非開挖頂管施工技術在市政工程中的應用

高玉起 盧 冰 張 帥

(中建八局第二建設有限公司， 山東 濟南 250014)

0 引言

近年來，我國城市化進程飛速加快，市政基礎工程的建設也突飛猛進，一派繁榮。在市政基礎工程中，城市內部給排水工程作為人們日常生產生活的保障，其施工質量備受人們廣泛關注與重視。在市政排水工作中，非開挖頂管技術非常適宜不需開挖、不宜開發等處地下管道的敷設。該技術在工作坑中安裝相應的頂管裝置，繼而將管道安裝到土質結構中，能有效避免周邊土質對管道產生影響，同時也減少了開挖敷設項目及其帶來的不便和環境影響。

1 非開挖技術的優勢、工藝和特點

1.1 非開挖技術的優勢

在上世紀末期，美國就已經對非開挖頂管技術進行研究，同時，將其應用于建筑行業、城市公共基礎建設，目的是為了增強美國建筑行業在國際市場上的競爭力以及技術水平[1]。為了更好的應用該類技術，美國的諸多高校開設相關課程，一方面培養專業技能型人才，一方面開展深入研究。此項技術進入我國較晚，但是由于該項技術的優勢較為明顯，在當前已被廣泛引入實際建設中。

此技術在實施時，能夠有效減少與地下其他燃氣、排水、電力等公共設施管道的重疊與沖撞，在通信工程、電力工程管道安裝等方面的應用獲得了專業人員的一致認可。在施工的過程中，對于周邊居民的影響較小，不會產生噪聲污染，同時減少施工過程阻攔交通運輸情況發生，地下作業也能避免出現揚塵現象[2]。

1.2 非開挖技術的工藝

目前，非開挖頂管施工技術在我國應用時間較短，但其應用廣泛，不僅經濟效益顯著，而且對周邊環境及居民的影響很小。該技術的工藝可簡化為四個環節：（1）在管道的一段將工作井挖掘并固定；（2）在其中安裝頂進設備；（3）在管道頂進的過程中，共同推進頂進與挖土工作；（4）使管道逐節頂入到土層之中，直到完成設計的總體長度為止。

1.3 非開挖技術的特點

1.3.1 安全、高效、造價低

隨著我國城市改造項目的逐步推進，老城區改造政策的提出與實行，在基礎公共設施建設中，如果利用常規的施工手段，不利于城市的交通、通訊等運行，且工程量相對較大，對于施工的成本也相應增加[3]。為了減少開挖帶來的影響，非開挖頂管技術有效應用到實際的建設中。此種技術具有高效、安全及造價低等特點，且施工人員的要求相對較低，實施困難程度較小。

1.3.2 對周圍環境的影響較小

在城市的建設環境中，在商業較為繁華或者一些居住人群密集的區域，建筑物的分布也較為密集，地下鋪設的管道與線路眾多[4]。采用常規的施工辦法，施工難度也會相應地提升，此種施工手段，能夠合理地選擇管道線路，及時避開其他管道的沖突，減少各線路之間的干擾，降低對原有公共基礎建設的破壞[5]。

1.3.3 不受惡劣氣候等因素影響

在絕大部分工程進行施工中，能否順利進行施工與天氣狀況息息相關，一旦出現雷雨天氣，整個施工現場不能正常施工，造成經濟損失，施工周期滯后，施工成本費增加[6]。但是頂管施工技術的實施主要是在地下，施工環境較為閉塞，不會受到環境的影響，更多的是對設備的依賴，而人員、氣候的因素影響可以忽略。表1為頂進管道相較于其他施工辦法的比較數據，可以看出頂管施工技術的精度是其中最高的，也是與給排水管道最契合的，適用管徑可以控制在350mm～4000mm之間，雖然施工時間較長，但是能夠解決一些其他技術不能解決的問題（見表1）。

表1 頂管與其他施工辦法的比較

2 施工中應注意的問題

2.1 施工條件

雖然非開挖頂管技術在對于與土質層敷設重力流的排水管道和大口徑管道是目前最節省成本的方法，但與其他方式相比較也在一定程度上存在局限性，尤其是在土層厚度比較深，土質均勻，并且主要為軟塑、流塑粘性土、其迎面阻力過大等情況，尤其是在土質情況較為特殊的環境中，該種施工技術受到環境制約。

2.2 補救措施方面

針對在非開挖頂管技術的局限性，可以通過采用封閉式頂管和高強度承插式管材來解決，但這會增加一部分工程費用。現在在軟土地區，封閉式頂管已經獲得了大家的認可，得到了廣泛的應用，成為非開挖頂管工藝的補充和發展。如在某工程中，采用泥水平衡頂管施工工藝，應用注漿減阻技術，加設中繼間等輔助措施，降低了管線頂力，極大地增加了每次頂進的距離，減少了工作井和接收井的數量，達成了成本控制的目標，同時采用了“F”型鋼承插口管材，由于接口形式更加合理、適應性強，增加了在砂層中使用的可靠性。

3 工程實例

3.1 工程概況

在對某項目研究的過程中，專業技術人員發現，該項目的地理位置較為復雜，施工區域周邊的居民建筑較多，安裝管線與建筑的距離只有10m左右，施工現場沒有頂管需要的放坡系數，頂管總長度為514m，根據施工中頂管直徑840mm，內部直徑為700mm，一段關節的長度為24m。在具體施工中，最大受重能力不可超出140t。在進行襯砌接縫施工環節中，防水所應用的材料一般會采用橡膠制品。

3.2 頂管器材的選擇與應用

在選擇頂管施工器械的過程中，使用了多刀盤土壓平衡頂管機。此種頂管機的刀盤一般為4個平均分布在頂管設施的斷面上，切面的長度一般為斷面的3/5。雖然此種頂管機沒有大刀盤土壓平衡頂管設備切削攪拌的能力，但能夠在土質硬度相對較低的地層作業。在該項目實施過程中，為了防止頂管設備的機頭出現失控導致出線走低問題出現，采用多刀盤頂管設備進行管道安裝。

3.3 頂進中進出洞施工

出洞頂進在頂管施工中是最基礎的作業環節，繼挖掘工作坑之后，就開始實施。為了保證出洞頂進工作順利進行，防止在工作井施工中出現塌方問題[9],在出洞前務必將鋼板裝訂于磚封門之前。在鋼板樁達到工作井底板的深度后結束。在管道出洞的同時進行磚封門的拆除，設置鋼封門能夠減少土體涌入。在頂管機與鋼封門到達一定的距離后，此時洞口安裝的止水圈開始對出現的水汽進行隔離。為了減少頂管機在拔除中對周邊環境產生的影響，減少空隙問題出現，在拔出的同時頂進需要同步進行，不可出現短暫的間隙，影響施工質量。

3.4 長距離頂進作業以及之后的作業

在頂管技術的應用中，除了基礎的頂管工作，還有關鍵部分的頂力控制工作、注漿減阻工作、中繼間輔助工作。頂力控制工作在方向調整方面有著控制作用；注漿減阻能夠有效減少建設中出現縫隙的問題；在填縫的過程中，混凝土的穩定性決定縫隙填充的質量，其在此環節面對不同的環境都有一定的抵御能力。糾偏是此環節的重點，頂管作業中施工人員須時刻關注受力是否均勻。

3.4.1 長距離頂進施工措施

項目施工中，專業技術人員需要在機頭旋轉以及前進方向上進行糾偏，以保障機頭的行動軌跡在正常的軸線上，可以說核心問題就是對頂力的控制能力，此項工作是頂管施工技術中必不可少的。頂進作業是否順利與行動軌跡是否出現偏移息息相關。在出現偏移的情況時，只能通過調整力矩的形式使其回到正確的軌道上。在糾偏工作中，施加的力矩使其方向不斷變化，相當于附加了一個壓力，從而使阻力隨之增加。此附加阻力，在相關數據上沒有反映，但是需要實際的工作人員根據自身的經驗實施。

3.4.2 注漿減阻

壓漿手段是縫隙填充中主要應用的技術。在進行管道拼接的過程中，注漿技術的應用對注漿孔相關零件進行固定，漿液不斷被擠壓涌出，可在混凝土管節外壁以鋼套環形成混凝土外殼，進而被擠出，減少摩擦力。

（1）根據圖紙情況對壓漿混合材料進行調配，保證其穩定性的同時，滿足其不同的需要。

（2）科學選定注漿孔。本次施工中，專業技術人員選擇采用在混凝土管節雄頭處設計孔洞，間隔7.2m，角度120°，頂管機后連續三節都持續注漿。

（3）選擇合理的注漿工藝，根據壓漿操作的技術規范施工流程，保障施工質量。使頂進過程中形成的建筑間隙能夠被泥漿填補成為泥漿套，泵送出口壓力需盡可能控制在1-1.25×105Pa。

（4）壓漿孔的位置固定在管節一測后，施工人員在管節拼接的過程中，注漿孔被前一節的鋼環完全遮擋，壓出的漿液首先會在鋼環套與混凝土之間形成漿套，這樣漿套也就比較容易形成，降低摩擦力的效果也逐漸被凸顯出來、

3.4.3 中繼間

在施工中，施工人員可以根據施工環境進行判斷，確定是否需要中繼間輔助的工作。在此環節的施工中，其重點是對實際操作與頂力進行研究。在該項目施工中，其第一個中繼間放在了施工總體長度的1/2處位置，由于其的減阻效果較好，能夠高效地對走線進行控制。在應用中，第一中繼間的設置簡化了頂進流程，在最大程度上提升了頂進的效率。

3.4.4 深基坑支護措施

在施工中，施工人員需要對實際的基坑高度做到心中有數，經測量后發現該基坑工作井的深度為7.2m，且實際的施工環境不佳，位置處于兩座居民樓之間，距離較短，工作難度大。工作坑一旦開挖，建筑周邊的土壤將會受到影響，居民樓可能下沉，穩定性可能降低，為保證該區域內建筑及基坑的安全，促使高質量完成管道敷設工作，項目中主要應用了兩種支護技術，分別為鋼板樁技術與深層攪拌樁技術。

4 工程要點

在本次市政排水施工中，鉆孔技術的選擇為定向鉆孔，排水管道的深度選擇為4.5m處。為保障工程的正常進行，所有環節的工種都需要在該崗位上認真負責。在安裝的環節中，施工人員要對實際施工圖中的位置進行測量，包括管道的中心位置，繼而進行導向孔作業。利用相關設備進行軌跡探測施工。導向儀在此環節中有著重要的作用，最后實施擴孔與回拖。在達到指定位置時，將鉆頭擴大，完成擴孔。孔中的管子始終保持懸浮狀態，孔洞中適當增加水流量和泵壓。施工人員需時刻觀察現場出土的狀態，保障拉力正常。

5 結束語

非開挖頂管施工技術已被廣泛應用于市政工程建設中，頂管作業的低成本、工期的有效控制，都是很明顯的優勢，在實際建設上獲得了較大的效益。在實踐過程中，在實施環節利用注漿技術對產生的阻力進行調節，利用軸線對方向進行控制，快速頂進技術的實施減少塌方的可能性。在作業中，專業施工人員可以對建筑與實際施工管道的方位進行確定。若距離不在可控制范圍內，采用支護技術進行防護，減少對建筑周邊環境以及地下其他的管道線路的影響。