浅谈顶管施工在市政给水管道施工中的应用

摘要：市政给水管道是城市基础设施的重要组成部分，在近年的市政给水管网施工中，传统的挖槽埋管地下管线施工技术对地面交通有很大影响，而采用顶管技术对交通的干扰比较小，具有很大的优势。本文首先对顶管施工技术进行了概述，然后说明了市政给水管道顶管施工的准备工作，最后详细探讨了顶管施工的技术要点。

关键词：顶管施工；给水管道；顶进；出洞；纠偏

Abstract: the municipal water supply pipeline is an important part of urban infrastructure, municipal water supply pipe network in recent years, in the construction of the traditional excavated buried tube has a great influence on the ground traffic underground pipeline construction technology, and the interference of the pipe jacking technology of traffic is small, has a great advantage. This article first to the pipe jacking construction technology were summarized, and then illustrates the municipal water supply pipeline pipe jacking construction preparation work, finally, the main technical points of the pipe jacking construction are discussed in detail.

Key words: pipe jacking construction; Water supply pipe; Top into; Out of the hole; rectify

中图分类号：TU991.36文献标识码：A文章编号：2095-2104(2013)

一、顶管施工技术概述

顶管法施工技术经常用于城市市政管道的建设中，使用该方法占地面积少，施工控制严格，可保证交通畅通；在穿越铁路、公路、河流、建筑物等障碍物时可减少沿线的拆迁工作量，降低工程造价。因此，对顶管施工技术及其引起的环境效应进行深入分析、探求解决对策具有重要的实际意义。

顶管法施工原理是在管道的沿线按设计的方案设置工作井和接收井，工作井内设置坚固的后座，吊进油压千斤顶以及要顶进的钢管或混凝土管，接好照明、泥浆管、油管等管线，然后用油压千斤顶缓慢顶进，通过压浆系统使管节周围形成泥浆套，管道在泥浆套中滑行，在顶进的过程中通过激光经纬仪测量顶管的方向，边顶进边排土边调整，直至将钢管或混凝土管顶至接收井内。其施工技术原理见图1。

图1顶管法施工技术原理示意图

二、市政给水管道顶管施工的准备工作

（一）顶进管选择

钢筋混凝土管的规格设计、应力验算以及配筋都应遵守相关标准和技术规程。一般可以选择使用钢筋混凝土管，如果没有腐蚀要求则可选用钢管。顶进管的选择包括两个方面：

首先，顶进管直径的选择。选择过程需要首先根据工程性质和需要确定其内径，并根据顶进管的受力确定配筋和壁厚从而确定外径。考虑到挖土工人会在顶管工程面上进行作业，一般选用管径必须不小于500 mm。

其次，是顶进管长度的确定。如果使用长管，在直线推顶情况下可以减少装管次数，但是，如果施工过程中路线发生偏移，偏离原定路线情况更为严重，恢复正确路线难度也比大。同时，顶压坑的长度增大，挖坑、支护、回填及恢复费用相应增加。采用短管则会降低管路顶进的可控制性。

（二）顶进设备的选择

顶进设备主要包括千斤顶、顶铁、高压油泵及运土设备等。千斤顶是主要的掘进设备，应根据计算和实际情况进行选择。工具管包括开挖舱和操作舱。

（三）现场平面布置

包括自动控制室、料具间、拌浆棚及拌浆材料堆场、起重设备、注水系统、管片堆场和弃土坑的布置。

（四）顶管进、出洞处以及后靠土体加固

需在后靠土体以及进出洞区域进行高压旋喷桩加固，以确保顶管机出洞的安全。必须在工作井安装洞口止水装置以防止顶进管机进、出预留洞而导致泥水损失，同时确保不流失顶进过程产生的触变泥浆。

三、市政给水管道顶管施工技术要点

（一）工作井及接收井的设置

工作井及接收井的建筑结构多为钢筋混凝土结构，当土质条件较差时，可在井体内部布置径向支撑，防止出现孔体破坏或塌方。工作井按照结构布置的不同，可分为单孔井及单排孔井。单孔井截面形式可采用圆形、正方形或矩形，承载能力最大的截面类型是圆形截面，而承载能力最小的截面类型是矩形截面；而单排井截面形式则多选用矩形截面。应将工作井设置成与接收井间隔形式，并将间距设置成检查井的间距，这样以来，可将检查井的位置定在工作井及接收井的位置。

（二）机头就位、开洞门

为了增加开洞门时的安全性，在工作井的前壁墙沿管外壁上方环向200～300mm 间距打入φ48mm*3的棚架管，压注水泥浆进行土层加固。

开动千斤顶将机头顶到距离洞门35cm处先停下，在洞门处用风镐开凿洞门混凝土。洞门的直径应该比机头外径大，如预先埋入环形套管时，则环形套管内径比机头外径大6cm左右，再安装好密封止水胶圈，然后机头出洞顶进约3.2m，机头脱离导轨后并测量机身高程、坡度是否符合要求，不符合时要进行纠偏。

洞门封闭做法为：洞门处现浇200mm厚混凝土止水墙，按管道中心及管外壁尺寸要求设置。在规定直径圆弧上钻孔安装膨胀螺栓，用压板和螺栓固定平板橡胶密封圈。平板橡胶密封圈中心应与钢管在一个中心上。做好洞门封闭是顶管用好触变泥浆减阻的重要措施，否则，触变泥浆不能在管外壁形成减阻的泥浆套。

（三）顶管出洞

当井内、外的准备工作完成后，可将机头吊放到导轨上，调整好方向，开始顶管出洞。工作井前壁预留有机头及管道出洞的洞口，为防止井外水和土从预留洞口与机头外壁之间的缝隙流入工作井，预留孔洞与管道之间设置密封装置。该装置就是在井壁预留孔的位置，制作一个钢结构的内套环。在套环内圈设橡胶止水带，套环安装在预留孔和管节之间，焊接在孔的预埋钢板上，内圈橡胶紧贴管节。洞口密封结构如图2。

图2工作井洞口密封结构示意图

当机头前端进入洞口密封圈后，即可破墙出洞。工作井预留洞口采用砖砌体临时封堵，在顶进前用风镐凿除内层，一部分封堵墙体，然后依靠机头的前端刃口破除外层墙体切入土体，当工具管顶入土体后，其尾部留约300mm长搁在导轨上，缩回千斤顶活塞杆，卸去替顶和分压环，安装管节，开始进行管道的顶进施工。

（四）顶管正常顶进施工

当顶进设备从地面到井内安装试运转全部良好，操作人员进行培训考试合格后即开始管节顶进。下管前应先对管子进行外观检查，主要检查管子有无破损及纵向裂缝；端面要平直；管壁无坑陷或鼓泡，管壁应光洁。

检查合格后的管子方可用起重设备吊到工作坑的导轨上就位，起重设备以检查、试吊，确认安全可靠方可下管。下管时工作坑内严禁站人。

当距导轨小于50cm时，操作人员方可进坑工作。第一节管放到导轨上，测量管子中心及前端和后端的管底高程，确认安装合格后方可顶进。

管作为工具管，顶进方向与高程的准确，是保证整段顶管质量的关键。因此，必须认真对待此项工作。

顶进时可采用液压千斤顶作为主顶，顶进开始时，先缓慢进行，待各接触部位密合后，再按正常速度顶进。顶进若发现有油路压力突然增高，应停止顶进，检查原因经过处理后方可继续顶进，回镐时，油路压力不得过大，速度不得过快。挖出的土方要及时外运，及时顶进，使顶力限制在较小范围内。

（五）注浆减阻

当顶管施工的长度较长时，应在管道周围进行注浆护壁，使管道周围表面土体更加坚实、平整，进而可对土体起到有效支撑，防止地面出现大面积沉降，还可有效降低在管体顶进过程中受到的摩擦力。

（六）顶进线路的纠偏

机头自身有一段纠偏段，纠编最大角度范围能够达到上下1.7°左右1.2°。顶进线路的控制主要依靠设备的正确操作以及预见性。

为了使管道按照设计要求的高程和方向顶进，在顶进过程中应不断对工具管的高程方向 转动进行测量，“勤测勤纠”根据测量反馈结果，调整纠偏千斤顶，使机头改变方向，从而实现顶进方向的控制，确保管道按设计轴线顶进。纠偏贯穿顶进施工的全过程，尽量做到纠偏在偏位发生的萌芽阶段。

顶管穿墙时要防止工具管发生偏差。在穿墙的初期，因入土较少，工具管的自重仅由两点支承，其中一点是导轨，另一点是入土较浅的土体。土体支承面上承载力较低，使机头容 易下沉。因此，机头穿墙时，在穿墙管下部要有支托，工具管的推进要迅速，缩短穿墙管内 的土体暴露时间，以减少安全隐患。

管道顶出穿墙管及在长度3～4m范围内的偏差是影响全段偏差的关键，特别是出墙洞时，由于管段长度短，机头重量大，近出洞口土质容易受扰动等因素的影响，往往会导致向下偏，此时应该综合运用机头自身纠偏和调整千斤顶的作用力合力中心来控制顶管方向。

（七）工作井、接收井回填

顶管工程结束72小时后，才可进行自来水钢管的安装。自来水钢管经过1MPa 的试压验收后，方可进行工作井、接收井的回填。

（八）顶管施工中应注意的问题

核算最大顶力，设计足够强度和稳定的后座，预先做好通过障碍物的各种可靠措施，保证开顶后连续作业，以减少对列车的干扰。做好扣轨、扣梁工作。

2、管道顶入路基前，如需挖去部分边坡，只能与线路架空工作同时进行，不能提前开挖。开挖后要有防护措施，如发生路基坍塌，应及时堆码沙包、草袋和回填。涵洞顶进到位后，立即砌筑端翼墙及护锥，防止路基塌方。

3、顶进中严格控制超挖。顶管作业一般超挖不得超过30cm，管下部135°范围内及管底部不得超挖，以保持原状土的路基，并按规定保持安全开挖坡度，防止塌方。如发生塌方危及列车安全，应立即停止顶进，根据线路变化情况降速或封锁线路。

4、要及时测量顶进方向及高程，随时进行纠偏。对顶进过程中的偏差，必须及时发现并及时纠正，也是顶管成功的关键。

结语

综上，顶管施工具有对公路、河流、建筑物扰动很小，不会影响到既有建筑物和构筑物的使用，地下施工噪声低，土方和泥浆集中排放，对环境的破坏很小，施工进度快等特点。所以，顶管施工广泛应用于地下管道、过街隧道等市政工程中。顶管的应用，无论在规划还是市政施工方面，都具有相当大的优势，为市政地下管线工程提供了更多的选择。

参考文献

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[2]陈楚荣.顶管技术在市政给水管道施工中的应用[J].中国新技术新产品，2010.19.

[3]孙玉国，刘成军.长距离大直径顶管施工纠偏纠扭技术[J].铁道标准设计，2007.5.