顶管技术在市政公用工程中的运用梁文献

梁文献

关键词：顶管技术；施工工艺；施工

引言：经过多年的发展，顶管技术在我国已得到大量地实际工程应用，且保持着高速的增长势头，无论在技术上、顶管设备还是施工工艺上取得了很大的进步，在某些方面甚至达到了世界领先水平

1技术概况

顶管施工就是非开挖施工方法，是一种不开挖或者少开挖的管道埋设施工技术。顶管法施工就是在工作坑内借助于顶进设备产生的顶力，克服管道与周围土壤的摩擦力，将管道按设计的坡度顶入土中，并将土方运走。一节管子完成顶入土层之后，再下第二节管子继续顶进。其原理是借助于主顶油缸及管道间、中继间等推力，把工具管或掘进机从工作坑内穿过土层一直推进到接收坑内吊起。管道紧随工具管或掘进机后，埋设在两坑之间。

2顶管技术的组成

顶管技术包括顶管机械设备及顶管工作坑。

1.1顶管机械设备

顶管机械设备包括主顶千斤顶与顶管机头，机头主要为敞开式顶管工具管和封闭式顶管掘进机二大类型。敞开式顶管工具管有手掘式、挤压式、网格式等。

封闭式顶管掘进机有泥水平衡、土压平衡、加泥式土压平衡、斗铲式和多刀盘等。

1.2顶管工作坑

工作坑分为顶管坑与接收坑。顶管坑为供顶管机头及千斤顶安装和出坑用的主顶设备工作坑。接收坑为供顶管机头出坑和拆卸的接收工作坑。

3顶管机头的选型、顶力估算及中继间接力系统

3.1机头选型顶管机头的选型，应根据地质勘探的地质钻孔柱状图和地质纵部面图实际情况，了解机头所穿越的地层情况进行分析研究。

3.1.1敞开式分为手掘式、挤压式、网格式种型式。手掘式适用于粘性或砂性土，在软塑和流塑粘土中慎用；挤压式与网格式适用于软塑、流塑粘性土，均对管道周围地质有较大变形影响。

3.1.2封闭式分为斗铲式、多刀盘土压平衡式、刀盘削土土压平衡式、加泥式机械土压平衡式、泥水平衡式5种型式。斗铲式适用于地下水位以下粘性土砂性土，但粘性土的渗透系数不大于10-4cm/sec。多刀盘和刀盘削土土压平衡式适用于软塑、流塑的粘性土，在粘质粉土中慎用。

3.2顶力估算为防止管道顶力较大，保证设计合理性及后座结构安全，同时保证地层稳定，多采用管外壁注浆减阻进行设计与施工。顶管的顶力标准值按下式估算:fk=πd1lf+nf式中:fk一计算顶力标准值(kn)d1—管道外径(m)l—管道计算顶进长度(m)f一触变泥浆中管壁与土的平均摩阻力，一般为:8-12kn/m2nf—工具管(机头)的迎面阻力标准值(kn)敞开式顶管的迎面阻力按不同的机头型式进行计算。封闭式顶管(土压平衡、泥水平衡和多刀盘顶管)的迎面阻力按下式计算:n1=πd12p1/4pt=γ(h+2d1/3)tg2(45°+φ/2)式中:pt—机头底部以上1/3d1处被动土压力h—管顶土层厚度(m)因为顶管过程的力学参数计算是一个非常复杂的问题，它受地质因素、土层改良方法、掘进参数等一系列参数的影响，同时涉及材料力学、岩土力学、流体力学、弹塑性力学等诸多学科，故在此以广州某输水工程所用的泥水平衡顶管的顶力计算作一介绍。顶管的顶力约等于顶管过程受到的阻力，包括工具头正面泥水压力和管壁摩擦阻力。根据本工程地质勘察报告和水文地质资料选取适当参数并结合顶管机生产厂家设计共同计算后，本项工程顶管顶力按下式估算：fk=nf+f0l式中：fk一计算顶力标准值(kn)nf—工具管(机头)的迎面阻力标准值(kn)f0l——管壁摩擦阻力nf=（pe+pw+△p）πd12/4式中：d1——管道外径(m)pe——挖掘面前土压力（kpa）pw——地下水压力（kpa）△p——附加压力（kpa）f0l=（rs+wf）l式中：l——管道计算顶进长度(m)r——综合摩擦阻力（kpa）s——管外周长(m)w——每米管子的重力(kn/m)f——管子重力在土中的摩擦系数

3.3中继间接力系统

当计算的顶力值大于顶管工作井的设计顶力时，顶进时需加中继间。中继环的设计必须满足刚度大，安装方便和加工精确，并在使用中具有水密性。

3.3.1主体结构主要由一下部分组成：

①推力油缸，其规格、性能要求一致；②钢壳体和千斤顶紧固件、止水密封圈；③液压管道、电器和操纵系统。

3.3.2推进流程：

第一个中继环推进——第一个中继环停顶——第二个中继环推进——第二个中继环停顶——如此类推到最后一个中继环——主顶推进——主顶停顶（如此循环4顶管工作坑（顶管坑及接收坑）的基坑支护

顶管坑和接收坑是顶管工程中两个重要施工作业坑，作为实施钢管顶进的顶管坑和接收顶管机头及钢管的接收坑，其大小应根据具体的项管机具及不同的施工方法进行确定。基坑的深度应根据具体顶管埋深进行确定，一般为顶管管底标高下0.5-1.0m，以保证顶管过程中钢管电焊焊接、焊缝验收及施工机具的运行。

5顶管施工工艺

5.1泥水式推进法。

通过使用刀盘掘进机并用科学设计的顶速来平衡正面土压力，调节循环水压力用以平衡地下水压力。该工艺的施工特点：在顶管施工过程中施工不间断，施工速度较快，且不需要特别的改良地基或降水处理，地表沉降小。

5.2土压式推进法。

该方法主要是采用向工作间的切削仓内注入一定比例的混合材料，使其充满整个泥仓的方法来平衡正面土压力和地下水压力；施工推进中并不需要泥浆泵等输送混合材料的设备，整套施工推进机器造价低廉；不需要对泥浆进行处理，整体推进顶管施工的成本较低。土压式推进工法选用的顶管掘进机一般为单刀或多刀盘土压平衡掘进机。土压式推进工法适用的施工管径一般在φ1000～3000mm之间。

5.3泥浓式推进法。

该工艺采用二次注浆处理，不仅能在很大程度上消减与地层间的摩擦阻力，还能顺利排出粒径为顶管直径1/3的砾石等废弃物，保证顶管施工的顺利进行，较适用于城市排水管长距离顶管推进施工。该顶管推进方法在顶管施工过程中，将地下的土、砾石等废弃物分成两部分通过不同的方式输送至地表后再外运处理。因此，泥浓式推进法的适用性非常广泛，除岩石外所有土质条件均可适用。它适用的顶进管径一般在φ700~2200mm之间。

6顶管施工流程：

顶管施工工艺流程为：挖掘工作坑，制作顶管的砼管→组装砼管→油泵顶进→出泥→管道贯通→拆工具管→砌检查井→回填。

7市政道路排水管道的施工质量控制

7.1防止测量和施工造成的病害措施

首先，施工前要认真按照施工测量规范和规程进行交接桩复测与保护；施工放样要结合水文地质条件，按照埋置深度和设计要求以及有关规定放样，且必须进行复测检验其误差符合要求后才能交付施工；施工时要严格按照样桩进行，沟槽和平基要做好轴线和纵坡测量验收。其次，施工过程中如意外遇到构筑物须避让时，应在适当的位置增设连接井，其间以直线连通，连接井转角应大于135°。

7.2防止管道渗漏水

首先，认真按设计要求施工，确保管道基础的强度和稳定性。当地基地质水文条件不良时，应进行换土改良处治，以提高基槽底部的承载力。其次，如果槽底土壤被扰动或受水浸泡，应先挖除松软土层后和超挖部分用砂或碎石等稳定性好的材料回填密实。③地下水位以下开挖土方时，应采取有效措施做好抗槽底部排水降水工作，确保干槽开挖，必要时可在槽坑底预留20cm厚土层，待后续工序施工时随挖随封闭。

7.3做好管道闭水试验

⑴准备工作对各种工具（如：堵头、胶管胶囊等）进行试漏检查；⑵灌水高度的控制：地漏灌至离地面5mm。⑶打开检查口，先用卷尺大致量出由检查口至被检查水平管顺水三通管件下方20cm处，后量出胶管长度，并做好标记，以控制胶管进入管道的位置；⑷放入胶管至所标记的位置，向气囊充气至0.7Mpa左右；

⑸从检查口处注水，注水高度符合灌水高度符合控制要求，观察15min，再满水5min，液面不下降，管接口处无渗漏则为合格；

结论

顶管技术对交通繁忙、人口密集、地面建筑物众多、地下管线复杂的城市是非常重要的，它将为城市创造一个洁净、舒适和美好的环境。

参考文献：

【1】杨丽芳.市政管线综合设计和实施[J].珠江水运,2019,(02):98-99.

【2】[10]谢家铭,黄康.市政工程地下管线施工技术要点探究[J].住宅与房地产,2019,(06):192.