浅谈市政大口径管道工程顶管施工工艺

吴柳林

（昆山市自来水集团有限公司，江苏 昆山 215300 ）

0 前言

随着近些年来我国经济领域的不断深化发展，从而有效地推动了我国城市的进一步发展，并且随着城市人口的不断增长，城市在建设的过程中对于空间的利用率也在不断的提高，尤其是对于地下空间方面的开发与利用得到了有效地发展。由于城市施工区域方面的限制还有对于施工区域的环境的相关要求，所以地下顶管施工成为现阶段大口径管道工程建设中穿越障碍物的最佳方案。在具体的实施过程中，对于施工现场周边的影响相对较小，同时对于城市交通的影响也较小，能尽可能降低对市民活动的影响。

1 顶管施工原理概述

顶管施工方法属于当前较为常见的一种关于地下管道方面的施工方法，其主要是利用了主顶油缸还有中继间的顶进力，将顶管掘进机由工作坑内穿过土层顶进到接收坑内吊起，从而把管道在掘进机后展开相应的跟进埋设。在具体的施工过程中结合施工区域的土层地质方面的情况以及管线的实际长度等方面因素从而科学合理地确定对工作面的具体开挖方式。管道顶管通常在施工的过程中采用的有两种工作方法，分别有泥水平衡式还有土压平衡式。泥水平衡顶管主要是利用的泥水平衡机展开有效地施工，同时在施工的过程中借助顶管机泥水仓中的泥水的压力进行对顶管机所在的土层内的土压力还有地下水压力予以有效地平衡，借助所排出的泥水进行对弃土运输。泥水平衡式较土压平衡安全可靠，技术先进，且施工速度快，所需要的设备成本相对高些，投入的资源也相对大些。

2 顶管施工前的准备工作

在进行顶管工程的具体施工之前，参与施工的相关工作人员应当进行对设计图纸的全面有效地学习，并且需要对顶管施工区域的土质方面还有水文方面的具体情况展开进一步的深化了解，从而明确施工区域的地上还有地下构筑物的结构、高度以及其相应的物理方面还有化学方面的性能等因素，并在此基础上进行施工方案的科学合理的制定。在进行施工方案的制定过程中，应当制定相对科学合理的具有针对性以及可实施性相对较强的安全施工措施。除此之外，还应当制定相对较为完善的安全生产制度体系，并且进行安全责任的有效划分，从而明确安全责任，进而保障在安全的前提下推动施工相关工作的有序开展。在具体施工之前还应当根据施工过程中所采用的顶管的管径的大小以及相关的施工工艺制定科学合理的机械设备计划，并且在进行计划制定的过程中需要采用安全防护装置还有制动装置等方面达到相关规定的具体要求的机械还有设备，在准备采用新的设备时，应当应当进行安全操作规程的科学制定，还应当对其施工用电方案进行及时有效的调整。在具体施工之前应当组织所有参与施工的工作人员进行一次岗位教育，并且针对特种作业的相关人员在上岗之前应当严格执行持证上岗制度。

3 顶管工作井、接收井位置选择

根据施工测绘进行管线位置的确定以后，顶管工作坑的具体位置应当根据地形、地下管线等障碍物综合考虑，从而尽可能的降低土方开挖量以及支撑保护还有排水等方面的工程工作量。根据所在采用的顶管的具体材质、管道吊装、出土、排水等方面的相关因素予以有效地考虑，避免出现在施工过程中吊车在高压线路下或燃气管道附近施工等严重违反安全规范的相关施工行为的出现。通常情况下，工作井和接收井应布置在相对空旷的地方，如只有一处空旷位置，则优先考虑布置顶管工作井，以保证顶管材料堆放、顶管监控室、吊装硬化场地、泥浆池等工作场所占地空间。一般而言，为保证工程顺利实施，大口径顶管工程工作井施工区域占地面积不宜小于900 平方米，接收井施工区域不宜小于400 平方米。

4 顶管工作井以及接收井施工

顶管工作在进行设计的过程中，通常情况下需要对其结构形式还有外部形状以及空间尺寸和洞口及刃角斤进行综合全面的考虑。本文主要是结合某城区DN2200 大口径供水管道顶管工程实际情况，在此次工程施工过程中，主要是采用的泥水平衡式机械顶管的施工工艺。由于此次工程改造过程中覆土相对较深，因此工作井为直径12 米内径的钢筋混凝土沉井，接收井为直径6 米内径的钢筋混凝土沉井。在施工过程中其施工工序主要为：开挖基坑—制作模板—进行钢筋的绑扎安装—浇筑混凝土—养生拆模—下沉—封底—关于井周的处理，对于大口径的顶管来讲，由于其顶进力相对较大，顶管顶进都需要传递到工作坑后土体，然而在沉井下沉阶段难免会出现井外壁还有土体间存在一定程度的空隙的情况出现，若出现的空隙相对较大对于工作井顶井阶段的安全性与稳定性会产生一定程度的影响，因此沉井施工工作完成以后，在进行顶管施工前应当对工作井井周予以水泥净浆注浆处理，通过注浆使得井周的土体保持密实的状态，从而不仅能够使得井体的稳定性得到有效的保障，还能够使其土抗力得到有效地提升。

当然，除钢筋混凝土沉井工艺外，顶管井还常选用SMW 工法井，它具有施工速度快、对周围影响小、造价相对低等优势，适用于管道埋深不大的顶管工程，根据我市顶管工程的相关经验，SMW工法井深度一般不超过13-15米。

5 顶管掘进设备的选择

通过对施工区域的地质方面的实际勘察报告所提供的土质方面的分析，本文所结合的实际案例中顶管所选择的是泥水平衡顶管机头。此几种的刀盘能够结合前方土压力的实际变化进行自动化的调节，并且刀盘在伸缩的过程中其进泥量也会产生一定程度的变化，通过进泥量的变化从而能够令前方平衡土压力一直保持定值。此类型的机种属于现阶段平衡土压力准确度最高的顶管机，从而能够尽可能地控制地面沉降量。此外，泥水平衡顶管机头为全封闭装置，相对人工取土的土顶机头而言，安全性得到大力提升，在大口径顶管工程、长距离顶管工程以及穿越航道河道等顶管中应用广泛。

6 顶管入洞口技术方案

在完成工具管的安装以及调试等方面工作以后，将其推进到预留孔1 米的位置，利用空压机进行对井洞口的风度予以凿除，并且采取有效措施及时将其清理完。然后把工具管推入途中，并且保持3 个小时到4 个小时，从而进行对其具体的静止土压力予以有效地测量，根据理论土压力，从而制定出控制土压力。

7 顶管外壁注浆

大口径顶管顶力控制其重要的方面在于最大程度地进行顶进阻力的有效降低，想要实现顶进阻力的降低其最为有效的方式是注浆。在具体的注浆施工过程中通常情况下能够将其分为机头同步注浆还有管道补浆这两部分。通过注浆能够使得管道的周外壁形成泥浆润滑套，从而实现顶进的摩擦力得到一定程度的降低。在顶进作业阶段利用压降泵进行对管材与周边土体间的空隙中进行膨润土悬浮液的灌注，该部分悬浮液能够在管外形成凝胶并且较快的形成浆套，悬浮液所形成的浆套能够有效的防止周围土体还有地下水进入到空隙中间。利用膨润土悬浮液所形成的浆套能够令管材与土体之间的摩擦转变成了管材与膨润土悬浮液之间的液体物质的摩擦，从而使得两种物质的摩擦系数大幅度的降低，以至于其摩擦阻力也实现了极大程度地降低。在具体的施工过程中应当在工具管尾部和顶进管道的注浆孔进行触变泥浆的注入实现阻力的降低，注浆的量主要是按照地质勘察报告还有顶进的长度进行科学合理的计算予以有效地确定，通过计算得出的注浆量需要结合施工区域的实际情况进行合理的有效调整。在进行具体的顶进作业时，需要结合后座顶力的大小进行补浆，通常情况下实际压浆量为理论计算结果量的150%至200%。

8 顶管进洞口施工技术

在进行推进的过程中距离接收井沉井井壁外侧30 厘米的位置时，则需要使得推进工作停滞，然后进行对沉井预留洞口的封堵予以有效的凿除，在完成接收井封堵的凿除工作以后应当将掘进机头迅速与连续地顶进管节，尽可能的减少出洞的时间。当掘进机的整体均已进入洞内，便需要及时地将机头与顶进管道进行分离，针对大口径顶管机头较重的特征，选择大型吊机将机头及时吊装取回，从而尽可能地避免出现水土流失的情况。然后进行泥土的清理，相对较快地把预留孔和管道之间的空隙进行有效地的封堵，从而有效的避免出现因为渗水造成的泥土流失引发的土体塔防还有路面沉降。

9 测量与顶进方面的控制以及顶管偏差的调整

想要确保大口径管道顶进轴线保持在设计轴线所能够接受的偏差内需要进行有效地测量控制，在具体的顶井作业的实施阶段应当注重激光点的偏向。将轴线测量方面的控制系统设置在工作井内液压主顶装置中间。在具体的施工过程中应当经常性的展开对控制台的复测，从而一定程度上确保测量的实际精准程度。根据独立坐标系展开放样，完成放样以后通过测量控制台将其极为精准地移动到顶管轴线上，借助其实现对顶管施工方向的科学合理地指挥。并且在后顶观察台进行相应的激光经纬仪设备的架设，利用后实测机头的光靶还有后标点的水平角以及树脂胶分别进行测回，同时进行程序的科学合理的编排进行对顶管的首尾的平面还有高度进行科学地计算。在进行对顶管施工第一次放样还有顶进作业过程中极为重要，并且因为顶管后靠顶井中会出现一定程度的变化，后台的布置需要保持不变形的状态，以及保持位置的不产生变化从而保障顶管施工的正确性。在顶进过程中对于其速度也应当进行有效地控制，刚开始的顶进主要可以合理地划分为两个阶段展开有效地控制。一方面是机头入洞的时候，应当将其速度尽可能控制在每分钟3毫米到5 毫米之间；另一方面第一节管在入洞的时候，机头顶进的速度应当尽可能保持在每分钟10 毫米到20 毫米之间。在初始顶井作业的过程中其关键人物是进行对正管子中心、高程，并且其偏差应当尽可能保持在上下5 毫米之间，因此顶进的速度不需要过快。在具体的顶进过程中，机头顶进速度往往会设定在每分钟50 毫米。若是顶进速度增加，应当确保泥水仓泥压的背景下，应当适当的提高泥浆流量，并且进行对顶进速度的再次计算。

10 顶管阶段的施工技术以及应急措施

顶进施工应当保持不间断的施工，通过连续顶进的方式，从而尽可能的减少顶管设备的转移。在具体的施工阶段之前需要对地下施工区域的管道还有电缆等位置以及走向进行详细地调查从而为顶进工作做好良好的准备。在具体的施工过程中往往会遇到一些障碍物，泥水工需要对出泥口是否出现异物进行认真仔细的观察。顶管具体操作人员应当高度注意刀盘转矩的突然增大，同时还应当时刻注意对机头声响的监听，若出现异常从而使得顶进速度降低或使得顶进工作停止，应当及时进行相关情况的查验，若顶进面存在一些刚性障碍物是应当及时停机并刀盘需要处于零位，从而避免机头与刚性障碍物发生碰撞。采取有效措施进行障碍物的及时清理从而及时恢复顶进工作。

11 结束语

大口径顶管在市政工程中的施工，能够一定程度上推动非开挖方面的施工工艺的发展，并且也一定程度上推动了诸多类型的地下管线工程项目的有开展。通过该种施工技术能够一定程度解决了由于施工对周边构建物以及环境的破坏还有对市民正常生活的影响等问题。大口径管道施工技术对于稳定土层以及环境方面的保护具有极为重要的影响。