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顶管法在市政管道工程中的应用

发表时间：2021/5/13 来源：《城市建设》2021年4月作者：许晓锟

[导读] 近年来，随着我国城市建设的快速发展，给水、排水、燃气、雨水、污水等保障城市正常运转的市政管线工程建设也随之快速推进。市政管道往往敷设于城市道路下方，传统的沟槽明挖法不仅造成城市道路“拉链路”，而且对交通安全和居民生活带来较大的不利影响。

中煤第七十一工程处有限责任公司3422011982010****5 许晓锟

摘要：近年来，随着我国城市建设的快速发展，给水、排水、燃气、雨水、污水等保障城市正常运转的市政管线工程建设也随之快速推进。市政管道往往敷设于城市道路下方，传统的沟槽明挖法不仅造成城市道路“拉链路”，而且对交通安全和居民生活带来较大的不利影响。同时，市政管道在城市建设中往往还会遇到穿越铁路、市政道路、河流、地上建筑物、地下构筑物等不允许采用明挖法开挖的地段。顶管法作为一种良好的、可避免大挖大填的暗挖施工工法，不仅可以很好地解决上述市政管道建设技术难题，而且可以减少对环境的污染和道路的堵塞，具有显著的经济社会效益。
关键词：市政管道; 顶管法; 工作井; 挖土顶进; 应用
        1引言
        顶管法是一种无需开挖或局部小范围开挖的暗挖施工技术，是解决城市市政管道施工影响交通、“拉链路”等问题的有效手段，常用于穿越铁路、市政道路等障碍物。文章采用经验归纳法，分析总结了市政管道顶管施工的基本原理、施工工艺和关键技术，重点从施工机具选择、工作井施工、导轨施工、顶进后备施工、顶进设备与管节安装施工、挖土顶进与测量纠偏施工、管道拼接施工七个方面对市政管道顶管关键技术进行了研究，研究成果可为相关市政管道工程施工提供借鉴。
        2顶管法原理和优缺点
        顶管法是地下管道暗挖施工方法的一种，这种施工方法只需要开挖管道两端工作井，用于施工器械和管段的安装放置，不需要开挖中间段的地面，广泛用于下穿道路、铁路、河流以及其他地下或地面设施。顶管施工时，通过一端的工作井中安装顶管千斤顶和顶进轨道，为管段的顶进提供充足、稳定的动力，同时采用机械或人工的方式削除管头正面的土体，并由管段和工作井将土运出，管段顶进土体后继续在后部补充新的管段，直至顶进到预定位置。
        在市政管道建设过程中，采用顶管法施工具有以下优点：(1)仅需开挖两端工作井，由于开挖面小，对交通影响较小；(2)相比明挖法，施工土方量明显减少，施工更加经济高效；(3)施工噪声小，对居民生活影响小；(4)相比较沟槽明挖法施工，其施工的工期明显缩短；(5)当穿越铁路、河流等不允许开挖或没有开挖条件的状况下，其优势显著；(6)对于埋设较大的市政管道敷设也具有较大优势。同时，市政管道采用顶管法施工也有一些缺点，比如：(1)当市政管道曲率半径较小，采用顶管法施工非常困难；(2)由于顶推力作用在管道后部，顶管前端无牵引，当土质较软时，管道走向容易出现偏差，且调整困难，同时容易产生不均匀沉降；(3)管道顶进过程中遇到较大障碍物时难以处理。
在城市市政管道建设过程中，根据工程当地的具体地质条件，结合工程的实际要求，针对性选择合适的顶管施工技术十分必要。
        3顶管法在市政管道工程中的应用
        根据顶管法施工的工艺流程，总结顶管法施工的关键技术主要包括：施工机具选择、工作井施工、导轨施工、顶进后备施工、顶进设备与管节安装施工、挖土顶进与测量纠偏施工、管道拼接施工等内容。
        3.1施工机具选择
        市政管道工程顶管施工机具的选择，应在保障工程质量安全和文明环保的基础上，根据工程水文地质条件和施工环境选择，必须遵守“与土质相适应”“与施工条件相适应”“确保施工安全”和“施工经济性好”的四大原则。顶管法施工机械设备主要包括管段和机械吊装设备、高压油泵和千斤顶等顶进设备、顶进后背、承接管段和设备的导轨、井口和管内出土工具、经纬仪和水准仪等测量仪器。顶管施工所用仪器设备的具体功能和数量应结合实际情况确定。
        3.2工作井施工
        顶管施工的始发井和接收井必须进行井壁支护，具体的围护形式应根据基坑尺寸并考虑周边地质、地下水、其他地下设施、周边建筑等情况综合分析确定。顶管工作井的设计长度要考虑顶管施工时相关机械设备、管段、人员作业等空间要求，具体可依据下式结合实际情况确定:

        其中，L为工作井满足顶管施工需要的最小长度；Y1为顶管机和管段长度中的较大值；Y2为顶管后千斤顶长度；Y3为千斤顶承压后背的厚度；X1为顶入管段需留在外部导轨上的最小长度；X2为顶铁厚度；X3为管段顶进回退和管段安装操作预留空间。工作井除应满足安装顶管机具设备、导轨和顶进管节的要求外，还需满足井外出土和作业人员操作的要求。一般要求，工作井上口前沿距路边不小于2m，放置管道后每侧要有1m的工作面；在有地下水影响的情况下，还必须设置排水坑及其排水设备。
        3.3导轨施工
        顶管法施工导轨固定于始发井的底面，导轨下垫有枕木，枕木间距根据实际情况确定，一般为0.8～1m。顶管法轨道钢轨一般为两根，轨道间距根据管段直径和轨道高度确定，一般保证管段放置在导轨上后管段下表面高出枕木20mm以上。导轨一般选用钢材制作，确保具备足够的强度和刚度，且导轨与底板连接应牢固稳定。两根钢轨安装应平顺且处于相同标高，准确安装到设计位置，以确保管段顶进预定的位置和方向。也可在导轨上加设配套滑板车，以减小顶进时管段与导轨之间的摩擦。
        3.4顶进后背施工
        顶进后背是设置在顶管千斤顶后，为千斤顶提供后部支撑和发力点的结构，后背刚度强度和稳定性直接影响顶管施工的顺利进行。后背的强度应满足顶管推进最大推力要求，且后背墙面要垂直于顶推方向，整个顶进过程中保证后背不发生明显形变。根据顶管施工现场实际情况进行后背结构的选择和施工，当工作井埋深较浅或周围土体松软时应人工构筑后背结构，当覆土较深时可采用天然土体夯实的方法构筑后背结构，在混凝土工作井内，可采用混凝土现浇的方式构筑后背结构。
        3.5顶进设备与管节安装施工
        顶进设备由高压油泵和千斤顶组成，高压油泵为千斤顶提供动力，千斤顶安装在后背和顶进管段中间，并在千斤顶和管段连接处设置钢护圈和橡胶垫以保护顶管。管段外部应涂润滑剂以减少顶管顶进的阻力，通过千斤顶的推力逐步将管段顶入土体中。
        3.6挖土顶进与测量纠偏施工
        设备安装后经试运转无异常即可掏顶进，掏土一般可分为人工掏土、机械掏土和挤压式掏土。管道顶进过程中应随时测量监控，每次顶进均需要进行偏差测量，发现偏差及时纠正。顶管距离较长或曲线顶管最好采用自动测量系统。
        3.7顶管阶段应急措施
        顶进施工应当保持不间断的施工，通过连续顶进的方式，从而尽可能的减少顶管设备的转移。在具体的施工阶段之前需要对地下施工区域的管道还有电缆等位置以及走向进行详细地调查从而为顶进工作做好良好的准备。在具体的施工过程中往往会遇到一些障碍物，泥水工需要对出泥口是否出现异物进行认真仔细的观察。顶管具体操作人员应当高度注意刀盘转矩的突然增大，同时还应当时刻注意对机头声响的监听，若出现异常从而使得顶进速度降低或使得顶进工作停止，应当及时进行相关情况的查验，若顶进面存在一些刚性障碍物是应当及时停机并刀盘需要处于零位，从而避免机头与刚性障碍物发生碰撞。采取有效措施进行障碍物的及时清理从而及时恢复顶进工作。
        4结束语
        顶管法作为一种良好的、安全有效的、经济适用的暗挖施工技术，已逐渐成为解决当前市政道路“开膛破肚”“拉链路”等城市化问题的有效手段，可用于市政管线穿越铁路、市政道路、河流、地上建筑物、地下构筑物等不允许开挖地段，具有显著的经济社会效益。作为城市“生命线”的市政管线工程，应结合工程实际水文地质条件、施工环境和设计要求，选用与之适应的顶管施工方式，正确选择顶管机具、配套辅助设施和相应的技术保障措施，对于市政管道顶管施工十分关键。
参考文献
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[3]鞠锐, 李靖. 顶管施工技术在市政工程中的应用[J]. 消费导刊, 2020, 000(008):10.