論頂管工程的施工技術

王 紅 云

(太原市市政工程總公司，山西 太原 030002)

?

論頂管工程的施工技術

王 紅 云

(太原市市政工程總公司，山西 太原 030002)

介紹了頂管工程的工作原理及其分類，分析了工作井和接收井的設計與施工，并闡述了其主要的施工設備，從減阻技術、頂力估算、頂管進出洞施工技術、測量四方面，分析了頂管工程施工技術要點，為同類工程提供參考。

頂管工程，工作井，接收井，千斤頂

0 引言

隨著現代施工地質及自然環境的條件惡化，現代化城市對城市環境的要求逐年增加，不開槽施工方法在城市管道施工中越來越受到人們的重視。本文就頂管施工的類型及適用條件以及施工中應注意的要點進行了闡述。

1 頂管工程工作原理

頂管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，它不需要開挖面層，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缸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。

2 頂管施工的分類

1)按頂管直徑大小可分為：大直徑頂管、中直徑頂管、小直徑頂管。

2)按頂進距離可分為：短距離頂管、長距離頂管和超長距離頂管。

3)按管材可分為：鋼管頂管、混凝土管頂管、玻璃鋼管頂管和其他管材頂管。

4)按有無地下水可分為：干法頂管和水下頂管。

5)按管軸線可分為：直線頂管和曲線頂管。曲線又分為水平曲線和垂直曲線，不同材質的管材和管節長度有不同的曲率半徑的要求。

3 工作井和接收井的設計與施工

3.1 形狀的選擇

工作井平面形狀一般分為矩形、圓形及多邊形幾種。由于矩形工作井內部空間能較好的被充分利用，且井壁可直接作為頂管后背墻使用，故矩形工作井為最常用的工作井形式。

3.2 工作場地選擇

工作井選址應遠離房屋、地下管線、架空線路等不利于施工的場所，同時應滿足堆放管道、注漿材料和泥漿沉淀池、渣土運輸設備及運輸線路的要求。

3.3 工作井的尺寸確定

工作井的尺寸應滿足管道下放所需長度、機頭進出洞所需安全距離、人員上下及施工操作所需空間，以及排放泥漿或棄土設施的位置等。

工作井按深度可劃分為淺工作井和深工作井，當井底至地面高度大于10 m時稱為深工作井，反之稱為淺工作井。其深度涉及吊裝的工作量及工作井的大小尺寸要求。

1)工作井長度。

a.按設備長度計算:

L≥L1+L2+k。

b.按管段長度計算：

L≥L2+L3+L4+k。

其中，L為工作井最小長度；L1為頂進設備長度；L2為管段長度；L3為千斤頂長度；L4為境內保留管段最小長度；k為后座、鋼頂鐵、環形頂鐵厚度之和。

2)工作井寬度。

B=D+(2.0～2.4)。

其中，B為工作井寬度；D為管道外徑。

3)工作井深度。

H=H1+D+h。

其中，H1為管頂覆土厚度；D為管道外徑；h為管道連接操作空間高度。

4 頂管設備的選擇

1)氣壓平衡頂管機：其原理是使挖掘面與一定壓力的壓縮空氣相接觸，以疏干挖掘面土體內的水分，同時達到穩定挖掘面的要求。該工法缺點是:勞動條件較差，施工速度較為緩慢，同時施工安全性較差。

2)泥水平衡頂管機:其原理是通過帶壓力的泥漿與開挖面接觸，通過泥漿與接觸面的壓力平衡達到施工頂進目的。該工法缺點是:a.泥漿的存放和運輸較困難。b.由于為泥水施工，對環境影響較大，故在市區內不宜采用。c.不適用于有大塊石或障礙物的土層。d.對滲透性較大的土質需加入一定數量的穩定劑，否則，易出現塌方。

3)土壓平衡頂管機：其原理是通過土倉內壓力和排土來平衡地下土壓力和水壓力。該工法缺點為：a.在粒徑較大或砂礫石土質中必須添加粘土或土體改良劑。b.遇較大障礙物則無法施工，開工前需對地質進行詳細調查。

5 頂管工程施工主要施工設備

1)工作井軌道。

主要起到對管道的導向及控制平面及高程位置的作用，同時對鋼管還起到托架作用，主要由軌道支撐、導軌、整平螺栓組成。

2)后靠板。

也稱為“后靠背”，主要起到傳遞油缸反力，同時使其均勻分散至后背墻，不讓后背墻因為應力集中而遭受破壞。

安裝時要注意與油缸軸線保持垂直，同時后背板與后座墻之間要緊貼，若有空隙則需用素混凝土或細砂填實。

3)油缸及千斤頂。

小直徑頂管油缸規格推力以150 t～200 t為宜，油缸行程以1 500 mm～1 800 mm為宜。大中直徑頂管油缸推力以200 t～300 t為宜，油缸行程以3 000 mm～3 500 mm為宜。

選擇油缸推力太小則油缸布置數量過多，油缸推力過大，推力過于集中，則管材易破碎。

4)頂鐵。

頂鐵的目的是保護頂進管材管口不受破壞，同時可彌補油缸行程不足，因此，頂鐵必須有足夠的強度和剛度。

泥水平衡頂管時頂鐵大多是倒扣在導軌上，土壓平衡頂管時頂鐵開口都是朝上的。

5)輸土和輸泥設備。

土壓平衡頂管時是用螺旋輸送機排土的，當距離短時可用人工手推車進行棄土工作，距離較長時采用電瓶車牽引運土車將土運至坑外。當土質塑流性滿足要求時，可用土砂泵直接將棄土通過輸送管道排至地面上。

泥水輸送設備主要由排泥泵、進水泵、中間泵、管道、閥門等組成。切除土體通過泥土倉不斷粉碎、加水、揉和，其中被粉碎的進入泥水倉，通過輸泥管道排至地面。

6)注漿潤滑設備。

注漿設備包括盛漿設備、拌漿設備、注漿設備三類。一般注漿泵工作壓力僅在1 MPa以下，即使長距離頂管注漿泵壓力亦不會超過2 MPa～3 MPa。如果注漿壓力過高將會增大管道頂力。

7)長距離頂管的通風與換氣設備。

一般可選壓入式或抽吸式通風、換氣裝置。常用通風設備有軸流式抽出式風機和羅茨鼓風機等。

8)長距離頂管的供、配電設備。

長距離頂管的供、配電設備可分為兩種方式：一種是用全自動補償式電力穩壓器來穩定電壓，另一種是用1 000 V高壓向管內供電，再用干式變壓器降為380 V。

6 頂管工程施工要點

1)減阻技術。

最常用為膨潤土觸變泥漿減阻。其作用機理是根據管徑不同，后續管節直徑一般比頂管機直徑小20 mm～50 mm，管道與周圍土體之間存在間隙；糾偏對土體一側產生擠壓作用，而另一側由于應力釋放也會形成空隙，因此在頂管過程中會產生許多空隙。注漿時，從注漿孔注入的泥漿首先填補管節與周圍土體之間的空隙，抑制地層損失造成的地面變形。泥漿與土體接觸后在壓力作用下向地層內滲透和擴散，短時間泥漿會變成凝膠體，充滿空隙，在注漿壓力的擠壓下，會形成相對密實、穩定的泥漿套從而減少頂進過程中的摩擦阻力，減少地面變形，增加施工安全性。

2)頂力估算。

施工過程中的阻力由兩部分組成：a.頂管機迎面阻力;b.管體外壁與土體之間的摩阻力。頂管距離越長管壁所受的摩阻力越大。

頂進鋼筋混凝土管時，頂力按下式計算：P=nwL。

其中，P為頂力；L為計算頂進長度；w為管道長度單位自重；n為土質系數。

3)頂管進出洞施工技術。

a.出洞施工要點。

對埋深小于10 m的沉井，可在沉井外側設置鋼板樁，同時在洞口進行磚封堵，頂管機出洞時先拆除臨時磚封堵，待頂管機進洞后再拆除鋼板樁。

為保證出洞口施工順利進行，可對土體進行加固措施，控制土體的均勻性和強度，必要時在出洞口兩側采用將水法疏干地下水，以穩定土體。

機頭出洞時，要將機頭和前幾節管道上端用拉桿連接好，并調好油缸編組，以防機頭出洞后磕頭。

b.進洞施工要點。

覆土深度較深或土質較軟時，應防止頂管機和前幾節關節后退的情況發生。一旦發生后退現象，管道前方土體會發生塌陷。

通常可在洞口安置電動葫蘆，在油缸回縮時用葫蘆拉近頂管機不讓其產生后退現象。對于含水量較大的土質，在機頭進洞前必須做好必要的加固和降水工作，確保土體穩定，在有含承壓水的土質中，還應做好深井降水措施。

4)測量。

頂進前需檢查基礎導軌的高程、平面布置尺寸，確定后背位置，需不斷對管節的軸線、高程進行測量。同時需對管線經過區域地表變化進行及時測量，提供精確數據，對地面沉降及時分析，才能對可能發生的不確定情況做出精準判斷，及時控制。

7 結語

頂管工程作為地下管道非開挖施工的一種，對交通繁忙、人口密集、地面結構較多及管線較為復雜的市區施工有很重要的實際施工價值。在施工中需嚴格施工工藝、控制風險源、加強施工單位技術力量、創造安全文明的施工環境。

[1] 陳忠漢,程麗萍.深基坑工程[M].北京：機械工業出版社，1999.

[2] 高大釗,趙春風,徐 斌.樁基礎的設計方法與施工技術[M].北京：機械工業出版社，1999.

[3] 江正榮.地基與基礎工程施工禁忌系列手冊[M].北京：機械工業出版社，2006.

[4] 葛春輝.頂管工程設計與施工[M].北京：建筑工業出版社，2012.

Discussion on construction technologies of pipe-jacking project

Wang Hongyun

(TaiyuanMunicipalEngineeringCorporation,Taiyuan030002,China)

The thesis introduces working principles and categories of pipe-jacking project, analyzes the design and construction of working well and receiving well, describes its major construction equipment, and analyzes pipe-jacking project construction technology points from four aspects of drag-reducing technology, prestress estimation, pipe-jacking exit and entrance construction technology and measurement, which has provided some guidance for similar engineering.

pipe-jacking project, working well, receiving well, jack

1009-6825(2017)17-0087-02

2017-03-13

王紅云(1978- )，男，工程師

TU745

A