市政给水管道顶管施工技术探讨
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作者: 王明新 曲林
摘 要：顶管施工是一种管道非开挖施工技术，能够减小管道施工对现状道路、建（构）筑物的破坏，施工噪音和振动都非常小，对周围环境影响小，管道开挖量小等优点。结合工程实例探讨了市政给水管道的顶管施工技术。
关键词：给水管道 顶管施工 顶管机
中图分类号：TU99 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）04（c）-0060-02
1 工程概况
某市自来水公司一条供水主干管，其管径为DN1600壁厚16 mm，材质为Q235B钢管，由于该管道需要穿越一条重要的现状城市主干道，道路车流量较大，道路下面管线较为复杂，且涉及到军用通信及输油管线，如果采用常规的开挖沟槽来埋设管道，将会给交通及各种地下管线的正常运营带来严重影响，并且道路管线迁改还建造价较高，因此本项目经过技术经济等各方面的方案比选之后，决定采用顶管施工。管道顶管全长65 m，管道埋深约6 m左右。
2 顶进设备的选择与就位
顶进机的主要组成系统包括动力系统、主壳体、液压系统、电气控制系统、中继间等部分。这些设备选择和准备好后，开始就位。先应安装好基坑导轨，在工作井施工时，在底板基础上预埋钢板，应具有足够的强度和刚度，并在钢板上锚固钢筋，采用焊接固定的方法使导轨与之焊接，安放导轨后，应在两侧采用型钢进行固定，必要时可采用混凝土浇筑加固，以防导轨在受到撞击的情况下发生变形或位移。施工之前还应安装好顶管承压壁，即承受和传递全部顶力的后座墙，在钢筋混凝土后背墙前加设一块钢后背，其厚度约30 mm左右，钢后靠应与轨道轴线垂直，工作井后靠施工时须保证与顶进方向垂直。施工前还应安装好起重系统与工作平台，起重系统可用来下钢管、更换顶铁以及吊装小型设备，可采用25～50T汽车吊，吊车沿顶进轴线出洞口布置；工作平台采用型钢搭建，其上布置主顶动力站和操作台，顶面还应搭设防雨防冲击顶棚。
3 施工平面布置
顶管工作井区布置应在满足顶管施工的前提下遵循少占地、减小噪声影响和场地环境的破坏、便于管理等原则。
（1）场地平面施工布置。场地平面布置应充分考虑各个环节的施工便利，主要内容包括存管及下管、供电系统、设备控制室、触变泥浆设备、生产用水、施工道路、场地排水等。本工程现场已经存在施工便道，在现场安排一台25 t履带式吊车，吊车边设置成品管存放地，以便现场管节的吊装及井下拼接管节。泥浆搅拌、储存、输送设备设置在工作井右侧。在工作井一侧设三级泥水沉淀池；顶管施工时，地下挖弃土通过泥水管路系统排出，选用两台泥水泵，分别放在基坑的上侧和下侧作为送泥泵和排泥泵，管路采用直径为40 mm的无缝钢管，基坑内设有旁通装置等。中央控制室及主顶动力站设置在工作井右侧，工作井施工区域采用全封闭彩钢板维护，并在井上口四周采用钢管焊接设置安全扶栏。
（2）工作井内布置主要机具设备：主推进千斤顶、中继间泵站、电焊机、洞口密封环、顶铁及排泥泵。此外，还应布置好各种管与线，包括排泥管、泥水管、空气管、各种电缆、照明及通风。管道内的照明采用24 V安全电压，由工作井内操作平台上的配电箱供电。管道内还设有应急照明系统，以作为故障停电时使用，方便施工人员的安全撤离。
4 顶管施工工艺
（1）穿墙。在穿墙施工操作中，应先开启穿墙闷板，从井内顶出工具管，并设置穿墙止水设备。为防止管道施工受到外部环境水的影响，可在穿墙管道内填封低强度水泥粘土拌合土或纸筋粘土等填充料，以保证管道内密实。穿墙操作前可在穿墙管外侧进行注浆固结，以防止出现墙孔部位强度不足的现象。根据大量顶管施工经验，应提前针对此环节容易出现的工程问题制定紧急应对措施，以最大限度地减小对工程质量及施工进度的影响。本项目中采用了止水法兰加压板，在其中部设置厚度为2 cm的天然优质橡胶止水板环，其拉伸率及耐磨性能都很好，这样在管道顶进过程中起到逆向止水的效果。
（2）机头就位、开洞门。在工作井前壁墙沿管外壁上方环向200～300 mm间距打入棚架管，然后注入水泥浆来加固土层，以提高开洞门时的安全性。开动千斤顶将机头顶到距离洞门35 mm处停下，凿除洞口封门，并割除型钢或钢筋。洞门的直径应当比机头外径大，若已经提前埋好环形套管，则其内径也应比机头外径大。安装好密封止水胶圈后，机头应及时顶入洞口后下设备段，转接油管、电缆及泥水管后继续顶进，机头脱离导轨后并测量机身高程、坡度满足要求与否，若出现较大偏差就应采取措施进行纠偏。
（3）下管。下管前应先认真检查管子外观，端面要平直，管壁应光洁无坑陷或鼓泡，管子应无破损及纵向裂缝，检查合格后的管子方可下管。下管时工作坑内严禁站人，操作人员在管道接近导轨时方可进坑工作，第一节管下到导轨上，按照施工图上的位置来确定管道中心线，并测量管子中心及前端和后端的管底高程，符合要求后和机头导向环连接牢固，确认安装合格后方可顶进。
（4）顶进施工。开始顶进前对机械设备进行全面检查，包括照明、通风、电气、液压、压力表、测量工具、传感器等性能是否正常，对它们进行联动调试合格后方可开始顶进。第一节管作为工具管，顶进方向与高程准确与否会对整段顶管施工的质量产生较大的影响，所以应严格控制好。顶进时可采用液压千斤顶先缓慢进行，等到各接触部位密合后，再按正常速度顶进。顶进时应根据初始顶进所得的参数设定正面土压力，然后在压力平衡控制器中输入，后期顶进过程中可靠压力平衡控制器自动控制正面土压力。顶进过程中每顶一节管子测量一次顶进轴线，发现偏差超出误差范围后及时进行纠偏；还应对机头前10～后20 m的地面沉降监测点进行测量，对于沉降过大的应及时采取有效措施减小沉降幅度。当顶管施工的长度较长时，应在顶进的同时进行管道外围注浆护壁，以保证管外围充满泥浆套，使管道周围表面土体更加坚实、平整，避免地面出现大面积沉降，并且减小顶进过程中的阻力。顶进速度宜控制在3～4 cm/min；顶进若发现油路压力突然增高应停止顶进，查明原因并采取应对措施之后才能继续顶进。在顶进中若遇到这些情况时：管位偏差过大且校正无效，发生塌方或者遇到障碍物，顶铁发生扭曲，后背倾斜或者严重变形，等等，应立即停止顶进，并迅速采取有效方法处理妥善之后方可继续施工。
（5）进洞及后期收尾工作。在顶管进洞前10进行贯通测量，应保证顶管机接近接收井时提前打开接收井的洞门。顶管机进入接收井后，应尽快与管道分离，然后从接收井吊出，并用柔性材料进行填封，再将管道与洞口的空隙采用快速水泥进行封堵密实，洞口临时密封处理以不漏水为度。顶管工程完毕72 h后，才可安装自来水钢管，经试压验收合格后，对工作井、接收井进行回填。
本给水管道项目通过采用顶管施工技术，有效的避免了对现状道路的开挖及对各种管线设施的破坏，通过工程中采用合理的技术措施，有效避免了管道施工引起的路面沉降，带来了较好的经济效益和社会效益。
参考文献
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[4] 魏纲.顶管工程技术[M].化学工业出版社，2011.
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