微型頂管在排水管道建設中的應用

唐 超

（北京城市排水集團有限責任公司，北京 100044）

隨著我國經濟和城市建設的快速發展，城市基礎設施逐漸完善，其中各類地下管線的鋪設與改造，在城市基礎設施的建設中扮演了重要的角色。對于繁忙的城市交通系統，大開挖鋪設地下管線必然會造成交通中斷，特別是在城市主干道施工，大開挖對交通影響巨大，不僅會阻斷交通，還會造成巨大經濟損失，并且如果地面建筑物較多時，將無法施工。因而，非開挖施工技術越來越受到重視。頂管施工就是非開挖施工方法中的一種，是不開挖或少開挖的管道埋設施工技術。

頂管技術已在我國工程中得到大量的應用，且保持著高速的增長勢頭，無論在技術、頂管設備還是施工工藝上，都取得了很大的進步。其中，微型頂管是基于頂管技術開發出的小管徑頂管技術，其工藝具有施工占地面積小、對道路結構影響小、對現場周邊環境影響小、頂進精度高的特點。

1 微型頂管工藝的施工流程

微型頂管施工工藝原理：按照先定位，后頂進的原則，首先利用液壓頂進機臺將導向桿按照設計軌跡推進并貫通整個設計井段，然后頂進出土外管及螺旋排土桿組合裝置，待整井段出土完畢后，將擬鋪設的鋼筋混凝土管頂進，在接收工作坑中置換出出土外管及螺旋排土桿，完成管道鋪設。

具體流程：測量引點→工作豎井施工→機臺底座、推進機臺、激光經緯儀安裝→導向桿頂進→出土外管頂進、安裝螺旋排土桿→完成出土、拆除螺旋排土桿→混凝土管頂進。

（1）工作豎井施工。工作豎井采用倒掛井壁法施工，嚴格按照圖紙要求排放鋼格柵。

（2）機臺底座、推進機臺、激光經緯儀安裝。根據設計管道中心軸線安裝機臺底座、推進機臺及激光經緯儀，如圖1所示。

（3）導向桿頂進。按照設計高程開始導向桿頂進施工，導向桿的端頭是錐形導向頭，在頂進過程中通過旋轉導向頭可以調整頂進方向。導向頭內部是一個可發射激光信號的光標發射器，在頂進過程中延中空的導向桿及中空的螺旋排土桿不斷向后方激光經緯儀發射信號。激光經緯儀將接收到的監測信號投射到顯示器上，方便操作人員及時發現偏移，迅速調整操作。

圖1 機臺底座安裝

（4）出土外管頂進、安裝螺旋排土桿。導向桿貫穿工作井段后，在導向桿的尾端頂進出土外管及連接螺旋排土桿，進行工程段的出土工作，如圖2所示。

圖2 螺旋排土桿

（5）鋼筋混凝土管頂進。出土完成后，在出土外管末端依次逐節頂進鋼筋混凝土管，通過頂進機臺上的液壓油缸伸縮將每節管頂入土體，循環完成工程段的鋼筋混凝土管頂進。

（6）鋼筋混凝土管置換出導向桿、出土外管、螺旋排土桿完成全線頂管。將鋼筋混凝土管頂至接收坑，并在接收坑內將導向桿、出土外管、螺旋排土桿逐節拆除，管道按照設計長度施工完成，至此此段微頂管工作完成。

2 微型頂管工藝在排水管道建設中的應用實例及注意事項

玉泉路污水管線工程起點為魯谷東街往東190m，沿魯谷路由西向東敷設，終點為玉泉路西側污水管線，設計管線管徑D=300～500mm，長度共1376m。

從地勘報告及管線縱斷圖來看，該工程設計管線部分位于卵石層中。考慮微型頂管在卵石地層的適用性，決定抽選3個管段作為試驗段。由于微型頂管不具備研磨破碎的能力，在導向頭頂進的過程中確實出現了卡鉆的現象，后退并調整導向頭方向也不能繼續頂進，因此只得在卡住的位置開坑取出導向頭，相應增加了工序及費用。根據試驗段的實際使用情況來看，微型頂管對土層的適應還比較局限，不適用于粒徑較大的卵石層和雜填土層。可見，詳細的地質勘測對施工至關重要。

在頂進的過程中，如遇不明地下障礙物無法頂進時，應通過觀察頂進壓力表上的數值來決定是否繼續頂進。當壓力表數值持續增大，但進尺微小時，應立即停止頂進，適當后退并微調導向桿角度再頂進，如不進行調整繼續蠻頂，可能會出現導向頭斷裂等情況。

在頂管施工前，還應對地下設施做詳細的探測，摸清地下各設施高程、平面位置關系，這直接影響了微型頂管施工的順利進行。當今城市道路地下管線錯綜復雜，水、電、氣、熱、通信等管線，碰斷哪根都會造成停工、賠償等損失。

3 微型頂管工藝的優點

3.1 施工占地面積小

由于微型頂管屬于非開挖技術，相較于明開槽法，微型頂管技術在施工占地上有著極大的優勢，只需一個頂進坑和一個接收坑即可完成一個井段的管道鋪設，在施工占地上明顯優于明開槽法。相較于以往人工頂大管穿小管的施工方法，由于微型頂管設備集成程度高，因此頂進和接收所需的工作坑尺寸也更小，可以進一步減少施工占地。

3.2 對道路結構影響小

在施工過程中，通過委托第三方監測單位在施工區域布設監測點，對道路沉降情況進行監測。在未做注漿等任何道路結構保護措施的情況下，路面沉降的累計變形值、變形速率均滿足相關要求（累計變形值≤15mm，變形速率≤2mm/d）。在頂管施工完成后，采用雷達探測的形式對全線管道施工區域內的土體密實度進行檢測。通過檢測報告中的雷達圖像可看出，頂管區域內的土體沒有出現疏松或空洞的情況，土體密實度良好，不會造成道路塌陷。

3.3 對現場周邊環境影響小

任何一種施工方法都會對周邊環境造成一定的影響，若采用明開槽法施工，大量的土石方工作必將會對施工現場及周邊環境造成揚塵污染；而應用微型頂管技術，土石方開挖量基本集中在工作坑的開挖上，土石方工作量遠小于明開槽法，配合降塵措施，將能保證滿足環保要求。若在現況道路上施工，較低的開挖工作量還可降低道路的挖掘修復費用。

3.4 管道鋪設精度高

斜錐形的導向頭在不旋轉的情況下，將一直沿導向頭斜面方向偏移。在導向頭內部有激光發射靶，其所發出的激光信號被后端的激光經緯儀所接收，并上傳至電腦中顯示。發射靶上有若干靶點，激光經緯儀始終對準發射靶上的中心靶點，若頂進過程中偏移了中心靶點，可通過旋轉導向頭來調整頂進線路，管道鋪設誤差可控制在±2cm內。激光靶與導向頭如圖3、圖4所示。

圖3 激光靶

圖4 導向頭

4 結論及建議

微型頂管工藝在實際應用中優點明顯，施工占地面積小、對道路結構影響小、對現場周邊環境影響小、管道鋪設精度高，具有廣闊的發展前景，可以推廣使用。但也存在一些不足之處，例如最大頂進距離為45m，長距離的頂進必然會增加工作坑的數量；不具備研磨破碎能力，可應用的地層比較局限，粒徑較大的卵石層和雜填土層不適用微型頂管；設備造價較高。對此，建議在施工前做足前期調查工作，對地質情況、地下管線、地下構筑物情況盡可能詳細探查。

隨著城市的高速發展，對城市工程施工的場地限制、環境保護要求也越來越嚴格，微型頂管工藝也要在長期的施工中積累經驗，不斷創新、不斷提高。