市政施工中地下管线长距离顶管施工技术分析

李孝川 陈青帅

北京市市政四建设工程有限责任公司 北京 100037

市政工程项目包含了较多的内容，整个过程也比较复杂，所以有着较高的管线埋设深度要求，这进一步提升了市政施工的难度。为了确保市政施工能够达到预期的标准，提升整体的施工质量，必须保证施工方案的合理性，并对技术流程进行调整和改善，这其中就包括了对长距离顶管施工技术的应用。因此本文对于市政管线施工中长距离顶管施工技术进行分析有着重要意义。

1 长距离顶管施工技术的应用特点

长距离顶管施工技术的特点主要包括以下几个方面：首先，长距离顶管施工技术不会对现场造成破坏，因为该技术的应用无须进行地面的开挖，可直接完成管线铺设过程，对传统管线施工所导致的交通堵塞问题进行了有效的避免，无须进行大范围的开凿，同时也不会造成噪音污染，避免对周边居民的正常生活带来影响。其次，长距离顶管施工技术的施工速度更快，因为这项技术一般需要在井下作业，所以不需要在路面进行围栏的设置，同样不需要进行拆迁作业，从而有效的降低总体的工作量，减少工作时长。与此同时，长距离顶管施工技术所应用的技术设备有着较高的性能，能够减少人力成本，从而提升整个施工过程的经济性。最后，长距离顶管施工技术有着较好的环保效果，因为这种施工技术所需要的工作范围较小，所以不会对周边的环境造成破坏，主要是在井内进行施工，并且在施工的过程中会持续的灌注清水或者黏土浆，能够有效避免扬尘，不会造成空气污染[1]。

2 长距离顶管施工的影响因素和注意事项

2.1 影响因素

市政地下管线施工的过程中应用长距离顶管施工技术（如下图），每次顶管施工的距离一般控制在一百米左右，长距离顶管施工对于距离的要求较为严格，这也是长距离顶管施工和普通顶管施工之间的不同之处。在进行施工前，需要调查了解现场的实际情况，对各项情况进行掌握，从而提升长距离顶管施工技术的适用性。另外，也要在长距离顶管施工中注意以下几方面影响因素：首先是推力限制，长距离顶管施工所应用的是机械设备推力，推力和距离之间保持着正比例关系，如果距离增加则可适当的提升顶管推力。与混凝土管相比，长距离顶管摩擦系数更小，这与推力的大小有着直接的关系，所以需要重视这方面的控制和管理。其次是通风系统，在进行长距离顶管施工的过程中应该重视通风情况，这与施工人员的安全有着重要关联，管道中的氧气损耗较大且管道容量十分有限，容易出现缺氧的情况。所以需要对通风系统的设置给予足够的重视和关注。

图1 长距离顶管施工图

2.2 注意事项

首先是进出洞，长距离顶管施工主要是在进出洞时造成土地的扰动，在进行洞外施工的过程中一般会因为操作不合理而导致渗水的情况出现，这时就需要通过SMW技术来做好洞口加固，从而使得洞口稳定性获得提升。如果这样仍然不能够有效的控制洞口渗水问题，那么则需要采用橡胶来进行辅助。在项目施工实践过程中，应结合实际的情况来在洞口部分安装支护装置，为作业人员的安全提供充分的保障[2]。

其次是施工质量控制，在市政管线施工当中应用管道锁紧技术，如果处理不当可能会导致管道损坏的问题出现，特别是在进行角度位置的设置上，出现问题的几率较大。为了避免这一情况的发生，在长距离顶管施工时应该对旋转方式的选择给予足够的重视，确保按照作业流程来进行操作。与此同时，要对钢管的规格进行严格控制，避免出现偏差，并且要注意固定的是否牢固。另外，要制定关于锁定管头的具体方案，并做好长距离顶管施工的安全检查工作，确保整体的施工质量达到预期标准。

第三是注浆作业，长距离顶管施工中需要充分满足注浆作业的相关要求，从而对注浆材料利用效率进行有效控制。在制备泥浆的过程中要结合具体的情况来控制质量，从而对施工过程进行进一步的完善。一般来说制备泥浆的主材料是膨润土，具体需要结合现场的情况来进行权衡，分析存在的问题，从而实现材料的合理配置，尽可能的减少泥浆摩擦效果，进一步提升支撑力。

最后是控制注浆压力，在长距离顶管施工的过程中，要严格控制注浆压力，超过管体上部水头压力和静止土压力，全面观察附近地面的平整度，以地下水位情况为基础来调整压浆量，确保顶进过程能够得到顺利的开展。与此同时，在实践过程中要在泥浆出口设置单向阀，避免发生回浆的情况。在实际的施工中如果发生了停浆的情况，要触变后会逐步的稳定，不会发生明显的波动。实践过程中需要对具体的工况进行分析，合理设置中继压浆泵位置，控制输送管的压力损失，提升注浆的稳定程度[3]。

3 长距离顶管施工的技术类型和应用流程

3.1 技术类型

首先是穿墙技术，对于该技术的应用主要是为了连接墙体预埋管和防水套管，在具体的应用过程中要确保材料具备足够的防水性能和抗震性能，即便是在高压环境中也仍然能够具备较高的荷载力和应用强度。与此同时，在安装管道的过程中要保证足够的精准度，并对施工中可能面对的外部影响因素进行充分的考虑，制定相应的应对措施，对可能造成堵塞的污染物要及时进行清理，保证管道的运输性能良好。

其次是螺旋钻井技术，该技术主要是通过钻机来进行钢管的放置，并利用系列措施来确保维持土层的基本形态，避免地表开裂或者塌方的情况发生，也不会因为降雨而发生水土流失的情况。一般来说螺旋钻井比较适合应用在较小孔径的管道施工当中，在这个过程中可能会发生一些误差问题，一旦出现了误差要及时作出调整，通过控制精度来提升整体的施工质量。

第三是减阻技术，减阻是为了对土壤性质进行改善，避免机械施工受到过大的阻力，保证放置管道时土层能够具备足够的稳定性，一般来说施工方会选择在管道和土层之间进行泥浆的灌注，在间隙位置形成保护膜，使得土壤的支撑力得到有效的提升，避免地面发生沉降的效果。另外也要对泥浆剩余情况做好检查工作，确保得到连续的灌注。

3.2 施工流程

首先是前期的准备工作，具体内容包括以下几个方面：第一是要进行设计方案的制定，对施工要求进行明确，实现各项资源的合理化配置，保证工程计划能够达到相应的标准。例如变压器功率需要设置为200KW，以及采集水资源时要采取就近原则等等。第二是要考虑到具体的应用需求来选择性能符合要求的材料，确保施工的有序开展。同时在施工中对于建材进行应用前要进行精确计算，避免过多的二次加工，保证材料能够得到准确的安装。另外，施工方要在现场进行采集点的布设，做好建设过程的监控管理，从而提升整个工程的安全性，避免安全隐患问题的发生。第三要选择性价比高的机械设备，并确保其具备良好的运行状态，例如当前应用较为广泛的XDN500顶管机头（如下图）。

图2 XDN500顶管机头

其次是井下布置，具体是在井内下放导轨和钢梯，将钢材作为顶管基座材料，测量管线长度后固定基座安装，从而对施工的稳定性进行提升[4]。

再次是管线运输，开展这项工作前需要获得相关部门的批准，获得批准后才可进行材料的运输和组装，在投入钢管材料前，要进行质量检测工作，包括抗腐蚀性和耐久性等等，避免二次维护造成的经济损失。

最后是其他的注意事项。第一，要确保管道推力适当，能够对管道外壁与土壤之间的摩擦力进行抵消。同时要对管道径口大小和长度进行合理设计，对工程现场的勘查数据进行收集，将管道压力控制在安全范围内，充分考虑到土拱效应和管端阻力等因素，确保设计结果的适用性和合理性。第二，要对管道位移存在的偏差进行明确，长距离顶管施工可能会在安装时出现距离偏差，为了避免这个问题要提升操作人员的技术能力和水平，并按照相关的规范要求来保持油缸推力的平衡，从而实现对管道位移的控制，确保顶管误差值处于可控范围内。第三是加固措施的应用，对于破损区域一般会采用水泥灌注的方式来进行修复，确保路面的平整。同时，可利用高压注浆来封堵钢管定穿位置，并对凝固时间进行合理控制，确保加固符合安全标准。

4 长距离顶管施工的安全隐患及控制措施

4.1 安全隐患

首先是土体变形，因为长距离顶管施工主要是通过机械推力来移动管道，所以必然会对土体形成挤压，如果土层稀疏那么就可能会因为过大的负荷而造成土体变形，不但会对施工有序开展带来阻碍，同时也会降低施工质量和效率，所以需要重视控制土体变形问题，防止安全事故的发生。

其次是生态环境破坏。长距离顶管施工对于生态环境的破坏主要表现在这样几个方面：一方面是管道安装的偏差导致周边土体发生位置改变，从而发生坍塌的情况。另一方面是顶管施工可能会造成水污染和光污染，如果不能够合理的进行处置会对周边环境造成破坏，对人们的生活带来不利影响。

4.2 控制措施

首先是管线与地面形变控制，作为从事长距离顶管施工人员，应该对出现地面变形的原因进行详细的分析和研究，从目前的情况来看，一般是因为端头地层所承受的压力大于其他区域而导致了土体变形，所以会有较大的几率发生结构性的损失。与此同时，土层和管道之间的摩擦力也同样会引起地层变动现象。在对出现土体变形事故的原因进行明确后，要多次研究通过勘察过程所获得的数据，并在施工现场对数据进行再次的测量，对土质情况进行准确的掌握，这样才能够对挖掘深度以及管线长度进行充分的明确。另外，从施工方的角度上来看，要在作业当中重视对坡度偏差的合理控制，保持坡度的平缓，尽量的降低管道下放过程中和土体之间的摩擦力，从而避免地面变形情况的发生[5]。

其次是顶管井的接收。为了保证对管材进行顶进工序当中不会有异物掉入到其中，应该在顶管施工作业开始之前通过水泥灌浆的方法来对周边土体进行加固，从而提升整体的稳定程度，除了能够避免异物掉入到接收井中之外，也能够为其他工作的进行提供便利。在应用长距离顶管施工技术时，操作者和负责人员应该注意这样几方面问题，包括管线的铺设方位和管线进程的测量方法，必须明确这样几个问题，才能够确保长距离顶管施工达到预期的标准。具体来看，负责测量的工作人员应该重点关注进洞、出洞和顶进桩头这样几个位置，并采取相关的标准，避免偏差问题的发生。想要有效降低地下管线长距离顶管施工技术对周边自然环境造成的负面影响，就需要通过开凿或者砌筑的方式来提升对井壁的保护作用，使得周边土地的稳固程度能够获得提升，让其能够更好的承受推力，从而避免坍塌情况的发生。在对顶管机进井的过程中，操作人员要控制好整个设备的运行速度，保持顶管的连续性运作，避免因为工序时间差而发生水土流失的问题。待设备整体进入到洞内后，要及时进行接头工序和设备分离，确保施工质量能够达到预期的标准。另外一方面，从事长距离顶管施工作业的工作人员，要加强污染物的清洁和管理意识，例如统一收集污水并对其进行检测，如果检测后发现污染超标则应该先对其进行降解处理，然后将处理后符合要求的水应用在设备清洗工作当中，从而实现对水资源的二次利用。阳光照射金属所带来的光污染，可选择在对材料进行存放时设置遮光板，避免反光所带来的光污染。

5 结束语

总而言之，市政施工地下管线长距离顶管施工技术的应用，应该注意施工流程的合理性以及技术特点的合理应用，同时也要充分了解并控制施工中存在的安全隐患问题，避免对周边环境造成污染，从而更好的推动城市经济建设发展。