頂管施工工藝在市政管網(wǎng)施工中的運(yùn)用探討

歐陽宋南

（福建省西湖賓館， 福建 福州 350001）

0 引言

我國(guó)城建水平的一直在發(fā)展提升中，市政管網(wǎng)建設(shè)工程涉及到的施工項(xiàng)目持續(xù)增多。在實(shí)踐運(yùn)用中，需要選擇適宜的施工工藝去應(yīng)用，以滿足市政管網(wǎng)工程的建設(shè)需求。頂管施工工藝的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)較多，可大量減少土方工程的挖掘、對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的周邊環(huán)境影響小、施工占地和拆遷需求較少。在市政基礎(chǔ)建設(shè)中可廣泛運(yùn)用頂管法，是一種文明施工工藝。目前的市政管網(wǎng)建設(shè)工程，施工管網(wǎng)長(zhǎng)度不斷增加，為滿足不斷變化的施工要求，管網(wǎng)的施工深度也在不斷加深。市政管網(wǎng)工程現(xiàn)場(chǎng)的地質(zhì)、地下管線和周圍環(huán)境等比較復(fù)雜，影響因素較多，施工復(fù)雜，技術(shù)難度較高。

1 相關(guān)理論概述

頂管施工技術(shù)是一種非開挖施工方法，在管網(wǎng)施工中不進(jìn)行開挖或者少開挖進(jìn)行管道埋設(shè)的施工工藝（如圖1 所示）。頂管施工是在工作坑內(nèi)開展，利用頂進(jìn)設(shè)備的頂力，克服管道和土壤的摩擦力，把管道按照設(shè)計(jì)的坡度頂入管道埋設(shè)位置的土中，同時(shí)運(yùn)走土方。頂入一節(jié)管道進(jìn)入土層后，再下另一節(jié)管道繼續(xù)進(jìn)行頂進(jìn)。頂管施工原理是利用主頂油缸、管道間以及中繼間等推力，把工具管從工作坑內(nèi)推進(jìn)到接收坑內(nèi)吊起，管道緊隨工具管在兩坑之間埋設(shè)。施工中的頂力計(jì)算是非常重要的工作。通過頂力計(jì)算，精確背部強(qiáng)度和管道強(qiáng)度、確定需要的千斤頂數(shù)量、噸位、以及頂進(jìn)工程長(zhǎng)度等重要參數(shù)，特別是最大的頂推長(zhǎng)度需要頂力的計(jì)算。

圖1 頂管法施工示意圖

1896年的美國(guó)首先開始研究頂管法，最初是應(yīng)用在的鐵路鋪設(shè)過程，采用該施工方案并取得良好的施工效果。之后備受關(guān)注，很多國(guó)家開始研究和應(yīng)用頂管施工工藝，后來英國(guó)采用頂管法施工9.5h 把直徑1524mm 的混凝土管頂進(jìn)土中49m，這個(gè)施工結(jié)果刷新了那時(shí)同類項(xiàng)目的世界記錄，頂管施工工藝的應(yīng)用成功，促進(jìn)了各國(guó)對(duì)該項(xiàng)目的關(guān)注和研究，頂管施工工藝逐漸被廣泛推廣和應(yīng)用，發(fā)達(dá)國(guó)家也開始其理論研究。日本針對(duì)小管徑頂管施工技術(shù)和長(zhǎng)距離的頂管法施工進(jìn)行探究，取得實(shí)質(zhì)性的進(jìn)展，歐洲國(guó)家對(duì)市政管網(wǎng)建設(shè)中的管道材料和施工技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化創(chuàng)新。目前，發(fā)達(dá)國(guó)家通常采用帶橡膠密封環(huán)的混凝土管道施工，不斷提升頂管施工工藝，促進(jìn)市政工程管網(wǎng)施工的可持續(xù)發(fā)展。

國(guó)內(nèi)針對(duì)頂管施工工藝的研究起步較晚，理論和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)均明顯滯后于發(fā)達(dá)國(guó)家。1953年的北京第一次采用頂管施工工藝，上海在1956年才開始進(jìn)行施工試驗(yàn)研究，當(dāng)時(shí)頂管施工機(jī)械主要是手掘式頂管機(jī)。上海企業(yè)針對(duì)頂管施工工藝進(jìn)行深入研究，研究成果是把直徑2m 的鋼筋混凝土管道的頂進(jìn)達(dá)到120m，還對(duì)不同口徑和類型的頂管施工技術(shù)進(jìn)行研究，特別是土壓型管道。但是我國(guó)關(guān)于頂管項(xiàng)目的研究成果，通常是側(cè)重施工的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，理論研究領(lǐng)域薄弱。1967年上海的一家公司，開發(fā)了一種小直徑遙控土壓式機(jī)械頂管機(jī)，無須人進(jìn)入管道就可進(jìn)行施工，該設(shè)備生產(chǎn)后被應(yīng)用于隧道、高速公路以及鐵路施工中。1978年我國(guó)研發(fā)出一種擠壓型頂管，特別適合在淤泥等不良施工條件下進(jìn)行頂進(jìn)作業(yè)時(shí)運(yùn)用。隨著我國(guó)頂管技術(shù)的不斷完善和優(yōu)化，最初的頂管施工工藝只應(yīng)用在城市的給排水工程到現(xiàn)在廣泛運(yùn)用到多種工程建設(shè)的施工，頂管施工工藝具有重要的實(shí)用價(jià)值[1]。

2 頂管施工工藝

2.1 管材

市政管網(wǎng)的頂管施工通常可采用的材料有鋼管、鋼筋混凝土管、玻璃鋼管、鑄鐵管以及陶土管等（如表1 所示），實(shí)際工程施工中應(yīng)用廣泛的管材是鋼筋混凝土管。

表1 管材分類和特點(diǎn)

玻璃鋼管 管材重量輕，承壓能力高，使用壽命長(zhǎng)，可用于長(zhǎng)距離施工。 施工成本偏高，頂進(jìn)過程只能直線進(jìn)行，難以在實(shí)際工程中推廣應(yīng)用。 鑄鐵管 頂進(jìn)力較高。 施工成本高，適用范圍窄。 陶土管 管材的防腐，適宜長(zhǎng)距離頂進(jìn)。 管材剛度大，施工中要避免管材發(fā)生脆性破壞。

2.2 頂管設(shè)備的選擇

頂管施工的機(jī)械設(shè)備主要是指頂管機(jī)，施工過程主要通過頂管機(jī)提供動(dòng)力進(jìn)行頂進(jìn)。頂管設(shè)備類型分為手掘式頂管機(jī)、土壓式頂管機(jī)、水式頂管機(jī)、和氣壓平衡頂管機(jī)四種[2]。根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)的土質(zhì)類型，合理選擇適宜的頂管機(jī)。淤泥、黏土的施工現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)，適宜采用水式或土壓式頂管機(jī);砂土項(xiàng)目，選擇水式頂管機(jī)進(jìn)行施工。在實(shí)際工程的頂進(jìn)施工中，對(duì)開挖面可以改良技術(shù)、優(yōu)化工藝，提高頂進(jìn)施工效果。對(duì)改良后的施工現(xiàn)場(chǎng)可采用氣壓平衡式頂管機(jī)施工。關(guān)于強(qiáng)風(fēng)化、中風(fēng)化巖的施工現(xiàn)場(chǎng)的施工，結(jié)合實(shí)際地質(zhì)情況選擇合適的施工設(shè)備，根據(jù)其內(nèi)部結(jié)構(gòu)選擇適宜的刀盤和管頭等，保證頂管施工的質(zhì)量和水平滿足工程設(shè)計(jì)要求。

2.3 注漿減阻

頂管機(jī)的直徑相對(duì)于管材的直徑稍大，管材外徑和頂管機(jī)內(nèi)徑中間存在一些漿體，管道和埋設(shè)的土壤中間也存在一些漿體，漿體在施工過程中形成泥套，泥套讓泥漿無法滲透到外層土壤中，對(duì)管道周圍的土壤形成一種支撐力（如圖2 所示）。管道和土壤中間流動(dòng)的泥漿，可以減小頂進(jìn)時(shí)的摩擦阻力。在頂管施工過程中，不斷優(yōu)化減摩技術(shù)，提高頂管施工效果[3]。

圖2 注漿減阻

2.4 頂管方法

選擇的頂管方法會(huì)直接影響到管網(wǎng)的施工質(zhì)量。在選擇頂管方法時(shí)，首先要充分熟悉項(xiàng)目施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，分析現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件、土質(zhì)和環(huán)境，再根據(jù)規(guī)范和施工工藝選擇合理的頂管方法（如表2 所示）。根據(jù)制定的技術(shù)方案規(guī)范控制施工工藝，最大程度降低設(shè)備、管材、人工等施工成本，建立經(jīng)濟(jì)、高效的施工方案，全面考慮施工安全因素，合理控制施工進(jìn)度和施工工藝避免發(fā)生安全事故。

表2 頂管方法

2.5 頂進(jìn)糾偏

頂進(jìn)施工過程中，需要進(jìn)行糾偏，合理控制施工工藝，保證管網(wǎng)頂進(jìn)質(zhì)量。頂管施工過程是在地下進(jìn)行管道頂進(jìn)的，施工出現(xiàn)偏差時(shí)，要馬上進(jìn)行糾偏處理，延誤時(shí)機(jī)會(huì)影響到管網(wǎng)工程的整體施工質(zhì)量和工期，嚴(yán)重時(shí)可能造成安全事故。頂進(jìn)糾偏可以采用頂管糾偏智能控制系統(tǒng)，在頂進(jìn)中應(yīng)用該系統(tǒng)，對(duì)頂進(jìn)過程可以進(jìn)行實(shí)時(shí)智能控制，避免頂進(jìn)時(shí)管道偏離軸線位置的情況，有效保證了頂進(jìn)施工效果，切實(shí)提高頂進(jìn)效率。

在施工偏差已經(jīng)發(fā)生后，可以采用挖土、頂木或千斤頂進(jìn)行糾偏[4]。挖土糾偏的方法是對(duì)管道兩側(cè)進(jìn)行平衡處理，促使管道注漿回到正常狀態(tài)，適用于較小的軸線偏離位置10mm～30mm。頂木糾偏的方法適用于軸線偏離超過30mm 時(shí)，通過在管道內(nèi)放入木頭，利用木頭傾斜產(chǎn)生分力，促使管道的軸線位置恢復(fù)到正常狀態(tài)。千斤頂進(jìn)行糾偏時(shí)不是單一使用的，在實(shí)踐應(yīng)用中要結(jié)合挖掘修正法一起使用，把千斤頂放在超挖側(cè)端，通過千斤頂?shù)淖粤炕謴?fù)管道回到設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確位置上[5]。

3 結(jié)語

頂管施工工藝是市政管網(wǎng)工程中應(yīng)用成熟的方法，在實(shí)踐應(yīng)用中結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)各種影響因素，重視地下頂進(jìn)施工的復(fù)雜性和高技術(shù)要求，合理規(guī)避施工過程的易發(fā)隱患，嚴(yán)格執(zhí)行頂管施工技術(shù)方案，并不斷優(yōu)化和完善頂管施工工藝，推動(dòng)施工質(zhì)量和施工效果的提升。