顶管施工技术在市政工程中的应用

文／黄恺 青岛崂山湾国际生态健康城开发建设有限公司 山东青岛 266400

引言：

很多市政管线工程建设时，施工现场已经存在大量的铁路、公路、桥梁、河流等。如果采取明挖开槽施工方式，会给高铁、桥梁等产生过大的影响，不仅会造成运营事故，也会带来严重的经济损失。为了能够解决上述问题，非开挖施工技术不断的应用到市政工程建设中，其包含拉管、顶管、浅埋、暗挖、盾构等方式。顶管施工技术在市政工程建设中有着重要的作用，能够有效的降低对周外边土壤所造成的影响，确保周边建筑物和基础设施不会受到干扰，促进施工效率的提升，也能够降低施工成本，提高施工的精确性。

1.顶管和开槽埋管比较

管道施工的位置不同，选择的施工方法也有一定的差异。对于管道埋设深度在5m 以上时，尽量不要使用原土进行覆盖处理，应保证结构的稳定性，选择合适的施工材料。比如浇筑钢筋混凝土垫层作为施工底板，在开挖的过程中受到地下水的影响，必须采取必要的降水处理措施。开槽埋管的方式受到多方面因素的干扰影响，也会对环境产生一定的危害。要想使得地基结构达到牢固性的要求，首先应保证回填土的密实度合格，在铺设级配碎石，并且浇筑钢筋混凝土垫层作为底板，避免发生沉降的问题。在进行施工技术选择的过程中，要考虑到经济、安全、环保等多个方面因素分析。顶管施工技术成本相对较低，限制条件也比较少，所以要比开槽埋管施工技术有着明显的优势[1]。

2.市政给排水施工顶管施工技术原理分析

顶管施工技术原理主要是通过主顶油缸装置和中继间装置进行顶推作用，通过顶推力的作用将管道直接推出的规定部位之上，达到现场安装作业的要求。在工具管装置或者顶管掘进机的作用之下，克服土体的作用力，进而实现管道安装效率和质量的全面提升。在现场顶推作业的过程中，要分析影响因素，了解现场施工的干扰条件，并加强管线敷设施工质量的控制，切实提升顶管施工的总体水平，满足现场给排水管线敷设的标准。

3.顶管技术工序

3.1 工作井和接收井

工作井和接收井合称为工作坑，其一般使用钢筋混凝土结构进行制作。在进行现场施工的环节，可以选择的施工方法比较多，结合现场情况选择最佳施工方法，以确保施工的效果合格。考虑到现场不同的施工条件和影响因素，分析现场土质条件，并选择符合现场施工要求的工作坑形式。工作坑一般沿着顶管线路前进的方向设置预留孔，以确保现场的顶进作业按照标准要求开展施工。

3.2 顶管掘进机及其顶管施工的主要配套设备

在顶管施工的环节，配套设备非常多，包含主顶设备、导轨、顶铁、起重设备、注浆设备等。顶管机安装到导轨上，设置在顶管管道的前部，主要的作用是进行取土，确保管道的顶进方向达到设计方案的要求。为了确保进管能够顺利的开展，技术人员结合现场的土质条件，选择合适的施工作业参数。通常来说，将主顶设备安装在工作坑的基底部位上，前进方向和管路的方向保持一致性。在顶管设备安装结束之后，技术人员对现场进行各项技术参数的了解，并对现场处置条件展开全面的分析，以确定合适的施工参数，保证现场作业顺利的完成。顶铁的作用是将顶进力直接作用在管道之上，达到均匀分布的效果，避免因为作用力的偏差而给整个管道造成结构损坏的问题。结合现场的需要，选择最佳的注浆施工设备，这是保证顶管施工顺利完成的关键性工序。在顶进作业的环节，将含有注浆孔的管道进行注浆施工，确保管道周边形成一定的压力，同时也能够使得顶进作业顺利的完成，保护管道不会发生损坏的问题[2]。

4.顶管施工技术控制

4.1 管道的选择

城镇市政给排水设施中，目前使用比较广泛的管道材质包含钢筋混凝土管、复合管、钢管等几种类型。在现场进行施工的阶段，要考虑到现场具体情况，选择合适的管道材质、接口类型以及连接方式等。就目前来说，我国的给排水管道比较常用的是钢筋混凝土管，这是因为该类型管道在顶进的过程中千斤顶会产生巨大的推动力，而钢筋混凝土管具备较高的承载性能。与此同时，在给排水管道内流动的生活用水或者生活废水，会对管道产生较强的腐蚀性作用，钢筋混凝土管道具备较高的耐腐蚀性，长期使用之下依然不会发生漏水的问题。与此同时，在管道选择的过程中，还要分析顶管的长度，确保给排水管线不同路段的管道长度达到一致性的要求。对于管道线路弯曲弧度比较大的情况之下，应尽量的缩短顶进管道的长度。此外，在管道选择时，还要考虑到施工成本、作业环境、土质条件、土壤腐蚀等多方面因素，确保管道符合现场运行的要求[3]。

4.2 顶力计算与控制

在顶管施工作业的环节，主要使用千斤顶、顶铁、油缸、油泵等各项设施，这些设备对于现场顶管作业施工效果存在直接的影响。在顶管系统设计的阶段，顶推力的大小直接影响工作坑的设计、管道选择、管道壁厚等因素，所以要考虑实际情况，加强顶推力的计算分析，才能保证现场顶进作业施工满足要求。

（1）管道直径和材质的影响。结合现场工程实际测量的需要，管道直径对于顶推施工中的顶推力存在直接的影响，管道直径越大，顶推施工所需要的顶推力也会越大。在管道顶进作业的环节，顶推力越大，管道容易克服阻力，现场施工速度也会加快。但是顶推力并不是越大越好，在超出规定标准时，将会造成管道结构的损坏，也会缩短管道使用寿命。因此，结合管道材质和直径，选择合适的顶推力参数。

（2）管线偏差的影响。在现场进行顶管作业的环节，应加强管线作业方向的修正，从而使得给排水管道能够按照设计要求的路线进行施工。因此，现场施工阶段，特别是要注意有些区域应力比较集中或者管道顶进环节出现偏心受压的现象，在发生顶进方向偏离时，应及时进行纠正处理。对于管线纠正来说，要按照控制线路进行纠正，如果线路偏差比较大，会造成顶进的阻力增加[4]。

4.3 工作井的施工

在工作井的施工环节，目前主要包含装配式和现浇式两种方式。工作井对顶管施工存在直接的影响，关系到整个工程项目的施工质量，所以该工作应达到牢固、可靠的标准，需要在外壁设置水泥搅拌桩或者支撑结构部件，从而使得结构能够抵抗千斤顶后推力的影响。工作井内有足够的空间，便于基坑内排水、运输以及出土，各项作业顺利完成。

4.4 顶管出洞

顶管出洞是顶管施工工艺中非常重要的一个工序，也是发生事故非常高的工序之一。在该施工过程中，顶管机和第一节管道从工作井内出洞，从而保证管道能够达到使用的要求。在该环节为了避免出现管线偏斜的情况，需要使用工具管进行调零处理，同时还要采取措施防止发生下跌的情况，比如工具管出洞前设置初始角、下方增加支撑等方式，确保施工效果合格[5]。

4.5 注浆减阻

注浆减阻主要的操作方式是在管道周边进行注浆处理，填补管道和周围土体之间的空隙，形成泥浆保护套，能够减少在顶进过程中所产生的阻力。与此同时，注浆作业也能够达到加固土体的效果，特别是在顶进施工需要穿越铁路、公路、建筑物时，能够有效的防止发生地面沉降，避免给铁路、公路、建筑造成损坏影响。因此，注浆减阻施工时，首先要对顶管机的尾部进行压浆施工，压浆和顶进作业同时进行，并且在现场顶进施工时应加强现场的分析了解，防止造成严重的质量问题。

5.在市政工程中非开挖顶管施工技术的应用路径

为了确保市政工程中非开挖施工技术能够发挥出应有的作用，提高现场施工水平，解决以往过度依赖设备、缺乏规范的问题，需要重视该技术的分析，落实各项技术措施，确保现场施工顺利完成。

5.1 项目背景

某市政污水管道施工时，其选择的管道直径为500～800mm，长度在1100m 左右，管道坡度为0.003，埋深3～15m。污水管道的中心线和道路中心线间隔35m 左右，为了能够更好的保证污水排放管线正常运行，确保管道施工顺利完成，减少对于现场所造成的影响，保证人们生活可以正常进行，工程单位选择使用泥水平衡顶管掘进机，采取非开挖的方式进行管道施工。

5.2 引入测量轴线

现场施工环节，需要将地面临时水准点作为顶管高程测量，并且确保引入井底之后，引测点不会和周边直接触碰，然后将管道放入到内部测量基准线，确保后续的顶管做顺利的完成。

5.3 洞口施工

后背墙的尺寸应严格按照安全标准的尺寸进行现场设置，在另外一个方向进行顶进施工时，需要优先确定洞口位置的后靠背，然后在雨水管上安装千斤顶，使用垫片，防止出现结构的开裂问题，再进行洞口部位的定位检测。根据安全性的标准预留洞口，选择合适的封堵措施，避免发生雨水侵害。如果地层结构的渗透力相对较低，则不需要在顶管机安装止水装置。对于地下水不超过底板的部位，可以不进行止水装置的安装作业。如果工具管和洞门存在缝隙，则会导致内部进水，为了解决该问题，需要在现场设置橡胶止水圈，能够有效的减少泥浆流失量，从而保证现场施工作业顺利完成[6]。

5.4 安装千斤顶

在顶管掘进作业的环节，千斤顶是重要的设施之一，结合当前市政管道的施工要求，合理配置千斤顶装置，本次工程项目使用两台液压千斤顶进行施工，将其安装在工作坑内。安装顶铁的环节，将顶铁以竖直的状态进行安装。每次退千斤顶时，需要先放置顶铁，结合实际情况，设置顶铁的数量，禁止人员站立在顶铁上部，避免出现扭曲等问题。

5.5 顶管机始发

在现场顶进装置安装就位之后，开始进行试点作业，首先要检查装置的水平位置，确保其垂直标高达到精确性的要求，才能开始顶进工具头，并且在管机安装之后开始进行试点。其次，对测试点位的顶进力和相应参数进行检查，符合技术标准，指导合格之后才能开始顶进作业。

5.6 关键工序的作业要点

5.6.1 测量

在现场测量环节，首先是在观测台安装经纬仪，通过发射激光束的方式作为顶管导向基准线，如果机头存在偏差，激光点和靶中心不重合，工作人员立即通过监测器进行现场的调整处理。加强千斤顶伸缩量的控制，并且保证管道高程，坡度达到安全标准，同时确保水准线路沿着整个线路进行设置，达到高程的标准要求，一般需要设置临时水准点，根据导线点的安装位置测量井深参数，根据设计方案的参数开挖作业，并按照设计要求进行管道中心线的控制。在二次测定井间导线时，为了确保投点坐标达到精准性的要求，需要现场设置相应的标志，然后进行复测，最终再进行井下投放方向线，达到观测的标准要求。

5.6.2 纠偏

顶管机械在现场作业的环节，容易发生一定的偏差，为了确保现场作业达到精确性的要求，采取慢速、多次的原则，及时进行纠正处理，确保管节安装的位置达到应有的标准，禁止存在强制性纠偏而造成的管道结构损坏。在机头出现偏差时，及时将相关的信息传输给监视器，根据具体的情况调节顶进方向，达到合理的状态，确保工具头能够沿着激光术推进。

5.7 管道压浆

第一，适当的减小膜阻力，调节顶力，确保顶管作业顺利的完成。在现场施工的环节，采取对称压注泥浆的方式填充管节和土体之间的间隙，能够有效的保证管节和土地之间摩擦力在合理的范围之内，充分的利用泥浆材料来降低摩阻力，并且调节泥浆的粘稠度，促进管道顶进作业顺畅完成。在现场施工作业的环节，加强泥浆参数的分析，保证各项指标达到工程的标准要求，不会给现场顶进作业造成负面影响。组织专业技术人员对现场进行试验分析，加强浆液制备控制，并且和膨润土进行搅拌处理，每项参数都合格才能开展施工作业。与此同时，在施工作业环节，根据现场的实际情况及时进行浆液材料的补充，且在顶进的过程中加强浆液的状态检查，确保其可以正常的进行。通常现场需要设置单向阀，防止外部的泥浆进入到管道内部而发生堵塞的情况[7]。

第二，在管道背后进行注浆施工时，顶进作业到位之后，及时进行管道的压浆施工，其主要的目的是利用浆液的固结作用，从而避免顶进施工时出现地面沉降的现象。在现场施工阶段可以使用高压注浆设备，在外壁进行水泥浆的注入施工。

第三，现场设置回填灌浆孔，确保各个管道节段1/2横断面预留多个孔径，然后再顶、底端进行编号控制，同时为了确保灌浆孔和灌浆施工作业的安全性达到要求，现场需要加强管道材料的质量控制，选择合格的供应单位，并且预留相应的灌浆口，以满足现场施工作业的标准。

第四，现场灌浆材料选择环节，本次工程使用防腐水泥砂浆进行施工，水泥使用的是普通硅酸盐水泥材料，为了能够使得浆液达到应用的标准，加强水灰比的控制，将其设定为1:1，并且加入一定量的化学外加剂。在添加之前，需要对外加剂的质量进行检测，避免出现钢筋侵蚀的现象，确保混凝土结构成型质量合格。

第五，在灌浆施工环节，需要将灌浆的初始压力控制在200 kpa，在施工不断的进行，应适当的增大灌浆压力，达到设计标准之后，按照先下游、后上游的顺序进行管浆施工，利用冲填压入的方式，根据现场的施工作业量，有序开展现场施工作业。在施工的过程中，灌浆施工不能随意的更改施工顺序，严格按照施工工艺标准要求，防止给现场施工作业带来负面影响。根据设计压力参数进行现场灌浆施工，且吸浆量在0.12L/min 以下，并且连续性进行30min 的灌浆施工，最终在停止作业。在灌浆工作结束后，为了避免浆液外流的情况，使用木材塞封堵，直到砂浆全部达到终凝的状态，取出木塞，然后再进行水泥砂浆表面的处理，确保平整、密实度合格。

5.8 顶管机接收

在顶管机刀头与井间的距离在5m 左右时，现场应用定位导轨进行固定处理，避免导轨出现偏差的问题，确保其可以正常使用。砖墙封门结构损坏之后，立即组织掘进机开展管节的顶进施工，能够有效的减少出洞时间，同时为了能够避免出现水土流失的现象，还要在掘进机进洞之后及时分离机头和管节，根据操作的规范要求进行接头处理。在机头进洞之后，通过拉杆接头和管道进行连接，间隔1m 设置手拉葫芦，使用相应的附属设施，保持机头姿态的正确性，并且根据导轨方向推进处理，最后机头吊运之后进行管道的封堵。

结语：

在市政工程项目施工的环节，顶管施工技术有着非常重要的作用，其应用价值非常高，切实提高市政工程施工效率水平，还能够避免对铁路、公路以及建筑物造成不利的影响，具备较高的应用价值。由此可见，顶管施工技术在市政工程中应用效果非常好，完全能够满足使工程建设的需要，切实保证现场施工顺利完成，防止给现场施工作业带来影响，促进市政工程建设水平的提升，也会满足当前我国市政工程领域的发展需要。