备机身托架使用钢结构。安装时，需对轴线偏差和高差进行严格控制，导轨中心线偏差控制在3 mm以内，高差控制在0～3mm，两轨内距的误差为±2 mm。安装调平时，需对混凝土后靠背的位置进行确定，后靠背使用40 mm厚钢板，混凝土使用商品混凝土，后靠背的混凝土厚度>40 cm。随后，将刀头置于导轨上，安装铁盖，并与系统连接，检查刀头，观察其平面及竖直高度是否与设计相符，在符合要求的情况下，刀头开始工作。在对混凝土管节进行铺设之前，需要重新进行高程测量以确定无问题，然后才能开始顶进施工。

2.5 顶管

2.5.1 顶进

1）在启动掘进机前，需要确保所有按钮开关都处于断开状态。合上电源开关指示灯点亮并连接监视系统。调节测斜仪归零，打开送泥泵与排泥泵。启动液压设备，并将泥浆放入掘进机中，调节泥浆压力以维持稳定值。最后启动刀盘，并根据屏幕中的土压表数据将其调节至标准压力范围内。在掘进机运作期间应经常进行调整以确保顶进工作的稳定性。操作人员可以根据屏幕中的输出数据进行相应的调整。当顶管机推入洞口距离井壁0.1 m时停止，并认真检查顶管机姿态，确保水平和高程偏差均符合设计规范要求，中心偏差应≤3 mm，高低偏差为0～+3 mm。如果不能满足以上条件，则必须退出顶管机进行二次调试，调试合格后方可出孔。

2）顶管机在推土运作时，需确定顶进时的土压力控制系数。

3）继续推进顶管机，在安装第一节混凝土管节前，需对顶管机和导轨实行限位焊接，以避免在主顶收缩后因前方土压力而反弹。

4）收回千斤顶，并提升管节。

5）切下限制件，将前三段用刚性连接到顶管机上，然后进行下一次的顶进。

2.5.2 测量与纠偏

1）测量

顶管前需要对井中的测控基准点进行再次检查。一旦发生井位移、沉降或变形，必须及时重新核对基准点的位置，以确保测量的准确性。测量管道的水平轴线和高程时，具体的要求如下：①在顶进期间，每顶入1 000 mm都需要进行测量。当顶进工作井进入土层时，每顶进300 mm就需要进行测量。在接近接收井前30 m范围内应增加测量频率，在此范围内每顶进300 mm也需进行测量。②完成整个顶管段后，还需在每一管节接口位置进行水平轴线与高程的测量，如果存在错口，则需记录相对高度差。如果纠偏量比较大或需要频繁纠偏，则需要提高测量频率。所有的测量记录应该完整清晰，以备后续参考。③针对距离比较长的顶管，建议使用基于计算机的导线法来提高测量的准确性和效率。在设置中间测站时，适合使用长导线法，并且要对中间站点进行复核以确保测量的可靠性。

2）纠偏

在顶进环节中，需要随时了解顶进的方向与趋势，以便及时调整施工策略并纠偏，确保施工的顺利进行。对于出现偏差的地方采取多次小角度纠偏，确保土体不会塌陷。如无法避免挖土纠偏时，需注意地层变形，满足施工设计标准，以避免可能出现的不稳定情况。测量、技术和安全人员必须及时掌握顶进数据，在每个作业班或列车经过后都应对营业线和地表进行检测。一旦发现问题，需立刻记录，确保修正的及时有效。

2.6 管道和管节安装

2.6.1 管道吊装

1）将顶管设施的部件运到现场后，需要对其进行多次试吊，并及时重新绑扎吊索。在试吊过程中，起吊过程须缓慢上升，以确保各个吊点位置受力均匀，使部件保持最佳状态而不变形。在满足以上要求后，对顶管设施进行起升和旋转，并控制空中吊件的稳定性。当顶管设备吊装到位后，安装员才能操作吊车彻底松开绳索落钩。管道安装见图1。

2）钢筋混凝土承插口管材应先进行试吊，当管材稳定后吊离地面20 cm，检查各吊点、吊索和构件的受力情况，没问题后方可正式吊装。

3）安装钢筋混凝土承插口管材之前，应将承插口朝向水流方向放置，而承口则朝向逆水流方向放置，安装时宜从下游向上游进行。

4）安装时，应先清理管材表面，并用橡皮圈固定，然后手动配合起重机进行安装。首先安装一段管材，通过检验，确认无误后，可安装下一段，如此按顺序直至管道吊装完成[3]。

2.6.2 管节安装

该项目使用25 t自动吊车进行管道安装。在一个顶管行程完成后，将千斤顶及环状垫铁取出，然后对管节进行地面质量检验，经检验合格后，将楔形橡胶圈放置于管道前端，为降低管节对接时的摩擦，应在橡胶圈上涂抹硅油，随即可将另一段管节放入工作井。最后，将管接头吊在工作井的轨道上，以确保其稳定性，并使其一端与前一个管接头的中央对齐，然后缓慢推动管接头，直至两个管接头的一端完全接触到衬垫，同时检查衬垫和接口胶圈的状况。若橡胶圈损坏、扭转或倒置，则重新拔出再装上。确定状况良好后，将顶铁器放置到下一个顶程。

2.7 压浆

1）压浆工艺流程：地面拌浆→总管阀门打开→开启管节阀门→启动压浆泵→送浆（顶进开始）→管节阀门关闭（顶进停止）→总管阀门关闭→井内快速接头拆开→下管节→接总管→循环复始。

2）压浆操作规程:按照施工规则，在管道外壁涂抹润滑泥浆，减少因此产生的摩擦力，压浆时坚持“先压后顶,随顶随压，及时补浆”的原则,泵送注浆压力控制在0.1 MPa～0.125 MPa。

3 结语

相对于常规的挖沟铺设，顶管施工具有较大的经济效益和社会效益。这种技术的运用在一定程度上能有效地解决由于挖掘引起的交通堵塞问题。顶管施工工艺因其无需挖方等特点，已被广泛用于市政管线的建设。进行顶管施工时，要严格按照施工标准进行操作，确保顶管施工质量，以促进市政工程建设进一步发展。

参考文献

[1] 陈玉叶.顶管技术在市政给排水管道施工中的运用分析[J].工程建设与设计，2022(15):187-189.

[2] 杨宇.市政给排水施工中的非开挖顶管施工技术要点研究[J].工程建设与设计，2022(5):174-176.

[3] 王刚.市政给排水管道的施工质量控制及预防治理措施研究[J].低碳世界，2022,12(9):91-93.

[4] 王智.市政给排水工程非开挖顶管施工技术分析[J].科学技术创新，2022(27):110-113.