芻議頂管技術在市政工程管道施工中的應用

劉祥興

摘 要：隨著經濟的發展和社會的進步，在市政工程建設過程中，受城市建筑物、交通擁堵、地下設施等因素的影響，地下管線的敷設施工組織異常困難。頂管施工技術作為一種現代化管道敷設技術，近年來在市政地下管線施工中得到了廣泛應用。該技術與傳統的明挖覆蓋法相比，減少了施工對周邊環境的干擾，在不中斷交通的情況下，可實現管道的安全、快速敷設。結合工程實際，簡明扼要地從施工技術原理、工作坑設計、頂管作業、注漿、施工監測以及施工過程中問題的處理等方面進行了研究，對以后類似工程施工具有一定的借鑒意義。

關鍵詞：頂管技術;市政工程;管道施工;應用

引 言

在現階段我國城市發展中，市政給排水系統作為比較關鍵的一個重要組成部分，確實也面臨著更高的施工建設要求，為了較好優化提升市政給排水施工建設效果，切實把握好管道安裝鋪設環節極為必要。頂管施工技術是當前市政給排水施工中越來越常見的一類處理手段，其作為非開挖施工方法，確實在很多城市區域表現出了明顯的應用優勢，對于施工現場環境的影響較小。但是頂管施工技術的要求同樣也較高，需要技術人員重點圍繞著各個關鍵技術要點進行嚴格把關。

一、頂管施工技術簡介

當前，頂管結構中主要有三種平衡理論：氣壓平衡、泥水平衡和土壓力平衡理論。氣壓平衡分為總氣壓平衡和局部氣壓平衡?？倸鈮浩胶馐窃诤愣▔毫ο掠每諝馓畛涔艿阑蛲诰虮砻妫⒗迷搲毫ζ胶獾叵滤畨毫Α＞植繗鈮浩胶鈨H在挖進機的土箱中充滿一定量的空氣，以平衡地下水壓力并在開挖面排出地下水。泥水平衡理論是一種管道推進方法，它使用一定數量的粘土和一定密度的泥水來填充集水箱的泥漿箱并對其施加一定的壓力，以平衡地下水壓力和土壓力。土壓力平衡理論是一種高層管理理論，它平衡了安裝鉆孔機的土壤壓力、土壤層的地下水壓力與鉆孔機基礎內部的土壤壓力之間的平衡。從發展趨勢的觀點出發，根據土壓力平衡理論進行設計，綜合考慮應用范圍、施工過程中排出的泥漿的易處理性、集管箱的設備成本。

二、頂管技術在市政工程管道施工中的應用

（一）頂管機頭進洞。工作豎井施工完成后，洞口加固后，用風鎬人工將洞門砼鑿除，確保外部土體穩固的基礎上，將井壁固定鋼筋迅速切斷，人工將土層向前開挖50厘米，將頂管機頭置于洞口中，頂管機刀盤完全進洞后，安裝止水圈，安裝完成后，將所有頂進設備以及頂管機刀盤啟動，開始頂進作業，頂進作業過程中必須嚴格遵循操作規程要求。為保障頂管施工質量，應設置試驗段，充分考慮頂進效果、土質條件等因素，優化調整刀盤轉速、扭矩。由于這時頂進阻力相對較小，因此頂進速度不可超過15毫米/分鐘，以避免機頭整體旋轉問題的出現。機頭完全進入土層，且沒有發生旋轉，則可逐步提升頂進速度。

（二）頂管工程工法的選擇。頂管工程的發展由來已久，但由于成本受限以及國內產品、技術的局限性，早年應用于國內的往往是人工頂管。所謂人工頂管和機械頂管的區別，是以掘進方式進行區分的，人工頂管顧名思義是采用人工掘進的方式，出土方式也是采用人工吊取的方式;而機械頂管的掘進方式是采用專業掘進的機頭，出土方式則根據不同的工法采用泥漿泵、傳送帶等方式。一般來講，應用于市政管道機械頂管施工的工法主要有兩種，泥水平衡法與土壓平衡法。泥水平衡式頂管是一種以全斷面切削土體，以泥水壓力來平衡土壓力和地下水壓力，又以泥水作為輸送棄土介質的機械自動化頂管施工法;土壓平衡法頂管在掘進過程中，刀盤不斷切削巖土，在沿圓周布置的液壓千斤頂推力下，頂管機不斷向前推進的機械自動化頂管施工法，渣土經由傳送帶運至洞外。泥水平衡法應用較為廣泛，在地下水水位較高、地層較為復雜的情況下，往往第一選擇采用泥水平衡法;而對于地下水位不高、地層較為單一的情況下也可以采用土壓平衡法，可以避免大量的泥漿外運，提高施工效率。其它工法如氣壓平衡法，是在頂管機頭密封艙內充入一定壓力的壓縮空氣，利用空氣壓力疏干機頭前方一定范圍內土壤孔隙中的自由水，避免土體受地下水影響造成的不穩定。氣壓平衡法主要應用于人工掘進階段的止水，機械頂進已不選擇使用。

（三）設置工作井和接收井。對于市政給排水工程中頂管施工技術的應用而言，工作井和接收井的合理設置也是關鍵環節，直接關系到頂管施工技術應用的可行性，該方面存在的問題不僅僅會干擾施工作業，還可能帶來質量隱患。在工作井以及接收井的設置中，首先需要嚴格按照設計圖紙明確具體位置，在定點準確后，進一步明確工作井和接收井的尺寸大小和形狀，以此為標準進行恰當施工處理，避免出現較為嚴重的偏差現象。當然，頂管施工處理中對于工作井和接收井進行合理安排還需要立足于全局考慮，切實把握好總數量及其分布狀況，以便促使頂管施工技術的應用更為高效有序。在具體工作井和接收井的施工處理中，一般借助于現澆井結構方式進行施工，需要嚴格規范各個處理流程，確保井體質量較為可靠。

（四）選擇適宜的頂進設備，開展設備安裝調試工作。頂進設備配置、安裝與調試也是至關重要的內容。相關人員要根據最大頂力要求，控制千斤頂的配置數量。在設備配置安裝完畢后進行調試。設備調試的重點內容如下所述：緩慢加大油缸壓力，檢查千斤頂是否存在功能異?，F象;檢查輸油管路是否存在泄漏問題;推動管身，精確測量起推力。一般情況下，試頂以頂動管身為止。在試頂過程中，指定專人負責如實記錄各觀測點的變化情況。油泵開啟后，每當油壓升至5-10MPa/h，暫停機泵運作，靜置觀察，判斷其是否存在異?，F象。若油泵存在異?，F象，第一時間展開處理，優化機泵性能，提升整體施工效率。

（五）頂管進出洞施工。在進行頂管施工時，其關鍵施工就是由工作坑開始出洞進行頂進工作，而為使該施工順利進行，施工人員需要建設磚封門，并在其前方預先設置鋼板樁，確保土地穩固，不會出現坍塌現象，使頂管機能夠順利出洞。之后，工作人員將磚封門拆掉，同時在頂管機推進與鋼封門距離50-100mm時，將洞口的鋼板樁依次拔除，使洞口止水作用充分發揮出來。最后，進行頂進工作，并盡量縮短施工間隔時間。另外，施工時，施工人員需要注意管節后退現象，該現象出現的原因是頂管機的正面主動土壓力過大導致的。對此，可以在洞口兩邊分布設置手拉葫蘆，一旦主頂油缸回縮，可以使最后的管節不會出現后退現象，能夠及時將其蠟燭，使頂管機的推進方向避免失控。

（六）注漿作業。在頂管施工過程中，應用頻率較高的注漿材料主要包括膨潤土泥漿、有機高分子聚合物等。注漿的作用主要體現在如下兩方面：①潤滑作用。注漿后，漿液會在頂管與周圍土體間形成一層保護液膜，以減小摩擦力，減輕管道損耗;②填充作用。注漿漿液可以填充頂管與周圍土體的縫隙，改進穿管部位密實度;③固土作用。注漿漿液滲入周圍土體，可以起到加固土體，增強土體抗形變能力的作用。

結 語

頂管施工技術是一種綜合的施工技術，需要廣泛的知識儲備，較高的施工管理要求和嚴格的施工工作要求，與傳統的管道埋設法相比，頂管施工技術在一定的施工環境和條件下具有一定的優勢。頂管施工技術具有節省土地資源、保證工程質量、縮短工期以及降低工程成本等特點，已經取得了良好的社會經濟效益。

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