淺談頂管施工的常見問題及處理對(duì)策

摘要：頂管技術(shù)由于其在市政工程施工中的眾多優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用，本論文在簡(jiǎn)單介紹頂管施工特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)分析了頂管技術(shù)在給水工程建設(shè)中的應(yīng)用，并討論了頂管施工的常見問題及處理對(duì)策，對(duì)于進(jìn)一步提高頂管施工的質(zhì)量水平具有一定借鑒意義。

關(guān)鍵詞：頂管技術(shù)；給水工程；應(yīng)用；常見問題及處理對(duì)策

頂管工程是一門綜合地質(zhì)學(xué)、機(jī)械、冶金、電子技術(shù)、液壓控制及化學(xué)等多門學(xué)科的綜合性土建工程。非開挖技術(shù)是指利用少開挖和不開挖技術(shù)來進(jìn)行地下管線的鋪設(shè)或更換的工藝。頂管技術(shù)就是在這種情況下發(fā)展起來的一種非開挖技術(shù)，其在國(guó)外已廣泛使用，在國(guó)內(nèi)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(nèi)借助于頂進(jìn)機(jī)產(chǎn)生的頂力，克服管道與周圍土壤的摩擦力，將管道按設(shè)計(jì)的坡度頂入土中，并將土方運(yùn)走。一節(jié)管完成頂入土層之后，在下第二節(jié)管繼續(xù)頂進(jìn)。

頂管技術(shù)具有不需要開挖工作面層，就能穿越地面構(gòu)筑物和地下管線如公路、鐵路、河道的特點(diǎn)，相比開挖敷設(shè)技術(shù)，投資和工期將大大節(jié)省。同時(shí)，頂管施工技術(shù)可以降低噪音，減少粉塵，減輕對(duì)城區(qū)的交通條件和環(huán)境狀況的干擾和破壞，屬于真正無污染高效率的施工技術(shù)。總之，頂管施工技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)：1、施工占地面積小。2、地面活動(dòng)不受施工影響，對(duì)交通干擾小。3、噪音和振動(dòng)低，城市中施工對(duì)居民生活環(huán)境干擾小，不影響現(xiàn)有管線及構(gòu)筑物的使用。4、可以在較深的地下或水下敷設(shè)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(jià)。

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

案例一、蒙陰西城區(qū)給水管道在穿越汶河大堤時(shí)路面出現(xiàn)約10平米塌方，由于降水沖刷，塌方面積進(jìn)一步擴(kuò)大至60平米，坍塌的路面將大半個(gè)道路截?cái)啵浇囕v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(jīng)調(diào)查，由于施工區(qū)域汶河大堤沿線地質(zhì)環(huán)境較差，流沙嚴(yán)重，水位較高，施工空間狹小，地下管線錯(cuò)綜復(fù)雜，頂管施工工藝不當(dāng)致地基不均勻沉降。

針對(duì)上述情況，公司尋找多種解決方案，并邀請(qǐng)專家論證，最終決定選用樹根樁外側(cè)旋噴樁支護(hù)的新工藝，作為頂管施工的保護(hù)措施。為防止路面再次沉陷，確保附近構(gòu)筑物不受影響，在樹根樁外側(cè)每4米距離處放一根注漿管，并及時(shí)對(duì)管體四周的縫隙填充水泥漿，使其密實(shí)堅(jiān)固。為了機(jī)頭頂進(jìn)安全，工程人員采取了機(jī)頭加固措施，機(jī)頭進(jìn)洞時(shí)將機(jī)頭與后面的五節(jié)管線用拉桿連接起來，使之成為一個(gè)整體，從而使機(jī)頭沿著軌道方向順利頂進(jìn)。在全線近600米的頂進(jìn)過程中，管線順利通過了流沙層、土體松軟的河道等，沒有對(duì)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(jī)械頂管。在有地下水地質(zhì)條件復(fù)雜的情況下，機(jī)械化長(zhǎng)距離頂管施工工藝更具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。

案例二、蒙陰工業(yè)園給水管道穿越云蒙路時(shí)路面一側(cè)出現(xiàn)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(dāng)造成。

經(jīng)調(diào)查，施工區(qū)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(jié)構(gòu)。這種土壤承載力較大，但砂石層空隙率變化、級(jí)配變化都很大，含水量較小，粘聚力為零，土的內(nèi)摩擦角很大。這是極不穩(wěn)定的土層，對(duì)于頂管施工難度很大。砂石土層的摩擦系數(shù)小于0.6，在頂管掏土?xí)r不能形成卸荷拱，稍加擾動(dòng)就出現(xiàn)管前塌方。在頂進(jìn)過程中，由于砂卵石層是階梯式坍塌、滾動(dòng)式擠壓，不僅造成頂進(jìn)功效低、頂進(jìn)質(zhì)量難以保證或頂力很大無法保證頂管到位，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)造成質(zhì)量低劣、地面沉陷，嚴(yán)重威脅地下管線、構(gòu)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(duì)大口徑管道在砂卵石頂進(jìn)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(shè)備，控制好施工過程，取得較好效果。針對(duì)本工程施工的復(fù)雜性，根據(jù)頂管經(jīng)驗(yàn)采用的可調(diào)向工具管在穿越砂卵土質(zhì)中有如下優(yōu)點(diǎn)：1、穿越土層松散、穩(wěn)定性差的砂卵土層時(shí)，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(chǎn)生的坍塌，并保證切土頂進(jìn)過程中的質(zhì)量要求。2、嚴(yán)格控制了管前、管壁土方超挖，按操作規(guī)程保證了未超挖。3、操作簡(jiǎn)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(dòng)強(qiáng)度，提高頂進(jìn)速度。5、工具管前端設(shè)計(jì)為斜面，其傾斜角度根據(jù)土質(zhì)確定，保證土體自身穩(wěn)定性，有效防止了前方土體自身滑移。6、工具管設(shè)計(jì)安裝了注漿系統(tǒng)，可對(duì)管頂土方進(jìn)行土壤加固，防止塌方，減少后繼頂力。

從理論上講，掘進(jìn)機(jī)在頂進(jìn)過程中，其頂進(jìn)面的壓力如果小于掘進(jìn)機(jī)所處土層的主動(dòng)土壓力時(shí)，地面就會(huì)產(chǎn)生沉降。反之，其頂進(jìn)面的壓力大于掘進(jìn)機(jī)所處土層的被動(dòng)土壓力時(shí)，地面就會(huì)產(chǎn)生隆起。故在實(shí)際施工過程中要保證地面無沉降和隆起，關(guān)鍵是要保證頂進(jìn)面土壓力與掘進(jìn)機(jī)頭保持動(dòng)平衡。這有兩方面基本內(nèi)容：第一，頂進(jìn)掘進(jìn)機(jī)在頂進(jìn)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(tài)；第二，它的排土量與掘進(jìn)機(jī)推進(jìn)所占去的土的體積也處于一種平衡狀態(tài)。只有同時(shí)兩個(gè)條件，才能算是真正的土壓平衡。所以在頂進(jìn)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(shí)間不能過長(zhǎng)。壓力過小，大量泥沙涌入，會(huì)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(yán)重的可能產(chǎn)生冒頂現(xiàn)象。另外，在每一節(jié)管的頂進(jìn)過程中，頂進(jìn)速度值應(yīng)盡量保持恒定，減少波動(dòng)，保證機(jī)頭切口水壓的穩(wěn)定和送排管的通暢；同時(shí)頂進(jìn)速度的快慢必須滿足每節(jié)潤(rùn)滑泥漿注漿量的需求，保證潤(rùn)滑泥漿系統(tǒng)始終處于良好工作狀態(tài)。發(fā)生突頂時(shí)，應(yīng)該逐漸降低工具管內(nèi)泥水壓力，使泥水壓力略小于地下水壓力，關(guān)閉沖泥水槍和吸泥泵，啟動(dòng)千斤頂緩慢頂進(jìn)一段距離，待頂力升高，采用小水力沖泥，間歇啟動(dòng)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(shù)。該技術(shù)是在球墨鑄鐵管基礎(chǔ)上，通過外包水泥和增加法蘭及加強(qiáng)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(jié)頂進(jìn)的施工技術(shù)，可以保證整條管道材質(zhì)的一致性，是無污染、高效率的施工技術(shù)。球墨鑄鐵管頂管技術(shù)相比先前普遍應(yīng)用的鋼管頂管技術(shù)具有耐腐蝕、抗地震、壽命長(zhǎng)、安裝方便、安全性高、頂進(jìn)精度高等特點(diǎn)，而且進(jìn)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(qū)域位于風(fēng)景區(qū)內(nèi)，為保護(hù)風(fēng)景區(qū)，在施工中注重節(jié)能環(huán)保，實(shí)施綠色施工。在山東新銀麥啤酒供水工程中，公司編制了環(huán)境保護(hù)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估報(bào)告。針對(duì)頂管施工中的泥漿排放問題，對(duì)泥漿池位置、泥漿排放路線、泥漿處理的土場(chǎng)設(shè)置規(guī)劃論證，進(jìn)行泥水沉淀，將沉淀后合乎標(biāo)準(zhǔn)的表層泥漿水抽至各工作面，循環(huán)利用，達(dá)到了“沒有一滴污水流入風(fēng)景區(qū)”的效果。

隨著蒙陰縣經(jīng)濟(jì)持續(xù)穩(wěn)定增長(zhǎng)，城鎮(zhèn)化進(jìn)程的不斷加快，地下管線的需求量也在逐年增加。國(guó)務(wù)院辦公廳發(fā)布的《關(guān)于加強(qiáng)城市地下管線建設(shè)管理的指導(dǎo)意見》指出，“力爭(zhēng)用五年時(shí)間，完成城市地下老舊管網(wǎng)改造。用十年左右時(shí)間，建成較為完善的城市地下管線體系。”這為頂管技術(shù)在我國(guó)地下管線的施工提供了更為廣闊的空間。今后，數(shù)字化、信息化、智能型頂管機(jī)的研制將得到更多的關(guān)注。非開挖技術(shù)的發(fā)展必將向規(guī)模化、規(guī)范化、國(guó)際化的方向發(fā)展。