給排水工程師關于給排水管道的頂管施工技術應用探析

地下給排水管網(wǎng)是城市基礎設施的重要組成部分，為城市處理污水的系統(tǒng)、自來水、等等都屬于地下給排水管網(wǎng)之內，要對上述市政設施進行改建、新建、擴建，需要工程技術人員進行安全的管道安裝。傳統(tǒng)的挖槽埋管地下管線施工技術由于對地面交通影響較大，使本來就擁擠繁忙的城市交通如同雪上加霜，同時給市民工作、生活帶來許多不便，特別在人口稠密的城市和交通擁擠的地區(qū)以及不允許開挖的地段，這個矛盾就更加突出，這已經(jīng)成了一個迫切解決的問題。非開挖技術將完全能解決這些難題，提供安全及經(jīng)濟的施工方法。

一、頂管技術的意義

非開挖技術是指利用少開挖和不開挖技術來進行地下管線的鋪設或更換的工藝。頂管技術就是在這種情況下發(fā)展起來的一種非開挖技術，其在國外已廣泛使用，在國內也已逐漸普及。頂管過程是一個復雜的力學過程，它涉及材料力學、巖土力學、流體力學、彈塑性力學等諸多學科。但頂管施工必須嚴格控制好頂管推力，而對頂管計算復核能夠準確估計頂管的推力。頂管的推力就是頂管過程管道受的阻力，包括工具頭正面泥水壓力、管壁摩擦阻力。泥水平衡壓力：在封閉的工作倉內加泥水壓力平衡地下水壓力，是防止泥砂涌入的重要方法。泥水壓力一定要合理。壓力較小，大量的泥砂涌入，會造成路面破壞，地表設施受損;壓力過大，會增大主千斤頂負荷，嚴重的可能產(chǎn)生冒頂現(xiàn)象。

二、頂管技術施工應用分析

1、頂進管的選擇

頂進管一般選用鋼筋砼管，如沒有腐蝕要求可選用鋼管。鋼筋砼管的規(guī)格設計、配筋和應力驗算應遵守有關鋼筋砼的標準和技術規(guī)程，特別是有關鋼筋砼管的標準和技術規(guī)程。

1.1 頂進管直徑的選擇 頂進管的直徑選擇是首先根據(jù)工程性質、工程需要確定內徑，根據(jù)頂進管所受荷載確定砼管的配筋及壁厚，進而確定外徑。因為頂管工程工作面上需要配備挖土工人，所以一般管內徑不小于500mm。

1.2 頂進管長度的選擇 頂進管的長度對頂管過程的可控性和經(jīng)濟性有很大的影響。在直線推頂?shù)那闆r下使用長管可以減少裝管的次數(shù)，取得良好的效果，但隨著管長度的增長，如果偏離原定的路線，使之恢復正確路線要比使用短管更加困難。建造頂壓坑時頂壓坑的長度也要增大，挖坑、支護、回填、修復的費用將相應地增加。反之，在直線上推頂很短的管也較困難，因為短管比較容易向周圍土層中擠入，致使整個管列呈蛇形彎曲，這便降低了管路頂進的可控性。

一般情況下，管長度須相對于管徑來衡量，當L/D外≤1.10時，為短管;當L/D外=1.15時，為標準管;當L/D外≥2.10時為長管。

2、頂管施工的前期準備

2.1 現(xiàn)場平面布置 平面總體布置包括起重設備、自動控制室、料具間、管片堆場、拌漿棚及拌漿材料堆場、注水系統(tǒng)、棄土坑的布置等。始發(fā)工作井內安裝發(fā)射架、頂管機、前頂鐵、主推千斤頂、反力架等頂進設備，工作井邊側設置下井扶梯供施工人員上下。

2.2 頂管機進、出洞處以及后靠土體加固 為確保頂管機出洞的絕對安全，需對后靠土體及進、出洞區(qū)域土體進行高壓旋噴樁加固。為防止頂管機進、出預留洞導致泥水流失，并確保在頂進過程中壓注的觸變泥漿不流失，必須在工作井安裝洞口止水裝置。

3、頂管施工的工藝

頂管施工又稱為頂進法施工，是指利用頂進設備將預制的箱形或圓形構造物逐漸頂入路基，以構成立體交叉通道或涵洞的施工方法。頂管施工需先在確定的管段之間設置工作井和接收井，然后在工作井內安裝推力設備將導軌上的頂管機頭推入土體，由機頭導向，將預制的鋼筋混凝土管向前頂進，前端土體通過工作井運出，最后完成管道鋪設。

3.1 頂管井的設計

頂管井分工作井與接收井兩種，頂管井的建造結構有很多種類，一般使用鋼筋混凝土結構。工作井的結構形式通常有單孔井和單排孔井。前者形狀有圓形、正方形、矩形等，后者則大多為矩形，它們的結構受力性能由高至低依次為圓形一正方形一矩形。結構布置時，可在井內設置內支撐，改善結構受力。在建造過程中，工作井按雙向頂進設計，與接收井間隔布置，間距與設計檢查井間距一致，施工完畢，在工作井和接收井的位置上按設計要求做檢查井。

3.2 頂管施工工序

①穿墻：打開穿墻悶板將工具管頂出井外，并安裝穿墻止水裝置，主要技術施工措施如下：a穿墻管內填夯壓密實的紙筋粘土或低強度水泥粘土拌和土，以起到臨時性阻水擋土作用;b為確保穿墻孔外側一定范圍內土體基本穩(wěn)定并有足夠強度，工作井工具管穿墻前，對穿墻管外側采取注漿固結措施;c穿墻前對可能出現(xiàn)的問題進行分析并制定相應處理措施;d悶板開啟后迅速推進工具管，同時做好穿墻止水，本工程采用止水法蘭加壓板，中間安入20mm厚的天然優(yōu)質橡膠止水板環(huán)，要求具有較高的拉伸率和耐磨性，借助管道頂進帶動安裝好的橡膠板形成逆向止水裝置，應防止因穿墻管外側的土體暴露時間過長而產(chǎn)生擾動流變。②頂管出洞：頂管出洞是頂管作業(yè)中一個很值得注意的問題，頂管出洞，即頂管機和第一節(jié)管子從工作井中破出洞口封門進入土中。開始正常頂管前的過程，是頂管技術中的關鍵工序，也是容易發(fā)生事故的工序。為防止管線出現(xiàn)偏斜，應采取工具管調零，在工具管下的井壁上加設支撐，若發(fā)現(xiàn)下跌立即用主頂油缸進行糾偏，工具管出洞前預先設定一個初始角彌補下跌等措施。③注漿減阻：在頂管施工中還有一個重要的技術措施就是通過壓注觸變泥漿填充管道周圍的空隙，形成一道泥漿保護套，起到支撐地層，減少地面沉降，減少頂進阻力的作用。在施工中，首先對頂管機頭尾部壓漿，并要與頂進工作同步，然后在中續(xù)間和混凝土管道的適當位置進行跟蹤補漿，以補充在頂進中的泥漿損失。注漿工序一般多應用于長距離頂管施工中。④頂管糾偏：糾偏是指機頭偏離設計軸線后，利用設置在后部的糾偏千斤頂組，改變機頭端面的方向，減少偏差，使管道沿設計軸線頂進。頂進糾偏是采用調整4臺糾偏千斤頂組的方法，進行糾偏操作，若管道偏左則千斤頂采用左伸右縮，反之亦然。如果同時有高程和方向偏差，則應先糾正偏差大的一邊。糾偏應做到在頂進中采用小角度分級逐步進行，勤調微糾。當頂管機頭發(fā)生旋轉時，可采取在管內的相反方向增加壓重塊或在中間站提供旋轉糾正力矩等方法糾正。

三、結語

頂管工藝的施工從技術上講是完全可行的，相對于開槽埋管從社會效益與經(jīng)濟效益上來講更具有優(yōu)越性。從根本上改變了城市管網(wǎng)亂挖現(xiàn)象;另外一方面從切實做到保護環(huán)境入手，加大推廣頂管施工技術力度勢在必行，可以預見未來的管線鋪設技術將以頂管工藝為支撐。

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