非开挖施工技术在市政工程中的应用

余秀伟

摘 要：社会不断发展，国家的城镇化情况也在不断提高，市政工程的功能配套越来越完善、齐全，早期规划、实施的交通容量，城市给水、排水、雨水等管线敷设已无法满足城市居民的要求，同时，随着时间推移，一些道路急需提升改造，如何在现有的快节奏城市步伐、交通繁忙道路实施市政工程的提升改造，是我们必须面对的基本问题，现代化非开挖施工技术为我们提供了一个很好的思路，本文将结合实际案例，讲述非开挖施工技术-混凝土排水管的顶管技术在城市建设中的应用。

关键词：非开挖技术优势;技术准则;应用技术

文章编号：2095-4085（2020）08-0106-02

工程背景，某一项目，为混凝土管排水工程，设置在城市主干道辅道上，管径为1200mm，工程原定采用开挖埋管形式，后改为部分明挖，穿越另一主干道段采用顶管法，顶管长度180m。管线为原道路路面设计标高下6.3m，高正常地下水位2m，项目周边宽阔。

1 前期准备

工程前期，有必要对非开挖线路进行全线勘察，并做好标志，勘察内容包括沿线的已有市政管线，交叉的管线，地下水位，地质情况，以及周边的建筑物情况。确认工作井和接收井的设置位置，施工临时围挡设置位置和区域，确保封闭施工，现场排查后，将涉及的道路管养单位及管线产权单位进行登记，建立单位通讯录，之后讨论、编制顶管的施工方案。

2 总体安排

（1）顶管的施工顺序如后。场地清理、整平→工作井制作、下沉→管道制作、就位→导轨、千斤顶等设备安装就位→管道吊装、就位→工具管连接→对接顶铁→启动油泵缓慢顶进→出土→管道顶进并贯通→拆除工具管→检查井施工→回填、场地恢复。

（2）工作井的设置，工作井应确保必要的工作空间，同时作为顶管机的工作环境，截面设计应满足后背尺寸、顶管千斤顶、导轨等其他设备安装和顶进空间的要求，本项目的工作井采用沉井施工，要控制好沉井的下沉深度，为保证地基足够的稳定，底板混凝土浇注为20cm，并采用单层双向钢筋进行加固。工作井应当按照顶管的管径，预留孔洞，止水钢环嵌入或采用焊接与井壁外侧预埋件连接，止水圈嵌套到止水钢环上。

（3）顶进方式和千斤顶的选择，考虑现场的实际情况，本项目采用土压平衡顶管机，在顶管机的前方设置刀盘切削土体，螺旋传送装置传送被切削下来的土体，顶管掘进的时候向前方开挖面喷射土体改良浆液，进行塑流化改良，使土体变成膏状，膏状的土体被传送到地泵附近，工具管前方的土压、水压可以通过膏状土体平衡，达到开挖面的稳定目的;选择千斤顶首先是确认好顶力参数，可根据以下公式计算顶管顶力。

千斤顶的顶力=表压*油缸活塞面积。从公式可以看出顶管施工过程中千斤顶顶力设置还应该参照施工现场的表压及选用的油缸活塞面积。

3 顶进设备安装调试

（1）导轨安装 导轨主要作用是作为管道推进时的一个导向，为顶铁工作时提供一个托架，导轨是一组互相平行的钢轨，因此导轨的安装、设置直接影响整个顶管工程的施工质量，导轨安装确保可靠、牢固。

（2）千斤顶和顶铁的安装 本工程拟采用一台液压千斤顶，油缸要按照要求固定在千斤顶支架上，管道中心的垂线垂直油缸的法线面，千斤顶作用方向、作用点与管壁反作用力作用点应在同一轴线，确保不会产生偏心力偶，造成顶进偏离管道方向。顶铁主要是分散顶力，将顶力均匀分散在管道周圈断面上，能够有效的保护管端，本项目采用U形顶铁和环形顶铁，环形顶铁与管节相连接，U型顶铁设置在环形顶铁后方，增加顶程，顶铁安装时，顶铁中心要落在管道中心垂线上，顶铁设有锁定装置，避免打滑等。

（3）后座墙设置 后座墙主要作用是为千斤顶提供反作用力，要确保有充分的强度（通过计算验算）}和刚度（可通过构造措施满足）、后座墙表面应当光滑、平直、材质要均匀，结构要简单、装拆力求方便，现在比较常用的后座墙的结构形式有整体式和装配式两类。本项目后座墙采用的是装配式后座墙。

后座的反力或土抗力一般情况下为的总顶进力的1.5倍左右，在确认顶力后，按照以下公式对座墙的抗力进行验算。

4 顶进施工

导轨装置、千斤顶、顶管机、顶铁安装就位后，重新检查确认后，可先进行试顶，顶进过程是整个顶管工程的主要环节，要全面、系统、严谨、认真。整个顶进过程要连续、不间断。开始顶进的时候，速度是正常顶进速度的一半以下，确保顶进的时候，各项连接设备接触部位紧密、贴合，要注意避免中途停止作业，造成再次顶进困难或顶力突增;顶进工具头后开始安放混凝土管节，再连接环形顶铁和U型顶铁，先緩慢进行试顶，记录各项参数，然后开始正常顶进施工。钢筋混凝土管口上的接头采用遇水膨胀止水圈粘贴，止水圈应于管厚度中间偏外放置，这样在顶进过程中、在顶进后，接头部位管缝有一定深度，可以利用水泥砂浆填充密实，素水泥浆拉光接缝，这样可以防止渗水，也具有一定观感。为防止错口，管节与管节之间采用钢内胀圈固定，前后关节控制在同一圆心上;为减少扰动土体，蜂窝状小孔的压浆安装在管管壁外侧，在顶进过程中如果土体阻力过大，可以通过注浆润滑土体，减少土体的摩擦力，顶进结束后对土体与管道之间空隙压浆，防止管顶土层沉降;正常顶进是一个循环过程，顶进一段距离后，油泵停止，千斤顶回油，活塞回缩，取出顶铁，放置管节，重新放置顶铁，继续顶进，如此重复。

5 中继间

考虑本项目顶进长度超过100m，预计在总路线上的顶进阻力会超过千斤顶的额定，设置一只中继间，中继间为长距离顶管中用于分段顶进而设在管段中间的封闭的环形小室，用钢材制作，沿管环设置千斤顶。中继间分为三部分，分别为前壳体、后壳体、千斤顶。前接管与前壳体连接，后接管与后壳体连接，前后壳体间采用承插式连接，利用橡胶止水带密封。中继间上的千斤顶的行程大约为20cm用型钢制作的固定件将其固定在前壳体上。要进行精加工钢壳体结构，壳体要有一定的刚度、强度，防止中继间在顶进过程中不发生变形。

6 测量工作

测量工作十分重要，贯穿顶管施工的整个过程，当沉井下沉时候，要确保沉井沉降至设计标高;下沉后还需对沉井下沉观察一段时间，设置监测点观测沉降是否稳定;要准确的在现场地面上布置管道中线控制桩，确定顶坑位置，用全站仪将地面的管道中心点和地面上的臨时水准点引入工作井不易被碰撞的位置，作为顶管过程中的控制基线和高程水准点;根据水准点，核对确认导轨的安装位置，管道顶进过程中是否偏差，并做好各项测量点的记录，发现问题及时纠偏。第一节管的顶进过程测量十分重要，可以及时发现顶进中即将发生的情况，顶进时预计产生的偏差和偏差倾向，在第一节管道顶进时，在每顶进20cm后测量一次管道的中心和高程，在正常顶进中，应每顶进80cm时，测量一次中心和高程。使用水准仪和高程尺进行高程测量：测首节管前端和管后端内底高程，以控制顶进高程和控制坡度。工作井内应设置两个水准点，作为高程的控制闭合点、校核水准点，提高精度。每顶完一个管段，作一次中心和高程的竣工测量，一个接口测一点。

7 管道纠偏、现场管控

顶管施工比明挖施工复杂，未知因素较多，由于原有的市政道路及管线敷设已久，部分管线实际管位有可能产生偏差，顶进过程也有可能碰到孤石，碰到问题时应及时分析原因，在问题处理后继续顶进;管道顶进一定距离后，要根据测量的成果核对是否产生偏差，一旦出现偏差，应进行校正。校正是逐步缓慢进行的，可用超挖纠偏法和千斤顶纠偏法，原理都是产生一定的纠偏力偶使偏差回归。

8 接收井进洞处理

当顶管即将顶到接收井的墙体位置时，割除预先预留在洞口的钢筋，然后迅速顶出工具头，工具头全部顶出后，应对管壁与洞口之间缝隙采用压浆处理。为避免工具头出洞时失控、爬高、或叩头现象，在接收井下部浇筑一块托板，托起工具头，再采用吊车缓慢吊出。

9 结 论

在城市建设过程中，将会不断进行市政设施的提升改造。非开挖施工技术的使用在建设中有越来越明显的优势，对于传统的开挖技术，在购物场所和火车站等人口密集区域的地方，由于没有合理的开挖空间和合适的交通导改，往往使得开挖建设十分困难，同时非开挖技术不会产生噪音或灰尘，可以减少环境污染，这将是市政工程技术发展的一个方向。

参考文献：

[1]刘方.市政工程中非开挖施工技术实施要点分析[J].科技展望，2015，（10）.