頂管技術在工程中的應用

　　摘 要：隨著我國現代化城市建設的不斷發展，水利工程基礎建設步伐的逐步加快，地下空間開發工程逐步增多，各種地理環境的特殊性也增加了地下工程建設的難度。本文結合工程實例對水利工程中的頂管施工技術進行了闡述。

　　關鍵詞：水利工程；頂管技術；設計；施工

　　頂管技術又稱非開挖管道敷設技術，它具有不需要開挖面層，就能穿越地面構筑物和地下管線吸公路、鐵路、河道的特點，相比開挖敷設技術，投資和工期將大大節省。同時，頂管施工技術可以降低噪音，減少粉塵，減輕對城區的交通條件和環境狀況的干擾和破壞，屬于真正的無污染、高效率的施工技術，故頂管施工必將在城市建設中得到廣泛的應用和發展。為了更好地保護城市環境，方便居民，生活，減少施工造成的交通影響，目前各個城市都在積極推行頂管施工技術。

　　1 工程實例

　　2 主要工程技術

　　頂管施工是一種不開挖溝槽而敷設管道的工藝，它運用液壓傳動產生強大的推力使管道克服土壤摩阻力頂進的施工技術，主要難點是臨近渠道水體，渠道水下滲引起的開挖面涌水或塌方破壞問題。

　　2.1 施工工序

　　現場調查→工程降水→測量放線→工作井定位與開挖→工作井基礎、導軌及附屬設施施工→后背設計與施工→頂進設備與設施準備→渠道必要的加固或停水→下管→挖土→頂進→測量校對→接口→附屬工程施工→壓漿。

　　2.2 前期準備

　　頂管施工屬于地下工程，影響施工的因素很多，施工前應探明地質，組織施工人員認真學習施工技術文件，了解施工范圍、管道沿線的地形、地質水文地質條件，完成作業范圍內地下管線等調查并保護，編寫好頂管施工技術組織設計，制定好可靠的進洞措施。

　　頂進施工前應根據設計資料，結合地形、地質情況，對涵管位置、方向、長度、出入口高程等進行校對，施工期應避開渠道供水高峰期和雨期。

　　工作井要保證施工期間連續排水要求，頂進作業應采取降水措施，地下水位應降至基底以下0.5～1.0m，經常保持頂管掘進機底部無積水現象，如遇積水，應及時排除，以防止土體基底軟化，雨期施工還應做好地面排水。

　　對涵管同時布置監測點，必要時監測頂進施工期間的渠底沉降量。

　　管道接口形式選擇鋼承口管（F型）接口形式，鋼套環與混凝土管處采用水膨脹橡膠止水圈止水，以防止結合面產生滲漏。施工前應檢查管道接口處護口鐵和承插口，鋼套環接口無疵點，焊接接縫平整，并經防腐處理，承插口處不得有缺棱掉角，對外觀質量及回彈強度不合格的管材應予立即退場。

　　2.3 總推力復核

　　總推力的大小確定，是以工作井能承受的最大推力、管材所能承受的最大推力和全程頂進所必須具有的推力這三者中的最小值為依據的，頂進施工前應進行復核。

　　根據地質勘探的結果確定管線穿越的土層的最大頂力計算公式為：

　　P=frD[2H+（2H+D）tan2（45°-φ/2）+ε/（rD）]L

　　式中：P為計算總頂力，kN；r為管道所處土層的重力密度，kN/m3；D為管道的外徑，m；H為管道頂部以上覆蓋土層的厚度，m；φ為管道所處土層的內摩擦角，°；ε為管道單位長度的自重，kN/m；L為管道的計算頂進長度，m；f為管壁與土間的摩擦系數。

　　考慮到頂管頂進采用人工在管前端開挖，因此，計算最大頂力時只考慮管道自重及土的側面土壓力和管道與土的摩擦力即可。

　　核算后背1m寬度上土壤的總被動土壓力，使土壁單寬上受力不大于土壤的總被動土壓力，1m寬度土壤的總被動土壓力計算公式為：

　　P=0.5rh2tan2（45°+φ/2）+2Chtan（45°+φ/2）

　　式中：r為土壤的重度，kN/m3；h為天然土壁后背的高度，m；φ為土壤的內摩擦角，°；C為土壤的黏聚力，kN/m2。

　　管材所能承受的最大頂進力（許用頂力）計算公式為：

　　式中：

　　[Fr]為許用頂力，kN；

　　σc為管體抗壓強度，kN/m2；

　　A為加壓面積，m2；

　　S為安全系數，取S=2.5～3.0。

　　3 技術要點

　　管涵頂進采用前高后低，坡度控制在3%左右，地下水位以下頂進時，工作坑要設在涵管下游，逆管道坡度方向頂進，有利于施工期間管道排水需要。

　　（1）頂管采用在管前先挖土，后頂進的手工掘進頂管法作業，開挖從上往下開挖，開挖面的坡度控制在1：0.75，軸線超挖量≤0.3m，渠底下適當減短，管節上部超挖量≤15mm，管節下部135°范圍內不應超挖，嚴禁擾動基底土壤，在頂進過程中應采取隨挖隨頂的原則和“勤測量、多微調、緊封閉”的操作方法。

　　（2）為控制頂進方向，應在涵管外50～100m處設置導向墩，控制點應設在不易擾動、視線清楚、方便校核、易于保護處。管節頂進中，每一頂程都要對中線和高程進行觀測，發現偏差及時糾正，左右偏差可采用挖土校正法和千斤頂校正法調整，上下偏差可采用調整刃腳挖土量或鋪筑石料等方法調整。

　　（3）液壓設備啟動時應空轉一段時間，檢查系統無異常后頂，頂進開始時，應緩慢進行，待各接觸部位密合后，再按正常頂進速度頂進，液壓千斤頂頂緊后（頂力約為0.1倍結構自重），應檢查頂進設備、后背設施和工作坑周圍土體穩定情況，無異常后分級加壓（5～10MPa為一級）試頂，并嚴密監測，當頂力達到0.8倍結構自重時涵管未啟動，應停止頂進，待找出原因采取措施后才可以重新加壓頂進，頂進中若發現油壓突然增高，應立即停止頂進，檢查原因并經處理后方可繼續頂進，頂進作業面上還應設專人監護。 （4）頂進作業應晝夜三班不間斷連續進行，不得長期停頓，防止造成阻力增大，增加頂進難度，或因中途停置地下水滲出，造成坍塌破壞。涵管頂進作業停頓時應使刃角有足夠的吃土量，當停頓時間較長，為防止開挖面的松動或坍塌，應對挖掘面及時采取正面支撐或全部封閉措施。

　　（5）在管道頂進施工中，應不間斷的測量并詳細記錄以下工藝參數：①頂進力；②管道在垂直高程和側向位置的偏離情況；③管道頂進長度等。記錄數據中必須包括如下信息：施工時間、施工現場的詳細位置、地層和地下水條件等，異常應停止頂進，分析原因并處理后方可繼續頂進。頂進中的施工記錄是提高頂進質量的保證，每班組按規范要求真實、清晰、完整地填寫好頂管記錄表格和施工中的情況，交接班時，必須認真交接清楚記錄，交清管道軌跡和糾偏趨向，并說明在頂進操作中所出現的問題及處理情況。

　　為了順利完成頂管接收工作，進洞口土體應采用門式加固法進行加固封門，即對所頂管道破堤處兩側和頂部一定寬度和長度范圍內的土體進行加固，以提高這部分土的強度，從而使涵管在進洞中不發生坍洞或涵管管頂不帶出土方現象。洞口加固采用低標號混凝土砌堵磚封門，也可用低標號的混凝土取代磚頭，涵管到達時把封門拆除。

　　4 結束語

　　頂管是非開挖埋設地下管道的工程技術之一， 對于開槽埋管從社會效益與經濟效益上來講更具有優越性。不需要修建圍堰或斷水進行施工，不破壞環境，施工受氣候和環境的影響較小，不影響管道的段差變形，降低工程造價顯著等優點，加強對工程實施過程中的監督管理，抓住關鍵問題和重要工序，嚴格遵守設計，旨在不斷地加強施工技術水平及保證工程的質量。

　　參考文獻

　　[2] 馬奮濤等. 市政給排水工程中的頂管施工技術[J].科技創新報，2009，（19）