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顶管施工技术在城镇燃气管道建设中的应用董晓

发表时间：2020/11/10 来源：《基层建设》2020年第22期作者：董晓

[导读] 摘要：近年来，随着我国城市规模的快速发展和工业化水平的不断提高，地下管网建设的相关问题日益凸显。

        济南济华燃气有限公司山东济南 250300
        摘要：近年来，随着我国城市规模的快速发展和工业化水平的不断提高，地下管网建设的相关问题日益凸显。天然气作为一种清洁能源，进入了高速发展建设的时期，天然气管道建设任务和用气需求量逐年增加。本文通过研究，从顶管施工技术简介、顶管技术发展现状，顶管施工技术在城镇燃气管道建设中的应用等方面来进行详细分析，为今后顶管施工技术在城镇燃气管道建设中的运用提供帮助。
        关键词：顶管施工技术、城镇燃气、管道建设、应用
        一．顶管施工技术概述及优势
        顶管施工是一种市政工程常见的施工模式，以非开挖的方式进行施工。也就是在工作坑内借助顶进设备所产生的顶力及顶管机头刀具的切削和研磨的作用，克服管与管周边土的摩擦力，将管道按照提前设计好的路线意图顶入土中，在顶进的同时，将所产生的泥土块通过泥浆管道或传送机机械运出。在第一节管子顶入土层后，再将第二节管子相继顶进。顶管技术的关键之处在于要不断地摆正管子在地下的顶进位置。顶管施工技术的应用不受外部环境的影响，具有高效、安全、经济和环保的功能，尤其体现在用于大型管子的管网建设中。
        目前，顶管施工技术在国内外受到了广泛的认可和应用，主要由于采用顶管施工技术具有以下几点的优势：（1）顶管施工技术可以起到对环境和原有设施的保护作用。这种技术的应用不用挖开地面就可以使管道穿越城市的建筑物、公路、铁路和河流等。同时，这种安全有效的施工方法不仅可以降低工程项目施工对原有建筑物的影响，而且对于环境也起到了保护作用。（2）顶管施工技术具有良好的经济效益。顶管施工技术不受外部环境的影响，釆用地下施工的方案，这样不仅可以降低工程建设成本，而且在工程施工所涉及的地区不需要征地拆迁费用。还有，顶管施工技术由于无需地面工作，就可以极大地缩短了管线长度。（3）顶管施工技术可以大大减少地面交通的影响。由于顶管施工为地下施工，不需要大面积封路，仅在顶管工作井及接收井处需要局部封闭，因此对地面交通影响较小。（4）顶管技术受管线的埋深影响很小。一般来说，管线的埋深越深，如果采用明开挖，其造价也越高、施工难度也越大，对周边的影响也就越大，但采用顶管技术，仅需加深工作井和接收井的深度。
        二．顶管施工技术在城镇燃气管道建设运用中存在的问题
        随着国家对环境保护问题越来越重视，市场需求量以更快的速度增长，目前呈现供不应求的局面。近年来，顶管施工技术在城镇燃气管道建设中得到了较为广泛的应用，目前，顶管施工技术铺设燃气管线主要用于穿越铁路、公路、河流等位置。但在往年的运用中，往往会出现竖井变形甚至坍塌、顶进偏差较大、顶进过程遇阻、穿越段路面隆起或沉降等情况，对施工安全、质量造成了很大的影响，对国家公用设施造成了损坏，影响了百姓的正常生活。顶管施工技术的设计计算、施工技术措施、质量控制要点及安全防控措施需要进一步的较为系统的研究。
        三．城镇燃气管道中顶管施工主要施工技术
        1.顶管施工技术原理
        顶管施工技术，根据其在不同方面的特性，可以按照如下方法进行分类：根据顶进管材的材质来分类，可以分为铸铁管顶管、钢制管材顶管、钢筋混凝土管顶管等；根据顶进管材的管径规格来分，可以分为微型顶管、小口径顶管、中口径顶管和大口径顶管等；按照顶进管材的顶进轨迹来分，可以分为曲线顶管和直线顶管；按照顶管施工顶进设备的原理来分类，可以分为土压平衡式机械顶管、泥水平衡式机械顶管和手掘式人工顶管等。
        2.施工测量
        顶管施工测量的目的是通过测量工具（如水准仪、激光经纬仪、全站仪等），指引顶管沿设计轴线方向顶进，使顶管机和顶进的管道能够按照设计文件要求，准确的顶入接收竖井。施工测量采用连续测量和间断测量的相结合的方法贯穿于顶管的全过程施工。

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        3.竖井施工
        在顶管施工中，虽然不需要全线开挖地面，但需在顶进前开挖竖井，为防止竖井开挖过程中出现坍塌等安全事故，在开挖过程中要时刻观查土体的稳定情况。顶管竖井主要由锁口圈梁施工、井身施工和封底三部分组成，其中井身施工需要随着开挖的深度，逐层安装钢格栅、连接筋和钢筋网片进行支护，并采用喷射混凝土的方式稳定土体结构。工作竖井的施工原则为快速开挖、强力支护、小分块、短进尺、早成环。竖井施工时应依次向下逐层施工，土体开挖、安装外网片、外连接筋、安装钢格栅、内连接筋、内网片、锚喷混凝土。锚喷混凝土厚度为 35cm（接收竖井 30cm），分二次喷射达到规定厚度，混凝土强度等级 C25，材料为水泥、中粗砂、豆石。
        4.施工设备安装
        4.1导轨安装。顶进竖井浇筑混凝土基础时，将枕铁埋设于混凝土中。枕铁上带有安装导轨用的螺栓，枕铁由型钢制成，安装时应确保平整度。混凝土基础顶面应低于枕铁面 10~20mm。在检验合格的枕铁上安装钢制导轨。导轨的安装是及其至关重要的，其精确度在很大程度上决定了施工的质量好坏。在此项目中利用了钢导轨，以此确保强度达标。要求在安装过程中确保安装到位，不允许在使用期间出现任何位移。另外，在后续维护的过程中需要定期进行检查维护，保证顶面高程允许偏差为0～20mm，两轨内距偏差在2mm。
        4.2顶管机安装。导轨安装完毕后，进行顶管机安装，用50吨吊车吊装机头。机头前端距井壁有约30cm的距离，供安装止水圈之用。要求对设备轴线与主顶油缸的轴线、基竖井轴线、导轨轴线等的一致性进行检测，一旦存在偏差应当及时调整。再进行电路、油路、无轴螺旋输送机、注浆系统的安装调试。
        5.顶进作业
        在顶进作业过程中，顶力控制的重点是尽可能的减小顶进阻力，顶进阻力主要由顶进管道的管壁与周围土壤的摩擦阻力和顶管机的迎面阻力两部分组成，有效降低顶进阻力是顶管施工技术中的重要技术。为了降低顶进管道在顶进过程中所受的摩擦阻力，需要通过位于管道内壁的注浆孔向管道外侧注入泥浆，在土壤和顶管机、顶进管道之间形成具有一定厚度的泥浆套，顶管机和顶进的管道在泥浆套中向前顶进以达到减阻目的。顶进速度控制在30mm～50 mm/min，前30米试验段和纠偏过程中，顶管机采用较低速度，正常顶进后，适当提高顶进速度。顶管机操作人员通过监控设备不断地观察光靶上的激光点是否发生偏移。当顶管机发生偏转时，可以通过改变刀盘的转向来纠正，刀盘随着顶管机偏转的方向转动，也可以通过液压千斤顶纠偏，但这种方法仅限偏转角度小于1.5°的情况，纠偏过程中，每顶进30cm需要测量一次，当已有纠正的趋势后，继续顶进一小段距离，然后停止纠偏，避免纠偏过量。纠偏时要做到勤纠偏、微纠偏。
        6.套管内燃气管道安装
        在完成顶进的混凝土套管内，进行燃气管道的焊接连接，焊接钢管采用Φ508*7.9mmL245MB，3PE加强级防腐钢管。为减小穿越阻力，在管底安装带滚轮的滑轮支架辅助发送。滑轮支架用 5mm 的钢板卷制，支架与穿越主管之间用5mm的橡胶护层隔离，用以保护主管道防腐层。采用止浮杆与滑轮支架相结合的方式，套管内管道每隔5m设止浮杆一道，滑轮支架与止浮杆间距0.5m设置，穿越工作管长度为129m。对于本穿越管段需进行管段单独强度和严密性试压。
        结语：
        综上所述，城镇天然气管道铺设由于受现场的工作环境而无法开挖或不能开挖而无法正常进行。顶管施工技术的出现与运用，促进了城镇燃气管道建设的进一步发展，对城市的环境保护也起到了较大的作用，是城镇燃气管道建设中必不可少的非开挖施工技术，具有长远的运用价值。
        参考文献
        [1]余彬泉，陈传灿《顶管施工技术》[M].北京：人民交通出版社2000
        [2]陈文宗市政道路排水管施工技术探讨[J].建材发展导向 2010（08）
        [3]董海涛顶管施工关键技术及实例[J].中国市政工程2009(06)