論頂管工程的施（shī）工技術

1 引言
 隨著現代施工地質（zhì）及自然環境的條件惡化，現代化城市對城 市環境的要求逐（zhú）年增（zēng）加，不開槽（cáo）施工方法在城市管道施工中越來 越受（shòu）到人（rén）們的重視。本文就頂管施工的類型（xíng）及適用條（tiáo）件以及（jí）施（shī） 工中應注意的要點進行了闡述。
 1 頂管工程工作原理
 頂管（guǎn）施工（gōng）是（shì）繼盾構施工之後而發展起來的一種地下管道施 工方法，它不需要開（kāi）挖麵層，並且能夠穿越（yuè）公路、鐵道、河川、地麵 建築物、地下構築物（wù）以（yǐ）及各種地下管線等。頂（dǐng）管施工借助於主頂 油（yóu）缸及管（guǎn）道間中繼間等的推力，把工具（jù）管或掘進機從工作井（jǐng）內穿（chuān） 過土層一（yī）直推到接收井內吊起。與此同時,也就把緊隨工具管（guǎn）或 掘進機（jī）後的管道埋設在兩井之間，以期實現非開挖（wā）敷設地下管道 的施工方法。
 2 頂管（guǎn）施工（gōng）的分（fèn）類
 1) 按頂（dǐng）管直徑大小可分為:大直（zhí）徑頂管、中直徑頂管、小直徑 頂管。
 2) 按頂進距離可分為（wéi）:短距離頂管、長距離頂（dǐng）管和超長距離 頂管。
 3 ) 按管材可分為:鋼管頂管、混凝土管頂管（guǎn）、玻璃鋼管（guǎn）頂管和 其他管材頂管。
 4 ) 按有無地下水可（kě）分（fèn）為:幹法頂管和水下頂管。
 5) 按管軸線可分（fèn）為:直線頂管和曲線頂管（guǎn）。曲線又分為水（shuǐ）平（píng） 曲線（xiàn）和垂直曲線，不同材質的管材和管節長度有不同的曲率半徑 的要求。
 3 工作（zuò）井和（hé）接收井的設計與施工
 3.1 形狀的選擇
 工作井平麵形狀一般分為矩形、圓形及多邊形幾種。由於矩 形工作井內部空間能較好的（de）被充分利用，且井壁可直接作為頂管 後（hòu）背牆使用，故矩形工作井為最常用的工（gōng）作井形式。
 3.2 工作場地選擇（zé）
 工作井選址應遠離房屋、地下管線、架空線路等不（bú）利於（yú）施（shī）工 的場所，同時應滿足堆放管道、注漿材料和泥漿沉澱池、渣土運輸 設備及運輸線路的要求。
 3.3 工作井（jǐng）的（de）尺寸確定
 工（gōng）作井（jǐng）的尺寸應滿足管道下（xià）放所（suǒ）需長度、機頭進出洞所需安 全距（jù）離、人員上下及施工操作所需（xū）空間，以及排放泥漿或棄土設（shè） 施的位置（zhì）等。
 工作井按深度可劃分為淺工作井和深工（gōng）作井,當井底至（zhì）地麵 高度大於1〇 m 時稱為深工作井，反之（zhī）稱為淺工作井。其深度涉 及吊裝的工作量及工作井的大小尺寸要求。
 1) 工作井長（zhǎng）度。
 a. 按（àn）設備長度計算（suàn）：
 L≥L1+L2+K 
 b. 按（àn）管（guǎn）段長度計算：
 L≥L2+L2++L3+K 
其中,L為工作井最小長度為頂進設備（bèi）長度 ;L2 為管（guǎn）段長度 ;L3 為千斤（jīn）頂長度;L4 為境（jìng）內保留（liú）管段最小長度 K為後座、鋼 頂（dǐng）鐵（tiě）、環形頂鐵厚度之和。
 2 ) 工作（zuò）井寬度。
 B=D+(2.0~2.4)
 其中為工作井寬度 ;D為管（guǎn）道外徑。
 3) 工作井深度。
 H = Hl +D + h 
其中，H1為管頂覆土厚度（dù）;D 為管道外徑（jìng）;h 為管道連接操作空（kōng）間高度。
 4 頂管設備的選擇
 1) 氣壓平衡頂管機:其原理是使挖掘麵與一（yī）定壓力的（de）壓縮空 氣相接觸,以疏幹挖（wā）掘麵土體（tǐ）內的（de）水分，同時（shí）達到穩定挖掘麵的（de） 要求。該工法缺點是:勞動條件較差，施工速度較為緩（huǎn）慢，同時施 工安全性較（jiào）差。
 2 ) 泥水平衡頂管機:其原理是通過帶壓力的泥漿與開挖麵接 觸 ，通過泥漿與接觸麵（miàn）的壓力平衡達到施工頂進目的。該（gāi）工法缺 點（diǎn）是:a.泥漿的存放和（hé）運輸較困難。b. 由（yóu）於為泥水施工，對環境 影響較大，故在市區內不宜采用。c.不適用於有大塊石或障礙物（wù） 的土層。d.對滲透性較大的土質需加人一定數量的穩（wěn）定劑，否（fǒu） 則 ，易出現塌方。
 3 ) 土壓平（píng）衡頂管機:其原理是通（tōng）過土倉（cāng）內（nèi）壓力和排（pái）土來（lái）平衡 地下土壓力和水壓力。該工法缺點為:a.在粒徑較大或砂礫石土 質中必須添加粘土或土體改良劑（jì）。b.遇（yù）較大障礙物則無法施工， 開工前需對地質進行詳細調查。
 5 頂管工程施工主要施工設備
 1) 工作井軌道。
 主要起到對管道的導向及控製平麵及高程位置的作用，同時（shí） 對鋼管還（hái）起到托架作用，主（zhǔ）要由（yóu）軌道支撐、導（dǎo）軌、整平（píng）螺栓組成（chéng）。
 2) 後靠板（bǎn）。
 也稱（chēng）為“後靠背”，主要起到傳遞油缸反力，同（tóng）時（shí）使其均勻分 散至後背牆，不讓後背牆因為應力集中而（ér）遭受破壞。 安裝時要注意（yì）與油缸軸線保持垂直，同時後背板與後座牆之 間（jiān）要緊（jǐn）貼，若有空隙則需用素混凝（níng）土（tǔ）或細砂（shā）填實。
 3) 油缸及千斤頂。
 小直徑頂管油缸規格推力以 150 t ~ 200 t 為宜，油缸行程（chéng）以 1500 mm ~1800 mm為宜。大（dà）中直徑頂（dǐng）管油缸推（tuī）力以200 t ~ 300t為宜，油缸行程以（yǐ）3000mm ~ 3500mm為宜。
 選（xuǎn）擇油缸推力太小則油（yóu）缸布置（zhì）數量過多 ,油缸推力過大，推力過（guò）於（yú）集中，則管材易破碎。
 4 ) 頂鐵。
 頂鐵的目的是保護（hù）頂進管材管口不受（shòu）破壞，同時可彌補油缸行程不足，因此，頂鐵（tiě）必須有足夠的強度和剛度（dù）。
 泥水平衡頂管時頂（dǐng）鐵大多是倒扣在導軌上，土壓平衡頂管時 頂鐵開口都是朝上的。 
5) 輸土（tǔ）和輸泥設備。
 土（tǔ）壓平衡頂（dǐng）管時是用螺旋輸送（sòng）機排（pái）土的，當距離短時可用人工手（shǒu）推車（chē）進行棄土工作，距離較長（zhǎng）時（shí）采用電瓶車牽引運土車將土 運至（zhì）坑外。當土（tǔ）質塑流性滿足要求時，可用土砂泵直接將（jiāng）棄土通 過輸送管道排至地麵（miàn）上。
 泥水輸送設備主要由排泥栗、進水泵、中間泵、管道、閥門等 組成。切除土體通過泥土倉不斷粉碎、加（jiā）水、揉和 ,其中被粉碎的 進人泥水（shuǐ）倉，通（tōng）過輸泥（ní）管道排至地麵。
 6 ) 注漿潤滑設備。
 注漿設備包（bāo）括盛漿設（shè）備、拌漿設備、注漿設備三類。一般注漿泵工作壓力僅在1MPa以下，即使長距離頂管注漿泵壓力亦不會超過2MPa ~ 3MPa。如果注漿壓力過高將會增（zēng）大管道頂力。
 7 ) 長距離頂管的通（tōng）風與換氣（qì）設備。
 一般可（kě）選壓人式或抽吸式通風、換氣裝置。常用通風設（shè）備有 軸流式抽出式風機和羅茨鼓風機等。
 8) 長距離（lí）頂管（guǎn）的供、配電設備。
 長距離頂管的（de）供、配電設備可分為兩種方式:一種是（shì）用全自 動補償式電力穩壓器來穩定電壓，另（lìng）一種是用1000V 高壓向管內供電，再用幹式（shì）變壓器（qì）降（jiàng）為380 V。
 6 頂管工程施工要點
 1)減阻（zǔ）技術。
 最常用為膨潤土觸（chù）變泥漿減阻。其（qí）作用（yòng）機理是根據管（guǎn）徑不 同，後續管節直徑一般比頂管機直徑（jìng）小20 mm ~ 50 mm，管道與周 圍土體（tǐ）之間存在間隙;糾偏對土體一側（cè）產生擠壓作用，而另一側 由於應力釋放也會形成空隙，因此在（zài）頂管過（guò）程（chéng）中會產生許多空 隙。注漿時，從注漿孔注人（rén）的泥漿首先（xiān）填補管節（jiē）與周圍土體之（zhī）間 的空（kōng）隙（xì），抑製（zhì）地層損失造成的地麵變形。泥漿與土體（tǐ）接觸後在壓 力作用（yòng）下向（xiàng）地層內滲透和擴散，短時間泥漿會變成凝膠（jiāo）體，充（chōng）滿 空隙,在注漿壓力的擠壓下，會形成相對密實、穩定的泥漿套從而 減少頂進過程中的摩擦阻力,減少地麵變形，增加施工（gōng）安全性。
 2 ) 頂力估算。
 施（shī）工（gōng）過程中（zhōng）的阻力（lì）由兩部分組成:a.頂管機迎麵（miàn）阻力；b.管 體外壁與土體之間的摩阻力。頂管距離（lí）越長（zhǎng）管壁所受的摩阻（zǔ）力越大。
 頂進鋼筋（jīn）混凝（níng）土管時（shí），頂力按下式計算:P=其中，P為頂力;i為計算頂進長度為管道長度單位自重 ; ™ 為土質係數。 3)頂管進出洞施工技術。
 a. 出洞施工要點。
 對埋深小於 10 m 的沉井（jǐng），可在沉井外側設置鋼板樁,同時在洞口進行（háng）磚封堵，頂（dǐng）管機出洞時先拆除臨時磚（zhuān）封堵，待頂管機進 洞後再拆除鋼板樁。
 為保證出洞口施工順利進行，可對土體進行加固措施，控製 土體（tǐ）的均（jun1）勻性和強度，必要時在出洞口兩側采用將水法疏幹地下水,以穩定土體。
 機（jī）頭出洞時，要將機（jī）頭和前幾節管道上端用拉杆連接好，並調好油缸編組，以（yǐ）防機頭出洞後磕頭。
 b. 進洞施工要（yào）點。
 覆土（tǔ）深度較深或土質較軟時（shí），應防（fáng）止（zhǐ）頂管機和前幾（jǐ）節關節後 退的情況發生。一旦發生後退現象，管道前方土體會發（fā）生塌陷。
 通常可在洞口安置電動（dòng）葫（hú）蘆，在油缸回縮（suō）時（shí）用（yòng）葫蘆拉近頂管 機不讓其產生後退（tuì）現象。對於（yú）含水（shuǐ）量較大的（de）土質,在機（jī）頭（tóu）進洞前 必須做好必要的加（jiā）固和降水工作，確保土體穩定，在有含承壓水 的土質中，還應做（zuò）好深井降水措施。
 4 ) 測量。
 頂進前（qián）需檢查基礎導軌的高程、平麵布置尺寸，確定（dìng）後背位 置,需不斷對管節的軸（zhóu）線、高程進行測量（liàng）。同時需對管線經過區 域地表變化進行及時測量，提供精確（què）數據，對地麵沉降及時分析， 才能對可能（néng）發生的不確定情況做出精（jīng）準判斷，及時控製。
 7 結（jié）語
 頂管工程作為地下管道非（fēi）開挖施工的一種，對交通繁忙、人 口密集、地麵結（jié）構較多（duō）及管線（xiàn）較（jiào）為複雜的市區施工有很（hěn）重要的實 際（jì）施工價值。在施工中需（xū）嚴格施工工藝、控製風險源、加強施工 單位技術力量、創造（zào）安全文明的施工（gōng）環境。