淺談頂管施工的常見問題及處理對策

摘要：頂管技術由于其在市政工程施工中的眾多優點而被廣泛應用，本論文在簡單介紹頂管施工特點的基礎上，重點分析了頂管技術在給水工程建設中的應用，并討論了頂管施工的常見問題及處理對策，對于進一步提高頂管施工的質量水平具有一定借鑒意義。

關鍵詞：頂管技術；給水工程；應用；常見問題及處理對策

頂管工程是一門綜合地質學、機械、冶金、電子技術、液壓控制及化學等多門學科的綜合性土建工程。非開挖技術是指利用少開挖和不開挖技術來進行地下管線的鋪設或更換的工藝。頂管技術就是在這種情況下發展起來的一種非開挖技術，其在國外已廣泛使用，在國內也已逐漸普及。地下頂管施工作為非開挖施工方法，就是在頂管工作井內借助于頂進機產生的頂力，克服管道與周圍土壤的摩擦力，將管道按設計的坡度頂入土中，并將土方運走。一節管完成頂入土層之后，在下第二節管繼續頂進。

頂管技術具有不需要開挖工作面層，就能穿越地面構筑物和地下管線如公路、鐵路、河道的特點，相比開挖敷設技術，投資和工期將大大節省。同時，頂管施工技術可以降低噪音，減少粉塵，減輕對城區的交通條件和環境狀況的干擾和破壞，屬于真正無污染高效率的施工技術。總之，頂管施工技術具有以下優點：1、施工占地面積小。2、地面活動不受施工影響，對交通干擾小。3、噪音和振動低，城市中施工對居民生活環境干擾小，不影響現有管線及構筑物的使用。4、可以在較深的地下或水下敷設管道，可以安全穿越鐵路、公路、河流、建筑物等，減少沿線的拆遷工作量，減少工期，降低工程造價。

蒙陰縣給水工程施工中也較多采用頂管技術。下面介紹幾例典型的頂管施工中常見問題，并提出處理對策。

案例一、蒙陰西城區給水管道在穿越汶河大堤時路面出現約10平米塌方，由于降水沖刷，塌方面積進一步擴大至60平米，坍塌的路面將大半個道路截斷，附近車輛無法通行，附近的污水管道因塌方無出水口，以致順著附近的通信管線沖刷縫隙流入汶河。

經調查，由于施工區域汶河大堤沿線地質環境較差，流沙嚴重，水位較高，施工空間狹小，地下管線錯綜復雜，頂管施工工藝不當致地基不均勻沉降。

針對上述情況，公司尋找多種解決方案，并邀請專家論證，最終決定選用樹根樁外側旋噴樁支護的新工藝，作為頂管施工的保護措施。為防止路面再次沉陷，確保附近構筑物不受影響，在樹根樁外側每4米距離處放一根注漿管，并及時對管體四周的縫隙填充水泥漿，使其密實堅固。為了機頭頂進安全，工程人員采取了機頭加固措施，機頭進洞時將機頭與后面的五節管線用拉桿連接起來，使之成為一個整體，從而使機頭沿著軌道方向順利頂進。在全線近600米的頂進過程中，管線順利通過了流沙層、土體松軟的河道等，沒有對地基以及地上建筑物造成破壞。總之，有地下水及流沙情況一般不能采用前端開敞式的工具頭而要采用機械頂管。在有地下水地質條件復雜的情況下，機械化長距離頂管施工工藝更具有獨特優勢。

案例二、蒙陰工業園給水管道穿越云蒙路時路面一側出現貫穿性裂縫，大量泥漿從裂縫中噴涌而出，整幅路面受到污染。原因是頂管施工方法不當造成。

經調查，施工區域地面以下除少量的雜填土層、亞黏土層以外，大部分是松散的干砂、砂礫石和砂卵石層等土壤結構。這種土壤承載力較大，但砂石層空隙率變化、級配變化都很大，含水量較小，粘聚力為零，土的內摩擦角很大。這是極不穩定的土層，對于頂管施工難度很大。砂石土層的摩擦系數小于0.6，在頂管掏土時不能形成卸荷拱，稍加擾動就出現管前塌方。在頂進過程中，由于砂卵石層是階梯式坍塌、滾動式擠壓，不僅造成頂進功效低、頂進質量難以保證或頂力很大無法保證頂管到位，嚴重時還會造成質量低劣、地面沉陷，嚴重威脅地下管線、構筑物、地上建筑物和道路交通的安全。

公司提出具體綜合解決方案，對大口徑管道在砂卵石頂進過程中土壤加固、觸變泥漿使用、水泥漿填充三漿的配合使用，以及與之配套的頂管工具管及注漿設備，控制好施工過程，取得較好效果。針對本工程施工的復雜性，根據頂管經驗采用的可調向工具管在穿越砂卵土質中有如下優點：1、穿越土層松散、穩定性差的砂卵土層時，工具管可插入土體中，可以有效的防止管外壁超挖及由于砂卵石松散而產生的坍塌，并保證切土頂進過程中的質量要求。2、嚴格控制了管前、管壁土方超挖，按操作規程保證了未超挖。3、操作簡單，易于糾偏，糾偏效果好，安全可靠。4、工具管前方刃角可切削土方，降低勞動強度，提高頂進速度。5、工具管前端設計為斜面，其傾斜角度根據土質確定，保證土體自身穩定性，有效防止了前方土體自身滑移。6、工具管設計安裝了注漿系統，可對管頂土方進行土壤加固，防止塌方，減少后繼頂力。

從理論上講，掘進機在頂進過程中，其頂進面的壓力如果小于掘進機所處土層的主動土壓力時，地面就會產生沉降。反之，其頂進面的壓力大于掘進機所處土層的被動土壓力時，地面就會產生隆起。故在實際施工過程中要保證地面無沉降和隆起，關鍵是要保證頂進面土壓力與掘進機頭保持動平衡。這有兩方面基本內容：第一，頂進掘進機在頂進過程中與它所處土層的地下水壓力和土壓力處于一種平衡狀態；第二，它的排土量與掘進機推進所占去的土的體積也處于一種平衡狀態。只有同時兩個條件，才能算是真正的土壓平衡。所以在頂進過程中泥水壓力一定要合理，要控制好泥水平衡壓力并且停頓時間不能過長。壓力過小，大量泥沙涌入，會造成路面破壞；壓力過大，使開挖面受擠引起地面隆起或開裂，嚴重的可能產生冒頂現象。另外，在每一節管的頂進過程中，頂進速度值應盡量保持恒定，減少波動，保證機頭切口水壓的穩定和送排管的通暢；同時頂進速度的快慢必須滿足每節潤滑泥漿注漿量的需求，保證潤滑泥漿系統始終處于良好工作狀態。發生突頂時，應該逐漸降低工具管內泥水壓力，使泥水壓力略小于地下水壓力，關閉沖泥水槍和吸泥泵，啟動千斤頂緩慢頂進一段距離，待頂力升高，采用小水力沖泥，間歇啟動吸泥泵排漿，做小量排泥。

案例三、蒙陰縣蒙山水廠至山東新銀麥有限公司1.8km供水管線施工中采用球墨鑄鐵管施工技術。該技術是在球墨鑄鐵管基礎上，通過外包水泥和增加法蘭及加強筋等措施，形成能借助頂推裝置，在不開挖溝渠的情況下，將管道在地下逐節頂進的施工技術，可以保證整條管道材質的一致性，是無污染、高效率的施工技術。球墨鑄鐵管頂管技術相比先前普遍應用的鋼管頂管技術具有耐腐蝕、抗地震、壽命長、安裝方便、安全性高、頂進精度高等特點，而且進一步提高了供水清潔度，滿足各種土壤（酸堿性土壤）條件下使用要求 ，提高管道使用壽命。

施工區域位于風景區內，為保護風景區，在施工中注重節能環保，實施綠色施工。在山東新銀麥啤酒供水工程中，公司編制了環境保護風險評估報告。針對頂管施工中的泥漿排放問題，對泥漿池位置、泥漿排放路線、泥漿處理的土場設置規劃論證，進行泥水沉淀，將沉淀后合乎標準的表層泥漿水抽至各工作面，循環利用，達到了“沒有一滴污水流入風景區”的效果。

隨著蒙陰縣經濟持續穩定增長，城鎮化進程的不斷加快，地下管線的需求量也在逐年增加。國務院辦公廳發布的《關于加強城市地下管線建設管理的指導意見》指出，“力爭用五年時間，完成城市地下老舊管網改造。用十年左右時間，建成較為完善的城市地下管線體系。”這為頂管技術在我國地下管線的施工提供了更為廣闊的空間。今后，數字化、信息化、智能型頂管機的研制將得到更多的關注。非開挖技術的發展必將向規模化、規范化、國際化的方向發展。