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1、不开槽顶管施工技术在市政工程中的应用【摘 要】随着我国城市经济的不断发展，城市城下建设工程将越来越多，顶管施工技术的优越性越来越突出，顶管是非开挖埋设地下管道的施工技术之一,适用于最大可埋设5600mm-54000mm的地下管道,它具有环保、施工文明、造价合理的特点。目前此技术已得到广泛的推广应用,尤其是在穿越城市道路及江河的管道工程中应用尤为普遍。【关键词】市政工程 顶管施工技术 应用【前 言】随着城市基础市政工程建设的不断发展，地下空间的开发项目越来越多，地下工程建设实施的难度不断加大。顶管工程作为一门综合地质学、电子技术、机械、冶金、液压控制及化学等多门学科的综合性土建工程，在近年来得到
2、快速推广,特别是在城市市政工程建设中应用极为广泛。某电力工程，全长726米，埋深5m，由于高压线杆及临近高压燃气距中线2。5米影响，无法开槽施工，改为顶进施工，由于不开挖地面，所以能穿越公路、铁路、河流，甚至能在建筑物底下穿过。它很适合运用到市政工程，是一种能安全有效地进行环境保护的施工方法，对城市城区的交通、噪音、粉尘的危害和影响大大降低，是污染小、高效率的施工技术，并且可以节省大量建设投资和缩短城市建设的开发周期。一、顶管施工技术的基本原理顶管法施工是借助主顶油缸及管道间中继间等的推力，将工具管或掘进机从工作坑内穿过土层一直推到接收坑内吊起。与此同时，也就把紧随工具管或掘进机后的管道埋设在
3、两坑之间。对于长距离顶管，由于主油缸的顶力不足以克服管壁四周的土体摩阻力和迎面阻力，常将管道分段，在每段之间设置由一些中继油缸组成的移动式顶推站即中继间，且在管壁四周加注减摩剂以利于长距离管道的顶推。(一) 顶管施工与开挖施工法相比的优点: 开挖部分仅仅只有工作坑和接收坑，而且安全、对交通影响小; 在管道顶进过程中，只挖去管道断面部分的土，挖土量少; 建设公害少、文明施工程度高;在覆土深度大的情况下，施工成本低。(二) 与开挖施工法相比较存在的不足: 曲率半径小而且多种曲线组合在一起时，施工就非常困难; 在软土层中容易发生偏差，而且纠正这种偏差又比较困难，管道容易产生不均匀下沉。一、顶管技术在
4、市政工程中的应用(一) 适用范围1、在城市中心地区，或商业繁华街道，以及城市建设中遇到无法迁移或不能实施大型开挖的文物古迹遗址等特殊地段，对不能进行空中架线、开槽埋管来实施作业施工时。一般是采用管径中80 600mm 的地下埋管工程可使用顶管法施工。2、在敷设城市污水管道直径大于 600mm 时，施工现场无法采用明沟开挖埋管施工而管道沿线又无其它建筑物基础时，可使用顶管法施工作业。该工程的顶管直径为2600mm远远大于600mm，因此该工程可以适用。(二) 顶管技术在市政管网中的应用1、旧城改造过程中，由于多年形成的各种管网相互交错，很多管线地下位置不明，原始资料丢失或不全等因素，市政管网铺设
5、时无法对地面进行有效开挖。2、城市架空线路遇交通干线、繁华街道、文物古迹，铁路或江河阻截，需转入地下过渡。3、当污水管道直径较大 (600mm 以上)，而施工现场周边环境受限，无法采用明沟开挖来埋管施工管道。三、顶管施工技术的效益特征顶管敷设管道施工技术特别适用于大中型管径的非开挖埋设,具有经济、高效、保护环境的综合功能。采用该技术施工,既能节约一定的征地拆迁费用,又可减少环境污染和对道路的堵塞,具有显著的经济效益和社会效益。这种技术具有的优势包括：不用开挖地面,尤其是城市道路；不用拆迁征地,不会破坏地面建筑物；不影响正常的城市交通秩序；不破坏地表植被和周边环境；施工过程不受气候和环境的影响；
6、不影响管道的段差变形，省时、高效、安全,无建筑垃圾污染,并且综合造价低等。四、顶管施工技术要点分析(一) 现场踏勘及调查定位测量后进行现场踏勘及调查工作：观察现场人、车流情况确定人流及车流交通组织及路线，考虑在路口设立交通导向牌、高峰期安排人员指挥交通; 2、摸查清楚附近的排水系统，设计最佳的排泥水线路，必要时施工临时排水管道，避免污水横流; 3、对于现场的煤气、电力、通讯、煤气、供水等管道现场定位，并标示出来看是否需要临时关停或搬迁; 4、调查雨水渠箱、原有污水管道等埋设较深的市政地下构筑物; 5、对于附近一些桥梁等构筑物调查其桥台基础、桩基深度及间距，附近建筑物基坑采取什么结构形式，是否采
7、用喷锚结构施工，其长度是否在顶管顶进轴线内。（二）顶进管的选择 顶进管一般选用钢筋砼管，如没有腐蚀要求可选用钢管。钢筋砼管的规格设计、配筋和应力验算应遵守有关钢筋砼的标准和技术规程，特别是有关钢筋砼管的标准和技术规程。顶进管直径的选择：顶进管的直径选择是首先根据工程性质、工程需要确定内径，根据顶进管所受荷载确定砼管的配筋及壁厚，进而确定外径。因为顶管工程工作面上需要配备挖土工人，所以一般管内径不小于 500mm；该工程选用钢承口钢筋混凝土三级管顶进管长度的选择：顶进管的长度对顶管过程的可控性和经济性有很大的影响。在直线推顶的情况下使用长管可以减少装管的次数，取得良好的效果，但随着管长度的增长，
8、如果偏离原定的路线，使之恢复正确路线要比使用短管更加困难。建造顶压坑时顶压坑的长度也要增大，挖坑、支护、回填、修复的费用将相应地增加。一般情况下，管长度须相对于管径来衡量，当 L/D 外1.10 时，为短管；当 L/D 外=1.15 时，为标准管；当 IJD 外2.10 时为长管。（三）顶管施工的工艺顶管施 叉称为顶进法施工，是指利用顶进设备将预制成椭圆形或圆形构造物逐渐顶入路基，以构成立体交义通道或涵洞的施工方法。顶管施工需先在确定的管段之间设置工作井和接收井，然后在工作井内安装推力设备将导轨上的顶管机头推入土体，由机头导向，将预制的钢筋混凝土管向前顶进，前端土体通过工作井运出，最后完成管道
9、铺设。顶管井的设计：顶管井分工作井与接收井两种，顶管井的建造结构有很多种类，一般使用钢筋混凝土结构。工作井的结构形式通常有单孔井和单排孔井。前者形状有圆形、正方形、矩形等，后者则大多为矩形，它们的结构受力性能由高至低依次为圆形一正方形一矩形。顶管施工工序 穿墙：打开穿墙闷板将工具管顶出井外，并安装穿墙止水装置，主要技术施工措施如下：1）穿墙管内填夯压密实的纸筋粘土或低强度水泥粘土拌和土，以起到临时性阻水挡土作用；2）为确保穿墙孔外侧一定范围内土体基本稳定并有足够强度，工作井工具管穿墙前，对穿墙管外侧采取注浆固结措施；3）穿墙前对可能出现的问题进行分析并制定相应处理措施；4）闷板开启后迅速推进工
10、具管，同时做好穿墙止水，本工程采用止水法兰加压板，中间安入 20mm 厚的天然优质橡胶止水板环，要求具有较高的拉伸率和耐磨性，借助管道顶进带动安装好的橡胶板形成逆向止水装置，应防止因穿墙管外侧的土体暴露时间过长而产生扰动流变。顶管出洞：顶管出洞是顶管作业中一个很值得注意的问题，顶管出洞，即顶管机和第一节管子从工作井中破出洞口封门进入土中。开始正常顶管前的过程，是顶管技术中的关键工序，也是容易发生事故的工序。为防止管线出现偏斜，应采取工具管调零，在工具管下的井壁上加设支撑，若发现下跌立即用主顶油缸进行纠偏，工具管出洞前预先设定一个初始角弥补下跌等措施。注浆减阻：在顶管施工中还有一个重要的技术措施
11、就是通过压注触变泥浆填充管道周围的空隙，形成一道泥浆保护套，起到支撑地层，减少地面沉降，减少顶进阻力的作用。在施工中，首先对顶管机头尾部压浆，并要与顶进工作同步，然后在中续间和混凝土管道的适当位置进行跟踪补浆，以补充在顶进中的泥浆损失。注浆工序一般多应用于长距离顶管施工中。顶管纠偏：纠偏是指机头偏离设计轴线后，利用设置在后部的纠偏千斤顶组，改变机头端面的方向，减少偏差，使管道沿设计轴线顶迸。顶进纠偏是采用调整 4 台纠偏千斤顶组方法，进行纠偏操作，若管道偏左则千斤顶采用左伸右缩，反之亦然。工作坑是安放所有顶进设备的场所，也是顶管掘进机的始发场所。接受坑是接受掘进机的场所。因此，顶管施工前必须首
12、先在顶管线路上按设计标高修建工作坑和接受坑。工作坑和接受坑的建筑方法有钢筋砼沉井法、WMS工井法和钢板桩井等方法。根据该工程现场的具体情况工作坑和接受坑可修建为方型，接受坑直接可为3200mm,工作坑大小为5000mm。同时必须配备U型顶铁。（四）施工前技术准备可以要求业主及设计方提供顶管顶进路线详尽的地质资料。尽量了解土层的物理性质(颗粒组成、含水量大小、透水系数及塑性指数)、力学参数(标准贯入值、内粘聚力及内摩擦角)、分布状况(分布范围及埋深厚度)等等。了解地下水的状况及变化规律如地下水来源、水面标高及是否受到潮汐影响而变化等。如果有砂层则要搞清含砂量多少及砂的细度情况及级配关系。岩层则要
13、搞清楚是否有裂隙发育。如果是风化岩层则要搞清楚是否强风化、中风化抑是弱风化,其抗压强度及抗剪强度多少,是粉沙质泥岩还是砂岩,是否为条片状结构还是整体结构等等。一般来说现行业主及设计单位提供的地质资料不够详细,甚至是截然不同(有时设计单位利用相近位置工程的地质资料),作为施工单位,我们一定要求业主补钻。业主应承条件下我们自己也可以在顶进线路上补鉴别孔,局部问题点补技术孔。（五） 顶管线路确定及井位设计顶进距离由设备条件及周围环境来综合决定。考虑到工作井的造价比较昂贵,应少一些工作井,尽量安排往两个方向顶进。由于现行设计院设计管道大多按照明挖方式设计,在现场调查后尽量优化线路设计,避开不利顶管的土
14、层、尽量让顶管线路避开结构物及树木。最好在每个工作井或者接收井内设计成检查井位。线路与附近结构物的距离设计必须考虑到以后作检查井的方便和空间,尽量避免冲突。检查井间距按照现行规范可以和设计单位研究适当加长。顶进深度范围内土层较为复杂时,与设计部门协商考虑抬高或者降低标高。（六） 顶力及管材设计顶力现行有很多的计算方法和模型来计算。其实这些方法只能作为定性分析和综合取值考虑,按照传统上顶力大小主要和土质及是否注浆有关。实际上顶力大小和很多因素如土层的变化情况、是否有纠偏、采用设备的形式、机头的切削形式、采用管材形式、后靠背的刚度、工作井的形式、注浆的压力、顶进速度等等有关。我们在实践中也可以证明
15、这一点,现行考虑采用整体三维模型,考虑多参数系统来模拟顶管顶进过程中各结构的受力情况。关于管材设计,现行对于管材的配筋量、钢筋布置、砼的强度及端部的细部处理都区别于一般承受纵向线荷载的排水管道,一般可以按照轴心受压柱的考虑来设计管材,但是注意到顶管是需要纠偏处理的情况,必须考虑到管道的偏心受压及局部应力集中的情况而要预留一定的安全系数。（七） 现场施工管理在现场施工中,管线中常常带有污物和施工残留物,应及时清扫,否则会对阀门、设备、仪表带来严重的损害。管道在安装前后都要进行清扫,要焊一段清扫一段,这样可大大减少系统封闭后的清扫工作量。清扫后可对系统进行整体或分段打压,检验系统的强度和气密性。这
16、里要注意季节对打压工作的影响,如在寒冷地区,冬季一般只打气压,打水压易造成管道内结冰,如打水压则要采取一定的防冻措施。打气压要对系统进行认真分析,制定打压方案并采取相应的安全保障措施。四、顶管施工要注意的几个问题(一) 工程地质和水文地质条件: 施工前必须了解土层的变化情况; 对于要经过回填土的地带，需要提前加固处理，避免施工过后地表有过大幅度的下沉。由勘察得知该地区土质为粉砂及粉细砂，无地下水影响。(二) 有毒有害气体的检测和预防: 顶管施工通过的地层一般都会有淤泥层，腐烂的动植物会在地下生成有毒有害的气体，顶管施工过程中，需要定时监测管内有毒有害气体的含量，及时通风换气，确保安全。(三)
17、地下管线的提前探察: 顶管施工时提前查明其它地下管线的埋设深度，走向位置等，不仅有利于顶管施工工程的顺利进行. 而且对于保证其它地下管线的安全。(四) 穿越建筑物时对基础的探察: 顶管在建筑物基础下施工时，需要明确施工路线上所遇到的建筑物基础类型，对部分不稳定的基础，顶管顶进前可以采取托换、加固措施。(五) 顶进计算: 根据准确计算顶进推力等计算结果，选用相应的油缸类型和确定中间的分布; 通过工作设计，根据计算得到最大顶力得该工程的最大顶力为107.5KN，提出工作井的加固方案。结 语顶管敷设管道施工技术在不稳定及饱和土层中以最小的破坏和最大的保护环境等特点,解决了市政工程管网施工中的难题,并
18、在应付最恶劣的地下土壤条件中具有一定的施工优势,便于针对任何复杂的城市地形和交通布局都能提供最经济、准确、快速而可靠的解决问题的方案。所以,顶管技术的出现为创建都市的安宁环境和加速旧城区改造发展造就了勃勃生机。参考文献:1 李健.顶管施工法的技术特点分析J.筑路机械与施工机械化, 2006(7).2 周民强.顶管施工技术J.甘肃水利水电技术, 2005(1).3吴丽娟 城市污水管道顶管施工工艺及问题 J 科技资讯，2009 ( 8) 4马奋涛，汪润青 市政给排水工程中的顶管施工技术 J科技创新导报，2009 ( 21) 5李健 顶管施工法的技术特点分析 J 筑路机械与施工机械化，2006 ( 7) 6韩从献 浅谈顶管技术在市政工程中的应用 J 西部探矿工程，2008 ( 5)