市政给排水施工中长距离顶管施工技术探讨

李海龙

深圳市大鹏新区建筑工务署 广东省深圳市 518000

摘要：在市政给排水施工过程中，应该足够重视长距离顶管施工技术的应用，通过采用质量控制的方式，不断优化长距离顶管技术的使用，进而保证市政给排水工程优良的施工状态和施工质量。鉴于此，文章结合笔者多年工作经验，对市政给排水施工中长距离顶管施工技术探讨提出了一些建议，仅供参考。

关键词：市政;给排水施工;中长距离顶管;施工技术;探讨

引言

市政给排水工程在城市基础设施网络中占据重要位置，由于其直接关系到城市的日常生产和生活用水和污水排放，因此对其施工质量具有较高要求。在当前市政给排水工程施工中，由于受制于地面建筑和交通等因素的影响，长距离顶管施工技术应用十分广泛，整体施工过程中对地面影响较小，而且能够有效提升施工效率和质量。因此在实际施工过程中，需要掌握长距离顶管施工技术的难点问题，并合理运用具体的施工技术，以此来保证市政给排水长距离顶管施工的顺利进行。

1顶管施工的基本原理

顶管法施工时通过顶进设备的主顶油缸等部件，从起始工作井将顶管掘进机从土层内穿过直至接收工作井，随后依次顶进连接其他管道，并埋设于起始工作井的管线土层内的地下管道施工工艺。相比其他施工技术，顶管施工无需开挖路面，便可穿越公路、地上建筑物及各类地下管网等。作为一种综合性较强的机械化施工技术，顶管施工具有显著的适应性，可根据土层组成、土质条件、施工条件等具体情况，选择与之相适应的顶管设备及施工工艺。

2、顶管施工技术工艺

顶管施工是以顶管工作井为起点，在工作井内安装主顶千斤顶系统提供水平推力，先将安装在导轨上的顶管机头从前墙预留的出洞口破封门推入土中，由机头导向，然后将DN1000钢筋砼管跟随机头一节一节地向前顶进。与此同时，机头挖掘的泥土被不断排出，经水平运输至工作井，再经垂直运输至地面外运弃土。采用24小时连续施工，直至机头进入接收井回收，完成该次顶管管道铺设。

2.1顶管机头的选用

顶管有大刀盘土压平衡法、泥水平衡法、水冲吸泥法及气压平衡法等多种施工工艺，是由顶管工具管（机头）的功能分类而定的。应根据机头穿越的土层性质和地下水情况等因素，选择合适的顶管机头。

大刀盘土压平衡工艺是靠前面的刀盘切削土体，它的自重及动力较大，适应土质变化的性能较差，如遇淤泥容易下沉发生偏差，遇障碍物难于清除。泥水平衡法只适应小口径顶管，同样遇障碍物难于清除。水冲吸泥法要求地面有排大量泥水的环境条件。气压平衡法是在机头前方设置密封仓充入压缩空气，将地下水从土壤的缝隙排走，机头空腔内即形成无水干燥的作业环境。气压法顶管对土层扰动较小，出土数量控制准确，不超挖欠挖，挖运出的土无水、利于外运，顶管遇障碍物易于清除。

顶管机头安装在管道的前端，它具有控制顶管方向、挖掘和防止坍方等功能。

本工程顶管长度分别为90m和86m，顶管位置沿线地质较为复杂，两处顶管采用气压平衡法施工。机头配4台顶力500KN，行程100mm的纠偏油缸。

2.2井内顶进设备选型及安装

主顶千斤顶：它是顶进系统中的主要设备。为安全起见，顶力设备配置要小，以利间距平行顶进。根据顶力计算，单条顶管线的顶管主站，拟配备2台2000KN 油压千斤顶，按左右对称布置。主油缸的油压由电动油泵供给，两台并联供油，千斤顶行程1500mm。

其它设备：包括导轨、千斤顶台架、顶铁、分压环、后承压壁、操作平台（见附图1）、爬梯等。

当工作井底板完成后，设置好安全围栏和爬梯，然后由工作井边的起重机将上述设备吊入井内按要求的精度安装。

2.3工作井地面设备选型及布置

气压系统：包括空压机、冷却塔、空气过滤器、贮气罐、气压管路、单向阀、调压阀、气压表、安全阀等。该系统除了向机头气压舱提供压缩空气外、亦为管道内提供通风。

本顶管工程拟配置2台6m3空气压缩机，施工期保证1台工作，1台备用。为防止空压机的噪音，拟采用噪音较小的电动空压机，并安装在双壁隔音集装箱内。

液压系统：包括高压油泵、控制阀、溢流阀和油管油箱等，其作用是对主顶千斤顶和中继站千斤顶组提供压力油。

本工程需配置1套液压系统，每套系统选用2台45Mpa高压油泵并联使用。油泵流量2×18L / min。

压浆系统：包括泥浆池、搅拌机、注浆泵、管道及各种闸阀等。

每座工作井采用一套配置拌浆设备，2套注浆设备。选用2台0.8Mpa螺杆式注浆泵。

3确保顶管质量的施工技术措施

（1）精心操作顶管机头，使机头与土体的界面压力始终处于动态平衡。该压力平衡是避免地面沉降的关键。（2）增加测量密度，控制顶管顶力的偏心度，避免管道轴线偏差过大，因为在直线顶管中，过大纠偏是引起地面沉降原因之一。（3）向管道外围空隙中，精心注浆和补浆。膨润土泥浆的功能除润滑外，同时还起支护作用，即占据管外的空隙，防止土体贴到管壁而引起地面沉降。（4）在特殊地段进行施工监测布置，观测在顶进过程中地表及地下变形和土体位移情况，以便采取预防措施，保证管道邻近的建筑物和地下管线的安全和正常使用。

4市政给排水中长距离顶管施工技术的应用分析

4.1非开挖顶管施工技术

在市政给排水长距离顶管施工技术当中，采用非开挖顶管施工技术，一般是借助会将喷射衬层的方式来完成该项施工。最近一段时间以来，随着市政排水施工的不断发展，非开挖施工已经得到了很大的保障，其向着更加成熟的方向发展，因而也应用的越来越广泛。非开挖顶管施工技术，同样适合在长距离顶管作业的地方通过挖掘工作沟，来不断促使其满足给排水施工场地的地质变化情况。而在一般的市政排水施工建设工程中，非开挖顶管施工技术的核心就是管道设计，通常是按照给排水方案的基本需求和工作现场的实际地质情况，采用科学有效的管道系统，不断提升管道铺设的质量。

4.2气压顶管工艺

顶管机头是在工厂精加工制造，其内径与后继钢筋砼管的外径吻合，故舱内操作空间较大，加气压也比较方便，施工人员在前方机头内需要带压作业时，应严格按劳动和安全保护条例进行施工操作，工人要进行培训，并制定安全操作规程。机头中采用机械掘土机和螺旋输送机出泥至四轮轨道车斗内，由电瓶车拖运至工作井后方。弃土在井口附近不宜堆放太多，每天需定时用自卸汽车将泥土运到业主指定点弃土。运土汽车的泥土应予覆盖，不允许将泥渣漏到城市道路上。当顶进距离较短时，顶管出土采用人工运输较快，因为短距离电瓶车时速达不到峰值，电瓶车一次来回运输周转时间反而较慢。故本工程顶管宜采用人工出土。

4.3顶管测量技术

测量必须按照设定的管道中心线和工作井位建立地面与地下测量控制系统，控制点应设在不易扰动、视线清楚、方便校核的地点，并加以保护，在施工期间应进行定期校核。在顶管工作井内的后部设置测量平台，其临时水准点由地面水准点引入，在交接班时进行仪器高程的校对和调整。顶进轴线由设计管道轴线通过经纬仪引入工作井内，然后对中观测。机头出洞前，必须准确测定机头刃口的轴线和标高，并将数据及时反馈，对机头安装的态势进行最后调整。管道是否沿着设计管轴线顶进，靠测量进行检查。管道轴线偏差采用经纬仪用支导线法测量与控制，高程偏差采用水准仪测量。测量频率：一般每顶进500mm测量一次，特殊情况次数应增加。全段顶完后，应在每个管节接口处测量其轴线位置和高程，有错口时，应测出相对高程。

4.4泥浆减阻

在实际顶进作业过程中，为了能够对后座力进行有效控制，需要将膨润土泥浆压入到压浆孔内，并对阻力进行严格控制。顶管进入井内预留孔洞时，要求较为严格，需要积极采取有效的措施来对横向和纵向误差进行控制，保证管道进洞的顺畅性。压注触变泥浆填充管道的外周空隙，是减小地层损失控制地面沉降，减小顶进阻力实现长距离顶管的重要措施。对顶管机头尾端的压浆，要紧随管道顶进同步压浆。为使管道外周形成的泥浆套始终起到支承地层和减阻作用。

4.5水平螺旋钻进技术

在长距离顶管施工设计的过程当中，水平螺旋钻进技术是一项必不可少的技术。此技术方法优势在于可以有效降低长距离顶管操作时对地表造成的波动，防止出现土层被破坏的情况。同时水平钻进技术一个重要特点就是目的性很强，通过使用螺旋钻杆，可以轻松把钢管推入到预留井里面。然而需要注意的是尽管水平螺旋钻进技术使用比较广泛，然而其对于市政给排水中长距离顶管施工有着很大的要求，比如一般只适用于小口径的给排水管道当中，主要是为了防止管道顶进过程中出现的各种偏差，同时也可以有效减少水平钻进技术对整个管道行进方向产生的影响，因而可以保证长距离顶管可以保持相当准确的预定位置。

4.6通风系统

在进行市政给排水施工的过程中，管道通风是不可忽视的。尤其是在展开长距离施工时，氧气不足的问题常会发生，而且对管道进行涂料时还会产生一些有害气体，这就使得作业人员安全无法得到保证，避免安全事故发生的主要途径就是通风换气。管道中存在大量有害气体的话，除了会导致人员安全受到威胁外，施工质量同样会受影响，只有做好通风换气方可使得问题能够真正解决。一般来说，管道通风可以采用的形式包括三种，即抽风、鼓风以及两种方式的结合。鼓风方式的有效射程是相对较长的，能够保证有害气体切实排出，然而由于通风距离较短，有害气体在排出时会对工作坑产生一定程度污染。抽风、鼓风相结合可以使得烟尘吸收的效果更为理想，而且在安全性方面也是具有优势的。

结束语

伴随城市的不断扩张，地下管网、管线系统也愈加复杂。市政给排水工程是一项与居民生活息息相关的基础设施，如何提高工程质量成为了关键。顶管施工作为一种非开挖技术，无需开挖便可穿越地面建筑物、公路、各种地下管线。为此，在市政给排水工程施工中，必须重视顶管施工技术的应用，提高施工技术水平，规范施工工艺，全面提升工程建设质量。

参考文献

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作者简介：李海龙（1984年-），大学本科学历，男，湖北省随州市人，工程师，研究方向：工程施工管理。