大直径钢管在顶管工程中的应用

邓湘君

（中机国际工程设计研究院有限责任公司，湖南 长沙 410000）

在我国城市管线施工中，为保证地面交通不间断，减小对周边环境的影响，非开挖施工技术逐渐得到了推广，顶管工程数量不断增加。根据工程实践发现，大直径钢管壁厚稳定性较差、受力复杂，施工难度相对较大，必须做好相关焊接、测量与纠偏工作，文章主要就此展开详细分析。

1 大直径钢管顶管施工情况

随着我国城市建设的发展，地下管线施工愈加复杂，然而由于受到地上交通、建筑物以及部分现有管线的影响，无法直接开挖敷设管道，如何进行非开挖施工成为一大重要研究课题。自20世纪50年代我国引入顶管法后，其被迅速推广开来，并逐渐应用于电力、给水、排水、燃气等项目。顶管法的应用无须开挖面层，对周边交通、环境的影响小，且可穿越铁路、公路、河道以及既有建筑物、管线，满足实际建设需要。

顶管法主要是利用主顶油缸、中继间提供推力，掘进机/工具管等从始发工作井下至土层，顶进至接收工作井，顶管管节随之敷设。近年来，顶管施工方法已经在各个城市地下管线施工中得到了广泛的应用，根据管井大小、管道材料、顶进距离等可将顶管法分为多种类型，具体划分情况如下。

（1）按管径划分：大直径（D≥2000mm）、中直径（900mm≤D＜2000mm）、小直径（D＜900）。

（2）按材料划分：钢管顶管、钢筋混凝土顶管、铸铁管、其他管材。

（3）按顶进轨迹划分：直线顶管、曲线顶管。

（4）按顶进距离划分：长距离顶管（L≥300m）、普通顶管（L＜300m）。

根据我国城市地下管线施工情况来看，顶管工程数量增多，且大直径钢管的应用越来越多，一次顶进百米、千米的情况越来越多，工艺日臻成熟。比如，上海南市水厂过江管、广州南州水厂顶管工程、汕头市第二过海水管工程等，均是采用的大直径钢管顶管施工技术，顶进距离均超过1000m。根据实践情况分析可知，大直径钢管顶管往往是重点工程，存在施工难度大、工期紧等问题，在质量控制方面要求较高，必须重点把握好顶进纠偏、钢管焊接、顶管测量等工作。文章主要围绕大直径钢管在顶管工程中的应用及其施工技术要点展开详细分析。

2 大直径钢管在顶管工程中的应用要点

顶管工程施工程序主要包括以下方面：（1）始发工作井、接收井构筑；（2）顶管机就位与始发；（3）管节顶进、拼接；（4）工作井接受顶管；（5）管节全线贯通。与普通顶管施工相比，大直径钢管顶管存在一定的特殊性，具体施工特征与应用要点分析如下。

2.1 大直径钢管施工特征

大直径钢管施工特征主要可归纳为以下几个方面：

（1）大直径钢管的管径与壁厚之比较大，稳定性差，顶管施工难度相对较大。

（2）钢管柔度大、受力复杂，易出现管壁变形、顶管轴线偏移的情况，相关控制难度大。

（3）大直径钢管顶管纠偏时，必须加强姿态控制，姿态偏差直接挤压扰动土层，容易引发地表变形等问题。

2.2 大直径钢管应用要点

在进行大直径钢管顶管施工时，具体需落实以下工作要点。

（1）钢管焊接施工。①钢管节制作：由制管厂统一制作完成，验收合格后方可运至施工现场，由于管节直径大、质量大，建议单层堆放，保证安全。②钢管焊接：顶进一节管节后，缩回主顶千斤顶继续吊放下一管节，两节管节对接拼装，并做好焊接。③检测和防腐：检测工作包括外观检测、焊缝检测，可采用超声波检测方法，若检测不合格，需返工处理；检测合格后，对管节接头做防腐处理。

（2）减阻泥浆施工。大直径钢管顶管施工时，对周边土层均会产生较大的干扰，对此可合理采用注浆工艺形成有效泥浆环套。根据工程实践分析可知，管道两侧土压、孔压变化较大，因此必须重点落实管两侧补强措施，注浆孔由制管厂家开设。

（3）中继间顶进。大直径钢管顶管施工中，工作井、接收井施工成本较高，需尽可能延长单段顶进距离，中继间技术由此得到广泛应用。一个顶程有多个中继间时，依次顶进，最后由主顶顶进，依此循环，顶进结束后拆除中继间。

（4）轴线测量纠偏。大直径钢管顶管施工中，轴线测量与纠偏十分关键，具体测量流程如图1所示。根据测量结果，合理调节纠偏千斤顶伸缩量、改变工具管姿态，保证钢管顺利就位，防止对周边土体产生不必要的干扰，甚至引发安全事故。

3 工程案例

文章以某市政排水管道工程为例展开分析，具体如下。

3.1 工程概况

根据工程勘察技术要求及勘察布孔图要求，对工程场地进行了岩土工程详细勘察工作。

长沙市望城区某排水工程新增排水管道，工程共新建及改建雨污水管道约6085m，其中新建雨水干管约2766.2m，新建及改造支管约240m，篦子连接管165m。该项目管材主要使用D1500和D2000的Ⅱ级钢筋混凝土管、D2600和D2800的Ⅲ级钢筋混凝土管及D2820的钢管，管底标高为34.46～45.47m；井号Y1～Y13段拟采用明挖施工，井号Y13～Y32段拟采用顶管施工。新建污水主干管总长约2897.2m，改造污水管道约84.0m，管材主要使用D500和D800的Ⅱ级钢筋混凝土管、D1000的Ⅲ级钢筋混凝土管及D800的聚乙烯复合管，管底标高32.89～47.35m；W1～W35拟采用明挖施工，W35～W52段拟采用顶管施工。

3.2 管道基础选型

根据岩土工程详细勘察技术条件和要求以及建（构）筑物特点，拟建工程重要性等级为二级，场地复杂程度为二级，地基复杂程度为二级。依据《岩土工程勘察规范》（GB 50021—2001）（2009版）判定：该次岩土工程勘察等级为乙级。

根据勘察结果，结合建筑物结构特征及场地情况，按基底设计标高，拟建管道的基底土层主要为粉质黏土③3，局部为填筑土②、粉质黏土③1、粉质黏土③2、圆砾④，建议采用天然地基，以填筑土②、粉质黏土③2、粉质黏土③3、圆砾④为持力层，当基础采用不同持力层时，应考虑其不均匀沉降。施工过程中对管道施工的连接处应控制好不均匀沉降。拟建顶管段基础选型如下。

（1）Y13～Y16段（顶管段）：基底土层以粉质黏土③3为主，局部粉质黏土③1、粉质黏土③2。建议采用天然地基，以粉质黏土③2或粉质黏土③3为持力层，粉质黏土③1应加固处理。

（2）Y16～Y32段（顶管段）：基底土层以粉质黏土③3为主，局部填筑土②、粉质黏土③2、圆砾④。建议采用天然地基，以填筑土②、粉质黏土③2、粉质黏土③3或圆砾④为持力层。

（3）W35～W38段（顶管段）：基底土层以填筑土②为主，局部粉质黏土③3。建议采用天然地基，以填筑土②或粉质黏土③3为持力层。

（4）W38～W52段（顶管段）：基底土层为粉质黏土③3。建议采用天然地基，以粉质黏土③3为持力层。

3.3 大直径钢管顶管施工要点

根据设计意图，Y13～Y32、W35～W52段拟采用顶管施工，Y15～Y35段管底标高为34.46～41.00m，W35～W52段管底标高为32.89～37.72m。该项目位于长沙市望城区，场地现状现有道路，少量区域为绿地，周边交通地理条件良好，适宜大中型机器进场施工作业。顶管施工应制定专项施工组织方案，并严格按要求施工，同时加强对周边环境的监测。

（1）工作井及接收井施工要点。根据管道埋深及场地标高，拟建雨水管道工作井基坑开挖深度为5.1～12.6m，拟建污水管道工作井基坑开挖深度为6.1～11.8m，需落实支护、止水防渗施工。该项目基坑侧壁安全等级为一级，工程中工作井施工常采用施作逆作拱墙、沉井或地下连续墙支护，高压旋喷桩或高压注浆。该工程根据现场环境及条件，经过综合比选，拟采用逆作拱墙法施工工作井及接收井，抗浮水位考虑按地坪设计标高下1.5m。基坑开挖时坑边不得堆载，并要加强基坑监测工作。

（2）顶管施工要点。拟建雨水管道顶管埋深为5.1～13.3m，拟建污水管道顶管埋深为6.1～11.8m。顶管施工时应全面监测土压力变化，合理调整推进压力，选用平衡性能较好的顶管机具，采取合理的措施以防止塌方、地面沉降等现象发生。顶管顶进过程中若出现穿越软硬不同土层或土层中出现较大硬块的情况，在其界面处顶进时易发生顶偏，因此在顶进过程中应勤纠微调，及时纠偏，防止事故发生。顶管过程中应特别注意有无易燃易爆有毒气体，如发现异常应立即停止施工，并向相关单位汇报。施工过程中应加强顶管施工影响范围内的监测，防止施工给周围环境造成危害。

4 结束语

综上所述，城市地下管线施工中，顶管施工技术的运用愈加常见，但是与普通顶管施工相比，大直径钢管顶进存在一定的特殊性。其整体施工难度较大，必须规范开展相关顶进、焊接以及注浆工作，落实焊缝检测、轴线测量等测试，及时纠偏，最大限度减小对周边环境的影响，保证项目作业顺利完成。