顶管技术在市政工程中的应用探究

【摘要】随着城市化进程的不断加快，城市基础设施的建设规模也日益扩大。由于顶管技术具有环保、施工文明及无污染等优点，故在市政工程中得到了较广泛的应用。本文主要对顶管技术的特点、在市政工程中的应用及其施工技术进行了分析，为同类工程的施工提供借鉴与帮助。

【关键词】市政工程；顶管技术；应用

中图分类号：TU99 文献标识码：A 文章编号：

作为城市基础设施重要部分的地下管网，在信息与能量的传递中有着重要作用。在对市政设施进行新建、改建或扩建时，必然需要进行管道安装，而以往的地下管线施工技术会对地面交通造成较大困扰，尤其是人口众多的城市。现在，顶管技术的发展和应用最大限度地降低安装工程对城市的影响，为市政工程建设解决了一大难题。

1.顶管技术的相关分析

顶管技术也称非开挖管道敷设技术，是一种采用少开挖或不开挖技术进行地下管线安装的施工方法[1]。它综合了地质学、电子技术、机械冶金等学科，具有施工安全、噪音少、无污染、占地面积小及成本少等优点，且能有效解决传统施工方法造成的困扰，故在市政工程中日渐得到广泛应用。

2.顶管技术应用于市政工程的分析

2.1适合使用顶管技术的施工环境

在城市的中心地带、繁华地段及一些不能迁移或无法进行大型开挖施工的特殊地段，不可进行开槽埋管或空中架线的地方，还有一些采用管径直径为0.08～0.6m的地下埋管工程，通常都会采用顶管技术进行施工[2]。

在一些管道直径＞0.6m的城市管道敷设施工中，施工现场不能进行明沟开挖脉管施工且沿线又没有建筑物的情况下，可采用顶管技术进行施工。

2.2适合使用顶管技术的市政管网施工

在改造旧城时，由于大量管网相交，使得管线地下位置不明确或原始资料不全等原因，市政网不能实施地面开挖，可使用顶管技术。

城市的驾空线路与繁华街道、交通干线及文物古迹等相遇，或遭到江河阻截要转入地下过渡等情况，可采用顶管技术。

污水管道的直径超过0.6m且施工现场的环境受到限制，又不能采用明沟开挖施工时，可采用顶管技术。

3.顶管技术在市政工程中的施工应用

3.1正确选择顶进管

选择顶进管时，一般会选择钢筋砼管，若无腐蚀要求也可选择钢管。钢筋砼管的规格设计、应力验算及配筋都应与其相关的规程及标准相符。

3.1.1顶进管的长度选择

顶管工程的经济性与可控性和顶进管的长度有着紧密联系。如果是在直线推顶的情形下采用长管，可将装管的次数减少；而长度增加后，若是与原定路线发生了偏离，则较难恢复正确路线。在进行顶压坑的施工时，也要适当增大顶压坑的长度。

3.1.2顶进管的直径选择

先结合工程的性质及需要来确定内径，再结合顶进管的承受负荷对砼管壁厚及配筋进行确定，才确定外径。考虑到顶管工程的工作面上要有挖土工人，故管内径应以≥0.5m为宜。

一般而言，管长度的衡量应与管径相对而言，若L/D不超过1.10时，则是短管；若L/D为1.15时，则是标准管；若L/D超过2.10时，则是长管[3]。

3.2顶管施工的前期工作分析

对现场进行平面布置。平面总体布置主要包含了自动控制室、起重设备、管片堆场、注水系统等。同时，应将发射架、前顶铁、顶管机及主推千斤顶等顶进设备安装在始发工作井内，并在工作井的边侧安装下井扶梯，便于施工人员上下。

加固顶管机的进出洞处及后靠土体。在顶管施工中，为了保证顶管机能够安全出洞，应采用高压旋喷桩加固顶管机的进出洞口处及后靠土体。同时，为了避免顶管机进出预留洞造成水土流失，并保证顶进时的压注触变泥浆不会流失，应安装有止水装置在工作井。

3.3顶管施工的工艺分析

3.3.1合理设计顶管井

顶管井主要有接收井和工作井两类，其建造结构较多，较常使用的是钢筋混凝土结构。工作井的结构形式有单孔井、单排孔井，单孔井主要有正方形、圆形及矩形等形状，单排孔井则主要以矩形为主，这几种工作井的机构受力性能，从低到高为矩形、正方形、圆形。因此，在设计顶管井时，要做到合理、科学。

3.3.2顶管施工的工序分析

穿墙工序：将穿墙门板打开，把工具管顶出管外，并进行穿墙止水装置的安装，具体操作如下：①穿墙管内要有低强度的水泥粘土拌合土或者压实的纸筋粘土，防止发生临时性的水土流失；②为了保证穿墙孔的外侧区域内的土体具有良好的稳定性及强度，应在工作井工具管穿墙之前，采用注浆措施将穿墙管的外侧固结；③在穿墙之前，对可能出现的问题进行预测，并对其进行分析，制定相应的解决对策；④开启闷板后，快速推进工具管，并注意穿墙止水；同时，要避免由于穿墙外侧土体长时间的暴露而造成扰动流变[4]。

顶管出洞工序：指的是顶管机与第一节管子自工作井中把洞口封门推破进入到土中。正常顶管前的施工过程是顶管技术的重要工序，且该工序极易发生事故。为了避免管线发生偏斜，应采用工具管将其调整为零，并把支撑加设在工具管下的井壁；如果出现下跌的情况，应马上用主顶油缸纠偏，而在工具管出洞之前，最好先制定相应措施来弥补下跌。

注浆减阻工序：注浆减阻也是顶管施工中的重要技术措施之一，指的是采用压注触变泥浆对管道周边的空隙进行填充施工，使之成为一道泥浆保护套，从而可以支撑地层，减少地面沉降及顶进阻力。施工时，先对顶管机头的尾部压浆（注意与顶进工作保持同步），再适时对混凝土管道的合适部位进行跟踪补浆，以保证顶进中的泥浆不会损失。通常情况下，长距离的顶管施工会较多使用注浆工序。

顶管纠偏：机头与设计轴线发生偏离后，通过使用设置在后部的纠偏千斤顶组对机头端面方向进行调整，把偏差减少，以保证管道可以沿着设计轴线顶进，称为顶管纠偏。选用调整4台纠偏千斤顶组的方法开展纠偏工序，称为顶进纠偏[5]。

4.膨润土悬浮液应用于疏松土层的分析

对于无粘性或粘性较小的疏松土层，为了避免其在刃脚顶进后出现坍落现象，应对其采取相应的辅助措施，而膨润土悬浮液则能起到较好的支承作用。膨润土悬浮液的支承作用与多种因素有关，故为了使这种支承作用发挥得更好，应掌握膨润悬浮液在各种砂砾土中的特性。所以，为了在相同的压浆压力下达到一样的深入深度，如果是空隙横断面较小的细粒土层，应使用流限较低的悬浮液；如果是空隙横断面大的粒土层，应使用流限较高的悬浮液。

5.膨润土悬浮浪施加在顶进管上的浮力

当顶进管处在膨润土悬浮液中的包围中时，必然会受到浮力的影响。在钢筋混凝土管中，浮力是管子自重的1.4倍，因此，要想使管子能够在膨润土悬浮液中漂浮起来，可在管子中压入合适的膨润土悬浮液，使其在土层中以顶进管为中心，并形成1个支承环带，使悬浮液压力与土压力相等则可。值得注意的是，要实现上述目的，必须保证悬浮液呈液体状态。由于管底自重形成的法向力变小了，故浮力会减少管外壁的摩擦阻力，这对于直径较大的管子的长距离推进具有积极的作用。

6.小结

在市政工程中，尤其是交通要道或地下覆盖有大管径的管道工程，顶管技术的应用十分重要。随着城市基础设施的不断完善，地下的各种管道建设也日益增多，为了最大限度地减少施工对城市造成的影响，顶管技术是当前的首选。在日后的城市顶管施工中，将长度加长、管径加大，增加种类，则成为发展方向。所以，必须不断加强顶管设计及其施工技术，为市政工程的建设提供更有力的技术支持。

【参考文献】

[1]陈志贤.顶管技术在市政工程中的应用[J].现代物业.2012,11(04):119-120.

[2]赵剑伟.顶管技术在市政工程中的应用研究[J].价值工程.2011(07):73-74.

[3]胡发明.顶管技术在市政工程中的应用研究[J].江西建材.2013(01):187-188.

[4]韩豫申,褚松龄,崔晓东.浅谈顶管技术在市政工程中的应用[J].企业导报.2011(15):276-277.

[5]肖鹏.顶管施工技术在市政工程中的应用[J].中国城市经济.2011(17):308-309.