蓝日茂
湖南博世科环保科技有限公司广西分公司
摘要：在经济快速发展的背景下，市政设施空间关系日趋错综复杂，沿用传统的开槽敷设市政排水管道做法已越来遇困难，甚至难以实施。顶管工艺是地下管道非开挖施工技术的一种，它将管道敷设改明挖为暗挖，减少了不必要的拆迁及环境卫生影响，已成为重要的市政排水管道施工技术。本文根据工程实践，初步探讨了市政排水管道顶管工艺设计与应用要点，希望能为城市排水管道建设提供参考和借鉴。
关键词：市政排水管道，顶管工艺，设计应用
引言
我国早在20世纪50年代，在上海等沿海地区就有采用顶管方法穿越的工程案例。目前，我国最大顶管管径已达3600mm，最大顶进长度达2km，属世界领先水平。现在，城市排水管道改扩建工程多数采用顶管工艺。
一、顶管工艺简述
顶管工艺技术的基本原理主要是借助主顶油缸和管道间、中继间的推力，把工具管或掘进机从工作井内直接推入到接收井中。与此同时，把紧随工具管或掘进机后的管道埋在两井之间，最终形成一道联通管线，属非开挖敷设地下管道施工方法。
顶管工艺按管节直径大小可分为大直径（DN2000以上）、中直径（DN800~DN1800）、小直径（DN600以下）顶管；按顶进距离可分为短距离（400m以下）、长距离（400~1000m）、超长距离（1000m以上）顶管；按地下水位分，可分为干法顶管和水下顶管；按管轴线分，可分为曲线顶管和直线顶管；按作业形式，又可分为工具管、半机械或机械顶管等。
相比于开槽敷设管道，顶管工艺土方开挖量及影响范围较小，覆土厚度较深时，经济效益很好，但是顶管工艺在曲率半径小而且多种曲线交织组合时，施工非常困难，在软弱土层中容易出现偏差。
二、市政排水管道顶管工艺的设计应用
（1）顶管机选择
目前大部分顶管工程均采用具有平衡功能的半机械、机械顶管机，顶管机可参照以下条件选择：当管道直径大于2000mm或顶距小于300m或覆土厚度5m以上时，各类半机械式、机械式顶管机均适用；当管径低于2000mm时，优先采用普通泥水式机械顶管机或破碎型泥水式机械顶管机；当顶距大于300m或覆土厚度2~5m时，优先采用机械式顶管机。
顶管机的选择涉及多方面因素，关键因素是工程地质条件。由于顶管机属特种地下作业机械，危险性较高，为避免发生人为失误或其他问题造成事故，应优先采用自动化程度高、操作简单的顶管机。
（2）顶管设计
顶管管线应避开地震断裂带、土体承载力低于30Kpa的软弱土层，以及强度大于15MP的岩体。采用顶管法施工的排水管道，与其他管道水平净距应大于1倍的管道外径，且应大于0.5米；与建筑物基础底面相平时，直径小于1.5m的管道，宜保持2倍管道外径的净距，直径大于1.5m的管道，宜保持3m以上的净距；顶管与其他管道的垂直净距，采用钢管管节时，不应小于0.5倍管道外径，采用钢筋混凝土管管节时，不宜小于1倍管道外径，且不应小于2m。
（3）顶管管节
目前顶管常用的管材主要有钢管和钢筋混凝土管。钢管推荐采用Q235B型，厚度不小于2mm，管材的生产质量应符合有关规定和设计要求。管壁厚度小于等于20mm时，焊缝采用V形坡口，大于20mm时采用K形坡口，排水管道焊接水平需要在Ⅲ级或以上。钢管内外均应做防腐处理，外部防腐结构层必须符合设计要求，当设计无要求时，可采用环氧玻璃鳞片或环氧沥青；内壁可采用涂料或水泥砂浆，厚度15~20mm，并且不得磨损。
钢筋混凝土顶管的混凝土强度等级不宜低于C50，抗渗等级不应低于P8。目前主要采用钢承插口接头，企口式和平口式接口密封性较差，为避免污水溢流污染，故不推荐采用。由于钢筋混凝土管制作时接头一般不平整，因此顶管施工时需在每个接头处置垫板。垫圈的厚度应根据管道直径和顶进情况进行选择。
（4）顶管施工
采用钢筋混凝土顶管时，管节未进入土层前，接口外侧应垫油毡或木垫板，管口内侧应留10~20mm的空隙，顶管后两管间的空隙宜为10~15mm。采用手工掘进时，每顶进300mm，测量不少于一次；采用机械式顶管时，每顶进1000mm，测量不少于一次。纠偏时应采用小角度逐渐纠偏，纠偏角度应保持在10°~20°，误差不得大于±0.5°，可通过挖土法、改变切削盘的转动方向进行纠偏。
当使用开放式顶管机时，必须将地下水位降至管底以下不小于0.5m处，并应采取措施防止其他水源进入顶管的管顶；当穿越建筑物（构筑物）、铁路、公路、关键管道和防洪墙等时，必须采取适当的防护措施。另外，顶管施工属于危险性较大分部分项工程，设计人员应在设计文件中载明危险源，施工单位应按照有关规定编制专项施工方案并进行方案论证，通过后方可施工作业。
三、市政排水管道顶管工艺发展趋势及建议
（1）顶管工艺与现代高新技术融合与创新
现在，顶管工程在我国处于蓬勃发展阶段，无论是顶管工程数量还是总长度，均已处于世界领先地位，但在密封性材料研究、减阻技术改进、微型顶管机设计制造、曲线顶管、垂直顶升等方面，仍有待改进完善。同时，在遥感技术 、新型材料、物联技术不断发展的背景下，如何将传统顶管施工与新兴技术融合创新，实现信息自动采集记录，计算机辅助纠偏，提高顶管施工质量、安全，则是我们今后应该重点研究的方向。
（2）顶管工艺理论研究和实践应用协同发展
据统计，目前我国的顶管总长度已经超过25万km，但顶管技术理论研究及实践总结仍比较少。例如，一直以来，技术人员普遍认为管道顶进时受到土压力和顶力的联合作用。但工程实践表明，注浆顶进管道基本不直接承受土压力的作用，直线顶进的管道摩阻力很小，是可以逆转的，管道弯曲是管壁摩阻力的主要原因，而且是不可逆转的。目前，虽然顶管摩阻力新概念已经逐渐形成，但许多工程技术人员仍采用估算或传统土压应力计算方式进行顶管设计，导致管道结构要特别加强，其造成的资源浪费不可忽视。另外，随着科技水平的迅猛发展，许多材料设备的性能已经发生翻天覆地的变化，并已应用于工程中，产生了良好的效果，但其理论依据研究却仍相对滞后，给工程设计人员带来许多困惑和为难，亟需不断更新完善。
（3）建立健全顶管施工质量管理体系
顶管工艺属非开挖敷设地下管道施工方法，施工过程隐蔽性高、可控性较差。因此在进行顶管施工时，必须注重施工管理及信息反馈，确保人员、机械、材料、方法、环境等质量因素时刻处于受控状态。通过建立健全施工管理体系，对顶管施工质量风险进行等级评估，明确质量的组织机构、内容要点、技术路线、检验反馈，把市政排水管道顶管施工的每道程序、每个步骤，落实到每个责任人身上，使每个人既是项目的执行者也是项目的监督者，并运用PDCA循环工作方法实现质量管理与控制的持续改进。
结语
目前，顶管工艺已经是比较成熟的施工技术，并已应用于交通、水利、电力、市政建设。虽然在个别工序仍有带改进完善，但随着遥感技术与物联网技术的普及应用，顶管工艺已基本实现全程自动化控制、可视化管理，传统顶管工艺的弊端已逐渐消除。因此，在交通繁忙、地面建筑物众多、地下管线和构筑物复杂的市区建设排水管道时，推荐采用顶管工艺，以减少明挖施工带来的不良影响。
参考文献
[1]孟彩红.市政排水管道顶管工艺的设计和应用分析[J].建材发展导向（上）,2017(8).
[2]石敏魁.市政污水管道曲线顶管施工工艺设计及研究[J].四川建材,2018(6).