市政给水管道施工中的顶管技术研究

摘　要：顶管技术以其不影响周围环境或者影响较小，施工场地小，噪音小等特点，目前被广泛应用于城市市政工程中。本文在简单介绍了顶管技术施工特点的基础上，结合工程实例，对市政给水管道顶管的施工技术进行探讨及分析。

关键词：市政给水管道；施工；顶管
随着社会的进步、经济的发展，以及城市规模的扩大及城市高层建筑、居民生活水平提高和基础设施的不断兴建，地下工程的建设和应用日益广泛，开挖施工方法显现出很大的局限性和不足之处。因此，非开挖铺管技术应运而生。顶管技术以其不影响周围环境或者影响较小，施工场地小，噪音小等特点，目前被广泛应用于城市市政工程中。
　　一、顶管施工的相关概述
　　（一）顶管施工
　　顶管法又称为非开挖管道敷设技术，其原理就是在管道的沿线按设计的方案设置工作井和接收井，工作井内设置坚固的后座，吊进油压千斤顶以及要顶进的钢管或混凝土管，接好照明，泥浆管，油管等管线，然后用油压千斤顶缓慢顶进，通过压浆系统使管节周围形成泥浆套，管道在泥浆套中滑行，在顶进的过程中通过激光经纬仪测量顶管的方向，边顶进边排土边调整，直至将钢管或混凝土管顶至接收井内。
　　（二）顶管施工特点
　　（1）地面活动不受施工的影响，地面交通所受影响小；（2）施工产生的震动、噪音降低，大大减小施工过程对周围居民生活和环境的干扰，同时不影响已有管线和构筑物的使用；（3）将施工面由线缩小到点，大大缩小占地面积；（4）可在地下很深处或者水下敷设管道，安全穿越公路、铁路、河流、建筑物，这样可以减少沿线的拆迁工作量，从而达到降低工程造价的目的。因此同时，顶管施工也存在一些缺点，如施工技术难度高、施工需要非常详细的工程地质和水文地质的勘探资料。
　　二、顶管技术施工应用分析
　　（一）工程概况
　　某给水管道位于市区主要干道，交通繁忙，顶管全长为58m，壁厚为14mm，由于该工程地下管线非常复杂，牵涉到输油干管，经过讨论研究，决定选择顶管法铺设地下管道。
　　（二）工艺流程
　　施工准备→测量放线→工作坑构筑→工作坑设备安装→管道出洞准备→挖土掘进→压力推进→接口安装→进洞→砌筑检查井→竣工验收。
　　（三）施工准备
　　(1)现场平面布置：平面总体布置包括起重设备、自动控制室、料具间、管片堆场、拌浆棚及拌浆材料堆场、注水系统、弃土坑的布置等。始发工作井内安装发射架、顶管机、前顶铁、主推千斤顶、反力架等顶进设备，工作井边侧设置下井扶梯供施工人员上下。
　　（2）降水井：降水井是为了降低工作井及管道施工段的水位，使地下水位处于最低施工面以下30一50cm，避免地下水对施工产生不利影响。降水井应根据土层的渗水性能确定降水井的类型，考虑到本工程施工范围内地下水位高且土质渗水性能好，故采用管井进行井点降水。该降水井采用水泥混凝土管材，直径400cm，井深8m，用公称口径75mm的潜水泵进行排水。
　　（3）工作井：工作井是顶管施工过程中的关键环节，下管、出土、顶进均在工作井内完成，因此工作井的筑砌对顶管施工质量和施工安全起到非常重要的作用。
　　工作井一般采用分层开挖的方法施工，首次开挖4m深，墙体砌好后，从底部悬挂式开挖直至需要开挖的深度，做基础券墙体与上部结成整体；其尺寸应能满足设备使用要求，一般直径4m，墙厚240mm，深度根据管道流水设计高程综合考虑导轨、水泥砼基础及碎石垫层而定，水泥砼浇注时应严格控制基础设计标高，并用震动棒振捣密实；严格控制后靠背与基础、后靠背与管道纵向中心线的垂直度。
　　（4）顶进管选择。首先根据工程性质和需要确定 其内径，并根据顶进管的受力确定配筋和壁厚从而确定外径。考 虑到挖土工人会在顶管工程面上进行作业，一般选用管径大于500 mm；其次，是顶进管长度的确定。如果使用长管，在直 线推顶情况下可以减少装管次数，但是，如果施工过程中路线发生偏移，偏离原定路线情况更为严重，恢复正确路线难度也比较大。同时，顶压坑的长度增大，挖坑、支护、回填及恢复费用相应增加。采用短管则会降低管路顶进的可控制性。
　　（5）顶进设备的选择：顶进设备主要包括千斤顶、顶铁、高压油泵、工具管和运土设备等。千斤顶是掘进的主要设备，按照理论计算和实际情况确定运用4只千斤顶，分两列布置，主顶运用单冲程千斤顶，总行程为1．1m，最大顶力为30KN，主顶总顶力最大可达120KN。工具管分开挖舱和操作舱两部分，中间有钢板密封隔离，开挖舱设有挡土格栅、防爆照明灯、泥土搅拌器、高压水枪、加气孔，底部为吸泥口。隔离钢板中央设一道水密闸门，供人员进入开挖舱排障。
　　（四）机头就位、开洞门
　　在工作井的前壁墙沿管外壁上方环向200—300毫米间距打入48mm×3的棚架管，压注水泥浆进行土层加固，以强化开洞门时的安全性。开动千斤顶将机头顶到距离洞门35mm处先停下，在洞门处用风镐开凿洞门混凝土。洞门的直径应当比机头外径大，如预先埋入环形套管时，则环形套管内径比机头外径大6mm左右，再安装好密封止水胶圈，然后机头出洞顶进约3．2m，机头脱离导轨后并测量机身高程、坡度是否合乎要求，不合乎时要进行纠偏。
　　洞门封闭方法：洞门处现浇200毫米厚混凝土止水墙，按管道中心和管外壁尺寸要求设置。在规定直径圆弧上钻孔安装膨胀螺栓，用压板和螺栓固定平板橡胶密封圈。平板橡胶密封圈中心应和钢管在一个中心上。做好洞门封闭是顶管用好触变泥浆减阻的重要方法，否则，触变泥浆不能在管外壁形成减阻的泥浆套。
　　（五）下管
　　运用卷扬机、滑轮组下管。管节应避免碰撞导轨。第一节管下到导轨上，和机头导向环连接牢固，管道中心线按照施工图上的位置而定，前端和后端的高程应合乎设计要求。确定准确后才可顶进。
　　（六）顶进
　　为了保证管外围充满泥浆套，充分发挥减阻和支承地层的作用，顶进应和管外围注浆同步进行。顶进速度一般为3～4cm，分钟，最大不超过5cm／min。顶进刚开始时要勤测量，每顶进30mm就要对中心和高程进行一次测量，正常顶进每0．8—1m，测量记录一次，并保存好原始顶进记录，发现超偏及时纠正。纠偏使用顶管机头附设的纠偏系统。为了保证施工质量，顶管施工的前3m和正在校正偏差过程中要对高程和中心线一镐一测。顶进纠偏操作要坚持“勤测量 ”、“勤纠偏”的技术原则，同时还要遵循以下两点：首先，每次纠偏量不宜过大，而且要注意发展趋势；其次，当出现高低和左右均发生偏差时，先纠正偏差大的，后纠正偏差小的。
　　在顶进中若遇到下列情况之一时，应当立即停止顶进，并迅速采取有效方法，安全处理完毕后才可继续顶进，发生塌方或者遇到障碍物；后背倾斜或者严重变形；顶铁发生扭曲；管位偏差过大且校正无效；顶力较设计值大，接近管节端面的许可承受顶力。
　　顶管完成捻口后，对管道进行置换加固(压水泥浆加固)。压浆由管内预留的压浆孔进行压注，压浆次数不得少于3次，两次间隔时间不得大于24h，并做好压浆记录。
　　（七）其他注意事项
　　在确认地下水位降至管底以下50厘米时才可开始顶进施工；必须强化对顶管附近地表的沉降观测；要将管道的防腐效果作为验收的重点，同时强化焊缝探伤检验。
　　（八）工作井、接收井回填
　　顶管工程完毕72h后，方可进行自来水钢管的安装。自来水钢管经过1MPa的试压验收后，才可进行工作井、接收井的回填。
　　结束语
　　总之，顶管过程是一个复杂的力学过 程，它涉及材料力学、岩土力学、流体力学、弹塑性力学等诸多学 科，必须进行严密的顶管计算，采取先进的顶管设备，才能成功 高效地完成顶管施工的工作，但从目前来看，顶管技术仍需要市 政工作人员继续探索，寻求进一步的发展。
　　
　　
参考文献：
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