浅谈顶管施工技术

浅谈顶管施工技术

陈虎

中交（长沙）建设有限公司，湖南长沙 410200

摘要：顶管技术作为一种管道的施工工艺，已在各个城市尤其是大城市的首选运动，文章主要探讨顶管技术在我国的实践应用，并从管道施工中发现问题，从理论的角度来分析顶管技术在我国管道工程中的前景。

关键词：施工工艺；铁路施工；顶管

我国城市经济与建设正在快速发展，基础建设日趋完善，顶管技术已被广泛应用于各个城市的管道建设中，管道的建设也成为城市中不可忽视的重要环节。近年来，城市地下空间开发工程的规模越来越大，管道施工技术具有不破坏城市显性的地表和建筑物的特性，在施工的过程中也不会导致相关区域交通的拥堵，它是在地下进行的工作，可以穿过如公路、铁路、河流等城市敏感区域，是一种污染小，破坏小，高效便捷的施工方法。由于顶管技术突出的经济性和适用性，因此它具有广阔的发展前景，但其还未形成完整的系统，所以仍需要不断的完善。

1顶管施工工艺简介

顶管施工是通过管道间和主顶油缸的中继环的推力，把工具管从始发工作井内推进土层，顶到接收井内将其吊起，在两个工作井之间将预制管埋进，顶管施工工艺是指设备从开始进场到顶进全部结束的全部过程，管道施工可分为工具管出洞；工作井和接收井的制作；工具管入洞；后续管道顶进，4个阶段。

2顶管施工的优点

对比之前的开凿地面来埋管线相比，顶管施工有如下几个方面的优点：（1）一般的顶管施工不需要从一头直开凿到路面另一头，只需要挖两个井坑就可以了。这样一来，不但不会破坏路面交通，也不会对路面产生太大影响，而且能够减少拆迁带来的费用，降低成本，从而增大了企业收益；（2）顶管施工开凿过程中挖的土要少于路面开凿的土，施工过程中管节部分的土，挖土量非常少；（3）对路面建筑的损害比较小，不会破坏路面也不会破坏建筑，是一种高度文明的施工；（4）在挖深管道时，管道施工的成本要比开凿路面施工的成本要低很多，施工的费用得到很大的节省；（5）顶管施工不会对管道上面的土层破坏，从而保证了土层的完整结构，管节不容易被破坏，使管节的寿命大大增加。

3顶管施工技术介绍

顶管技术具体是利用专业的管道顶进设备，用物理的方式采用顶力将管道按一定的作业坡度要求顶进地下，将管内土方运出的同时克服管道与土壤之间的摩擦。和采用工程中的输油管道的顶进原理等同，与顶管施工不同的是它进行的是竖立顶进，而顶管施工则是在地下把管道一节一节相连的横向顶进。称之为“竹节原理”。其具体做法是，用主顶油缸产生顶力，把掘进机或者管道打进土层，推进直到收坑。在现代技术的创新下，顶管技术中的一些难题已经得到了解决，比如不能曲线推进，管道铺设路程短等问题。我国的管道技术已经可以把管道在地下顶进1500米，甚至更多，一些敏感区域弯管技术也能绕过进行施工，从而实现曲线穿行顶进。

技术要点

顶管技术提供的思路和可行的具体方式可以有效解决管道建设中方向的偏失。铺设大中型的管道，传统作业耗时耗力，而且工程量和投资额巨大，而且并不能解决施工过程中的方向问题，当遇到密集的建筑群或者其它的作业管线时转变作业方向困难。采用顶管施工能有效解决上述问题。

4顶管施工技术的应用

4.1适用于非岩性土层，在岩石层、含水层的施工难度较大。

4.2在管道穿越公路、铁路、河流或者建筑物时。

4.3街道狭窄、建筑物较多时。

4.4施工在交通量大的市区街道，管道不能改线也不能断绝交通时。

4.5现场条件复杂，与地面的工程交叉作业，互相干扰，容易发生危险时。

4.6管道扭土比较深，开槽的土方盘大，需要支扭时。

5常见铁路顶管施工分类

顶管施工有很多分类方法，而每一种方法都只是从一个侧面来强调某个方面，不能完全盖全，所以就有了局限性。

顶管可分为4中类型，分别是大口径、小口径、中口径和微型顶管，大口径是指2000mm以上的顶管，这种口径的顶管可以让人在里面站立和自由行走，但是这种大口径的顶管设备管子自重也是很大的，顶进时会很复杂。它的最大口径可达5000mm，大于小型盾构。中口径是指人可以弯腰在里面行走的管子，有的时候不能走太远。顶管中这种类型的管子占大多数，其口径为800mm-1800mm。顶管的划分方法可以根据顶进力、掘进工艺的传递方法、管材、顶进轨迹、工作井与接收井之间的距离。

根据掘进工艺可分为挤压式、手掘式、气压平衡式、土压平衡式、泥水平衡式、注浆式几种不同类型。挤压式和手掘式使用的是工具管，是一个钢制带刃口的管子，有纠偏和保护的功能，根据钢制壳体中是否有设反铲之类的机械受挖土可分为半机械、手工和机械顶管，需要采用降水、注浆或者气压等来辅助手工和半机械式顶管。气压平衡管方法是指在顶管机切削具腔室力采用气体来保持一定的压力来进行顶管工作的方法。泥水平衡顶管方法是指在顶管机的切削具腔室里泥水保持一定压力进行顶管工作的方法。土压式顶管方法是指在前方的一个由隔离板隔离了的腔室，里面充满了被挖掘机挖出的土或者充满了与土混合的混合物。根据腔室内的混合物或者土的压力来平衡地下水和土层的压力，达到切削面稳定的目的。注浆式顶管方法是在由隔板密封的顶管机切削具腔室内将高浓度的泥浆不断注入，从而使切削具腔室内产生压力。

6施工中出现的问题和解决方法

6.1管道轴线的纠偏

要实测每节管道顶进后的中线，检查是否与设计吻合，如产生偏差，要用挖土法进行校正。

一般采用的两种方法分别是：（1）管内挖土法，土体保留在开挖的一边，开挖另一边，顶进时，土体正面阻力移向保留土体一侧，将管道向此侧纠偏。二是外挖土法，将管道内的土挖净，挖出刃口，在管外形成洞穴。洞穴的边缘，一边在刃口内侧，一口在刃口外侧，顺着洞穴的方向进行管道顶进。纠偏效果如果不太明显，用横木支撑来配合纠偏工作。

纠偏时应注意，在顶进一段时间候才能反应出纠偏的效果，要调整工具管的纠偏角度。为了不造成纠偏过量，工具管的角度也要在前进方向中与中线一致。

6.2卡管

由不规则或者挖掘的洞穴尺寸过小，盲目顶进容易造成卡管现象。发现千斤顶的油泵压力表剧增时，要停止顶级的工作，进洞检查。只要对开挖面的洞口尺寸修正，这种情况一般都能解决。

6.3管节爆裂

容易造成管节爆裂的原因是顶进时加载偏心或者是混凝土管的质量问题。在还未进洞的顶铁接触的管口处与管节容易发生加载偏心引起的破坏，增大边圈承压面积，，采取管壁与顶铁间的缓冲措施，一般情况下就不会再出现这种现象。不合格的管材会出现管节破坏的没有规律，必须要更换质量合格的管材。

6.4地面沉降

由于土质松散、地下水、顶管土层不稳定、超挖等因素会造成地面沉降，挖掘过程中的管内塌方，顶过后又没有进行注浆处理造成的。预防这个问题的发生，首先要避免超挖，从土体的稳定程度来决定顶进间隔与挖掘深度，降地下水位至管底不小于500mm，如果发生了塌方，顶过管道候，注浆处理要及时。

7顶管技术发展建议

7.1提高新型管材，设备的研发是顶管技术发展的必然要求。

7.2操作人的技术水平很大程度影响到顶管控制，尤其是采用注浆工艺的顶管，顶管顶力的大小受到注浆效果的直接影响。

7.3顶管设计理论研究与工程质量的提高和顶管技术水平的提高有必然联系。逐渐缩小顶管设计理论与实际的差距，终将能反应实际的使用情况。

结语：顶管施工技术已普及于我国各个城市，顶管技术的应用就目前来说相对比较成熟，能够有效解决环境、交通方面的相互影响问题，借鉴国内外的优秀科研成果的基础上，同时结合国内外的实际工程使用特点，将顶管施工技术推进到一个新的发展阶段，与此同时做好技术安全管理工作，按照施工规范严格执行，严抓质量控制，保证工作细节的落实。

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