李立
武汉市政工程设计研究院有限责任公司，湖北 武汉 430070
摘 要：市政给排水工程是市政工程的重要组成部分，排水管道施工方法的选择涉及到管线铺设地段的地形、地质条件、管道埋深和管线穿越地带的建(构)筑物的分布等诸多因素。顶管法作为一项高效的施工技术具有控制精度高、对交通的干扰小、穿越障碍物等优点，故在市政给排水施工中被广泛应用。本文简述四种常用顶管工艺在市政给排水施工中应用的特点。
关键词：顶管施工技术；市政给排水；
1 顶管技术概述
顶管技术指施工过程中依靠主顶油缸、管道间及中继间等方面的推力，将工具管从工作井内穿过障碍物，推进到接收井后吊起，将管道敷设在两井间的一种非开挖管道敷设技术，实践应用中取得了良好的成效，可为给排水管道施工效率和施工质量提供技术保障。满足市政给排水文明施工、成本经济性要求，确保管道敷设状况良好性，有利于提高给排水系统运行的稳定性。
2 市政给排水施工中顶管技术的应用价值
在市政给排水施工中，合理应用顶管技术，可以大大提高经济效益和社会效益。因顶管施工占地较小，避免影响城市交通，为此，该种技术多适用于交通压力较大路段的给排水管道施工过程中。且顶管可以精准穿越地下原有的管线与障碍物，减少对居住区地下水电等管线的破坏与干扰，有效预防因施工扰动与损坏建筑物根基等情况的发生，不会对周边居民的正常生活造成影响，故在建成区排水管道改造中也广泛应用。由于顶管技术不受外界恶劣天气的影响，因此其整体施工效率较高，可以缩短施工工期。
3 不同工艺顶管技术在市政给排水施工中的应用
市政给排水施工中常用的顶管施工工艺分为掘进式顶管工艺、土压平衡式顶管工艺及泥水平衡式顶管工艺、导向式顶拉管等四种。由于四种不同工艺的特点，在实际应用中的适用范围也大相径庭。
3.1 四种顶管工艺工作原理
掘进式顶管工艺工作原理：在工作坑的顶进轴向后方，布置一组主油缸，将管道放在主油缸前面的导轨上，在管道最前端安装工具管。主油缸顶进时以工具管开路，将管道压入土体中。人工在工具管内前端挖土，土方被运出管外，主油缸回油，加顶铁顶进，回油，即顶铁安装管道，继续顶进，循环施工，直至顶完全程。
土压平衡式顶管工艺工作原理：随着工具管的顶进，刀盘在不断转动，开挖面转削下来的泥土进入搅拌舱，被搅拌成软塑状态的均质土。由螺旋输送机排出搅拌舱，用小斗车输送排放到管外。
泥水平衡式顶管工艺工作原理：随着工具管推进，刀盘在不断转动。进泥管不断供泥水，排泥管不断将混有弃土的泥水排出泥水舱。泥水舱要保持一定的压力，使刀盘在有泥水压力的情况下向前钻进。为使挖掘面保持稳定，必须向泥水舱注入一定压力的泥浆，泥浆在压力作用下向土体内部滲透，在开挖面形成一层泥浆护壁。
导向式顶拉管工艺工作原理：采用红外线水平激光制导，将导向钻杆与顶拉管机输出主轴连接，按照设计轴线精准顶进，顶管机顶进一节先导管后回缩，安装下一节先导管，直至先导管到达接收坑，利用扩孔器与钻杆前端连接，再将管道套入拉杆及拉管头中，液压马达带动导向钻杆旋转，同时使钻杆回拉，实现扩孔器回扩掘进、顶拉管道。
3.2 四种顶管工艺优缺点及适用范围
掘进式顶管工艺的优点是能探查地下不明管线及构筑物，及时纠偏，缺点是安全系数低，施工进度慢。适用于无地下水并对沉降无严格要求的粗砂、细砂、粉砂、砂制粉土、粉质粘土层。一般仅用于短距离顶管。
土压平衡式顶管工艺可应用于淤泥土和砂砾土等不同土质，但对地下水的变化适应性较差，由于需要安装螺旋机出土，故适用于管径较大的管道敷设。
泥水平衡式顶管工艺适用土质比较广，可用于各种管径管道敷设且有效保持挖掘面的稳定，但排出泥浆的体积较大，对周边环境影响较大，泥浆处理费用较高。适用于长距离顶管。
导向式顶拉管工艺具有顶进速度快、铺设精度高、工作坑占地小的优点，但受激光指向系统有效工作距离限制，顶拉长度较短，且对土质要求较高，不能含有粒径过大的颗粒。故适用于均匀土层和无地下水或地下水较少的土层。
4.顶管技术在市政给排水施工中的重点步骤
4.1管材选择
顶管管材一般采用钢承口钢筋混凝土管或内外涂塑钢管。由于混凝土管单管长度一般为2米一节，故混凝土顶管管道接头较多导致防渗漏能力较差。但由于抗腐蚀能力较强，接头连接较快，故一般多用于水压较小的排水管道施工中。钢管在顶管施工中一般具有强度大、密封性好、抗水压能力强的优点，但对内外防腐及焊接接口要求较高。
钢管进行内外防腐前需进行拋丸除锈，内壁热涂敷环氧粉末熔结，外壁热涂敷聚乙烯粉末熔结，工艺均为高温静电喷涂。接口处的外防腐应在管道现场焊接完毕后进行，首先清除接口处的污物、熔渣，焊缝打磨平整。接口外防腐采用环氧树脂、辐射交联聚乙烯热收缩带三层结构。接口处的内防腐采用涂刷液体环氧树脂。故钢管常用于地下水位较高，水压较大，顶进长度较长的给排水管道施工中。
4.2准备措施
施工单位在施工前，应采用坑探或触探等各种简明勘察方法查明沉井处及沉井周边的各类构筑物及各类地下设施，再根据管道穿越土层的物理力学特征、有无地下水、障碍物情况和需要保护的构建筑物等因素，合理的选择顶管机。在沉井施工期间应对沉井周边下沉深度范围内的电线杆、房屋和地下管线等构筑物的变形进行观测，并采取可靠的保护措施。
4.3顶管工作井施工方式
顶管工作井其常用施工方式可分为钢板桩支护、沉井、SMW工法、地下连续墙等做法。钢板桩支护是施工速度最快，工艺简便成本较低的一种做法，但刚度小，变形大，易渗水，管线较多时无法施工。沉井法刚度和强度较大，稳定性较好，安全系数高，但工期长，造价高。SMW工法抗渗性好、刚度较大工期较短，但施工场地作业面大，需占用较大施工场地，一般用于场地不受限制的工程。地下连续墙具有变形小、土质适用性广泛的特点。但工程费用高，工期长。故而因根据周边环境、工期及造价等因素综合确定顶管工作井施工方式。
4.4注意事项
（1）顶管进、出工作井时应保证顶管进、出工作井和顶进过程中洞圈周围的土体稳定；在拆除封门时，顶管机外壁与工作井洞圈之间应设置洞口止水装置，防止顶进施工时泥水渗入工作井。
（2）顶进管顶进施工时，周边土体摩擦严重，极易产生阻力，还会造成地面沉降。此时将触变泥浆注射到顶进机头尾部，能够减缓阻力。泥浆可以形成泥浆套，对开挖面起到稳定作用，同时保护施工壁。完成顶进施工之后，水泥砂浆替换触变泥浆，能够缓解地面沉降。
（3）顶管距离较长时，由于管道周边土体承载力和土压力不足导致顶进过程中发生管道失稳。因此施工中应严格把控管道轴线，采用超前钻孔确定前方地质情况，对不良地质情况采取预处理措施，对承载力不足或土质不均匀的地段可采用锚杆、预注浆等方式加固土体。
（4）顶管过程中应进行施工监测，监测范围应包括地面以上和地面以下两大部分。地面以上应监测地面沉降和地面建筑物的沉降、位移和损坏。地面以下应监测在顶管扰动范围内的地下构筑物、各种地下管线的沉降、水平位移及漏水、漏气。当检测数据达到沉降限值的70%时，应及时报警并启动应急事故处理预案。
结束语
综上所述，顶管法施工有利于提高市政给排水施工质量及施工效率，为现代城市建设及发展中带来更多的促进作用。因此，实际应用中应结合工程的特点，充分考虑工况条件，合理选择施工工艺，优化施工方式，充分发挥顶管技术的应用优势，为市政建设事业更好发展奠定坚实的基础。
参考文献
[1]李文彦.顶管施工技术在市政给排水施工中的应用探究[J].建材与装饰，2020（20）：14，17.
[2]李秀丽.长距离顶管施工技术在市政给排水施工中的应用[J].居业，2020（4）：105-106.