淺談非開挖頂管施工技術在市政管網中的應用

王素紅（鄭州市污水凈化有限公司，鄭州 450000）

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淺談非開挖頂管施工技術在市政管網中的應用

王素紅
（鄭州市污水凈化有限公司，鄭州 450000）

摘 要：隨著經濟的快速發展和城市人口的不斷增長，現存的市政設施與日益增長的人口之間的矛盾日漸突出，諸多城市現存設施不能滿足城市發展與人口增長的需要，如中水、自來水、煤氣、電力和通訊管道的鋪設、維修都是在需要的時候再對街道路面“開臘剖肚”，從而導致交通堵塞、破壞己有基礎設施、環境污染等一系列問題，對市民的生活和城市形象造成很大的影響，因此地下管網建設的非開挖施工成為大勢所趨。

關鍵詞：頂管；施工技術；市政管網

1　頂管施工技術簡介

非開挖施工技術就是在不開挖（或者少開挖）地表的情況下進行鋪設、探測、維修和更新各種地下管線，解決城市管線施工中的難題。非開挖技術是工程建設技術水平的體現，是城市現代化的標志之一，也是社會文明進程的重要體現。頂管法施工技術作為一種非開挖鋪管方式，在城市地下空間施工中得到了廣泛的應用。

頂管法施工技術發展至今，已經有了一百多年的歷史，在國外起步較早，其中以美國、日本、德國及英國等國家發展的最為先進。在我國，非開挖技術雖然發展時間不長，但其施工工藝技術的先進性、優越性帶來的經濟效益和社會效益已十分明顯。頂管法施工是借助于主頂油趕及中繼間等的頂推力，把掘進機從工作井內穿過土層一直推到接收井內吊起。與此同時，也就把緊隨掘進機后的管道埋設在工作井與接收井之間，這是一種采用非開挖方式鋪設地下管線的施工方法。

表1　頂管施工法與其他施工法的比較

2　頂管技術優越性

隨著鄭州市工農業生產、旅游事業的不斷發展，中水排放物在逐漸增多。為了保障人民的身體健康、保護人民賴以生存的水源水質，鄭州市開展了中水管線工程建設。部分地段由于埋深較大及沿線避讓現狀道路綜合管網，故設計管線埋深較大，如采用開槽方法施工挖方量大，且場地周邊無放坡條件，因此采用頂管施工法。

通過對鄭州市中水管線施工工程的實地勘察可知，如果本工程管線采用開槽法施工作業，則可能會帶來的負面影響有：

2.1開槽過程中，很容易影響周邊的居民建筑

根據設計圖紙中水的管線位置，結合施工現場的實際情況，我們進行了管線開槽斷面尺寸的計算。本工程項目中管線段最大埋深達，根據溝槽最小放坡的安全要求，則開槽寬度過大，距兩側建筑物太近，最近處緊。現況民房多為磚房，而且多為老房子，年代比較久遠，基礎不牢，在開槽施工過程中，即使對溝槽邊坡采取錨噴、土釘墻等土體加固措施，也極易對臨近的房屋造成影響，比如裂縫、沉陷等，容易引起周邊居民的不滿，影響工程的正常進行。施工區域地下管線復雜，開槽施工難度大。本項目中水管網工程施工區域地下管線相對較為復雜，如果采取開槽施工，勢必觸及其他管線，增加施工難度。

2.2占地面積大，影響出行

根據施工現場的實際情況，如果采用開槽施工法，則中水管線的開槽范圍內需要占去大片的居民田莊，占用過多的人行道，甚至可能出行斷路施工的情況，影響周邊居民的正常出行，容易引起周邊居民的不滿。

通過對施工現場的實地勘察，綜合對比分析影響施工的各方面因素，可知采用頂管法施工所帶來的社會效益是顯著的，而且頂管法施工也十分有利于工程的開展，頂管法施工在施工安全、可行性、文明施工等方面所帶來的效益包括以下幾個方面：

（1）改為頂管施工，十分有利于工程的開展。采用頂管法施工可以減少不必要的拆遷，施工隊進入現場后，即可進入全面施工作業，有效的保證施工進度，節約工期，而且對周邊環境對工程施工的影響減小。

（2）對周邊建筑物影響小。由于中水管線周邊民用建筑相對較為集中并且民用建筑地基較弱，容易受到其他工程的干擾，管線采用頂管法施工后，對周邊建筑結構的施工影響小，有利于工程的順利進展。

（3）有利于文明施工。采用頂管法施工有利于文明施工的開展，中水管網工程位于居民區，采用頂管法施工可以有效的減少開挖量和土方的運棄量，從而有效的減少了施工過程中對施工區域居民生活及交通的影響，減少了對環境的污染。

（4）有利于工程質量的保障。中水管線施工工程作為城市中水管網的重要組成部分，其工程質量直接影響到了整個城市中水管網系統的質量，因此保證工程質量是本項目的重要目標之一。進行頂管施工，對道路現況原狀土的影響很小，能有效保證道路結構施工時的道路質量，頂管作業比開槽作業明顯更能保證道路結構質量。

（5）節約工程造價。頂管施工的工程造價也是工程必須考慮的，通過對頂管法施工和開槽施工作業的工程造價比較分析可知，開槽施工過程中，土方考慮為部分倒運，部分外棄；而頂管施工將可以不再考慮溝槽邊坡的土體加固、地下管線的保護措施等的費用，頂管施工和開槽作業工程預算的比較看出，頂管施工造價更低，節省工程投資。

3　頂管技術基本原理

頂管施工是一個系統而又復雜的系統工程，主要借助于主頂油桿等頂進設備，將工具管或掘進機從工作井穿越土層進入接收井，將緊隨其后的工作管道依次連接并埋設在這兩個井的管線土層中的敷設地下管線的施工方法。一個完整的頂管施工主要包括以下幾個主要部分：工作井和接收井、工具管或頂管掘進機、主頂裝置中繼站、頂鐵、基坑導軌、后座墻、頂進用管、輸土裝置、地面起吊裝置、測量及校正系統、注衆系統、供電及照明系統、通風與換氣系統和輔助施工。

頂管法施工是繼盾構施工之后而發展起來的一種地下管道施工方法，其顯著優勢在于不需要開挖地面，并且能夠穿越公路、鐵道、河川、地面建筑物、地下構筑物以及各種地下管線等。頂管施工借助于主頂油桿及管道間中繼間等的推力，把工具管或掘進機從工作井內穿過土層一直推到接收井內吊起。與此同時，也就把緊隨工具管或掘進機后的管道埋設在兩井之間，以期實現非開挖敷設地下管道的施工方法。

該施工方法的實質就是，所要頂進的管道在主頂工作站的作用下（有時需要中間站或中繼站輔助），由始發井始發，頂進目標井。在施工中，通過位于第一節管道的可控頂管機（或盾構機），可以實現直線或曲線頂進，一般情況下，頂管機的操作和控制可以直接在地下的工作現場由操作人員來完成，特殊情況下（如微型隧道施工技術），也可以通過位于地表的控制臺進行遙控。巖石的破碎方法可以在工作面上通過手工、機械或者水力的方法進行分步破碎來實現，也可以通過機械全斷面破碎來實現。破碎下來的巖粉或泥土可以通過壓力墻上的進土口進入頂管機，并通過己鋪設好的管線運至地表。

4　頂管管材——球墨鑄鐵管

球墨鑄鐵管屬于柔性管，是近年來引進和開發的一種管材，利用離心力鑄造成型，管壁致密。因其中的石墨形態為球狀，基體以鐵素體為主，伸長率大、強度高，性能與鋼管相似，具有柔韌性好，適應突發力強，且抗彎強度比鋼管大，使用過程中管段不易彎曲變形和較好的抗壓、抗氧化、抗腐蝕等性能，抗腐蝕性比灰口鑄鐵大35%，能承受較大的靜荷載及地面動荷載。在埋地管道中能與管周圍的土壤共同工作，改善管道的受力狀態，提高管網的使用可靠性。其接口為柔性接口，具有伸縮性和曲折性，拆裝方便、承受局部沉陷的能力好。適應基礎不均勻沉陷，尤其是濕陷性黃土地區比較理想的管材。特別在有地下水或管內有少量余水的狀態下維修容易，比非金屬管材維修難度小。因此得到越來越廣泛的應用。

我國在80年代末從德國、美國引進球墨鑄鐵管的生產技術和設備，現已自行研制開發了水冷金屬型、熱膜法及樹脂砂襯離心球墨鑄鐵管鑄造技術，并達到了國際較高水平。在國內，球墨鑄鐵管優越的性能也被廣大用戶所認同，目前我國球墨鑄鐵管的生產能力每年已達2.3×106t左右，位于美國、日本之后，居世界第三位。鄭州市污水凈化公司在此次的中水管線建設中首次使用球墨鑄鐵管管材。

表2　供水管材的各項指標比較

由于球墨鑄鐵管在生產工藝中經過了熔化、脫硫、球化、孕育處理、離心鑄造及退火處理，使其具有良好的韌性和耐腐蝕性，其電阻抗比鋼管大，因此比鋼管使用壽命長。

表3　供水管材的使用壽命比較

非開挖頂管施工技術的快速發展使市政工程需敷設的給排水管道、煤氣、電力、通信工程等縮短了建設時間，節省了建設成本，同時對城區的交通、噪音、粉塵等的危害和影響也大大降低。加之，新型建筑管材的使用，鄭州市污水凈化公司中水管線施工將更加順利。

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.13. 106

作者簡介：王素紅（1983-），研究方向：市政工程技術、管理，市政施工中存在的相關問題及改進措施。