顶管技术在市政给水管道施工中的应用
[摘 要]在市政给排水施工中采用顶管技术的案例越来越多，其施工的优势很明显，可以在很深的地下铺设管道；对交通的干扰小，无需隔断交通；可以穿越障碍物；施工噪音和振动都很小；对施工区域周围的影响很小；能够安全地穿越公路、铁路；在城区内施工如果地下水不十分丰富，以及管道埋深较浅的情况下经济性更好。
[关键词]顶管技术；市政给水；管道施工
中图分类号：TU991.05 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）36-0046-01
在市政工程的地下管道施工当中应用顶管技术，能够有效降低施工的占地面积，起到节约用地的目的；同时，顶管技术的应用可以减少管道施工活动对地面活动的不利影响，在工程施工期间仍然可以保证地面的正常交通和正常的生活生产活动。
一、顶管施工概述
非开挖管道敷设技术也称为顶管法，需要在施工时按设计的方案进行管道沿线的工作井和接收井设置，并在工作井内设置坚固的后座，吊进油压千斤顶以及要顶进的钢管或混凝土管，连接好照明、泥浆管、油管等，慢慢推进油压千斤顶，并利用压浆系统定型泥浆套包围管道，确保管道在泥浆套中滑行，通过激光经纬仪测量顶管的方向，根据实际情况调整，让钢管和混凝土管最终顶到接收井内。
二、顶管技术施工应用分析
2.1 顶进管及设备的选择
2.1.1 顶进管选择
钢筋混凝土管的规格设计、应力验算以及配筋都应遵守相关标准和技术规程。一般可以选择使用钢筋混凝土管，如果没有腐蚀要求则可选用钢管。顶进管的选择包括两个方面：首先，顶进管直径的选择。选择过程需要首先根据工程性质和需要确定其内径，并根据顶进管的受力确定配筋和壁厚从而确定外径。考虑到挖土工人会在顶管工程面上进行作业，一般选用管径必须不小于500mm；其次，是顶进管长度的确定。如果使用长管，在直线推顶情况下可以减少装管次数，但是，如果施工过程中路线发生偏移，偏离原定路线情况更为严重，恢复正确路线难度也比较大。同时，顶压坑的长度增大，挖坑、支护、回填及恢复费用相应增加。采用短管则会降低管路顶进的可控制性。
2.1.2 顶进设备的选择
顶进设备主要包括千斤顶、顶铁、高压油泵及运土设备等。
千斤顶是主要的掘进设备，应根据计算和实际情况进行选择。工具管包括开挖舱和操作舱。
2.2 顶管施工前期准备
2.2.1 现场平面布置
包括自动控制室、料具间、拌浆棚及拌浆材料堆场、起重设备、注水系统、管片堆场和弃土坑的布置。
2.2.2 顶管进、出洞处以及后靠土体加固
需在后靠土体以及进出洞区域进行高压旋喷桩加固，以确保顶管机出洞的安全。必须在工作井安装洞口止水装置以防止顶进管机进、出预留洞而导致泥水损失，同时确保不流失顶进过程产生的触变泥浆。
2.3 顶管施工工艺
顶管法施工是通过向基层中顶入预先制作好的构造物，进而形成工程所需的通道或涵洞。但在顶管施工前，应在目标管段内挖工作井及接收井，然后利用成型的井体，在顶管机头的导向下，进行顶管施工。
2.3.1 顶管井的设置
顶管井一般是指工作井及接收井，建筑结构多为钢筋混凝土结构，当土质条件较差时，可在井体内部布置径向支撑，防止出现孔体破坏或塌方。工作井按照结构布置的不同，可分为单孔井及单排孔井。单孔井截面形式可采用圆形、正方形或矩形，承载能力最大的截面类型是圆形截面，而承载能力最小的截面类型是矩形截面；而单排井截面形式则多选用矩形截面。应将工作井设置成与接收井间隔形式，并将间距设置成检查井的间距，这样以来，可将检查井的位置定在工作井及接收井的位置。在山东某市政给水管道的施工中，由于工程现场的地质条件较好，工作井可不采用钢筋混凝土结构，以降低工程造价，该工程工作井采取砖砌圆形倒挂井逆作法施工，工作井内尺寸直径根据顶管需要设置为4.3m，工作井井壁砖砌体厚度上部4m采取240mm，下部采用370mm。接收井内径3.5m，其余同工作井。所有工作井同时进行开挖、顶进，最短时间内完成顶管施工，以保证后续路基路面工程施工。
2.3.2 顶管施工流程
（1）穿墙。在穿墙施工操作中，应首先将穿墙闷板启开，并把工具管从井内顶出，随后设置穿墙止水设备。为保证施工质量，应注意控制以下几个施工环节：为防止施工环境中的水对管道施工造成影响，应在穿墙管道内填封填充料，一般填充料可选用低强度水泥粘土拌合土或纸筋粘土，以确保管道内密实；为避免穿墙孔部位出现强度不足，应在穿墙操作进行前，在穿墙管的外侧进行注浆固结；在推入工具管时，动作应快捷，并保证穿墙防水设施工作性能良好；根据大量顶管施工经验，对穿墙过程中易出现的问题做好预案，争取减少误工时间。在南方某顶管施工中采用了止水法兰加压板，在其中部设置2cm厚的拉伸率及耐磨性能都较好的天然优质橡胶止水板环，在管道顶进过程中可形成止水效果较好的逆向止水设备，应注意对穿墙管外侧土体进行保护，防止受到扰动。
（2）顶管出洞。顶管出洞是顶管施工过程中易出现问题的环节，需对该施工步骤进行重点控制。下管前应先对管子进行外观检查，主要检查管子有无破损及纵向裂缝；端面要平直；管壁无坑陷或鼓泡，管壁应光洁。检查合格后的管子方可用起重设备吊到工作坑的导轨上就位，起重设备以检查、试吊，确认安全可靠方可下管。
下管时工作坑内严禁站人。当距导轨小于50cm时，操作人员方可进坑工作。第一节管放到导轨上，测量管子中心及前端和后端的管底高程，确认安装合格后方可顶进。第一节管作为工具管，顶进方向与高程的准确，是保证整段顶管质量的关键。因此，必须认真对待此项工作。顶进时可采用液压千斤顶作为主顶，顶进开始时，先缓慢进行，待各接触部位密合后，再按正常速度顶进。顶进若发现有油路压力突然增高，应停止顶进，检查原因经过处理后方可继续顶进，回镐时，油路压力不得过大，速度不得过快。挖出的土方要及时外运，及时顶进，使顶力限制在较小范围内。
（3）注浆减阻。当顶管施工的长度较长时，应在管道周围进行注浆护壁，使管道周围表面土体更加坚实、平整，进而可对土体起到有效支撑，防止地面出现大面积沉降，还可有效降低在管体顶进过程中受到的摩擦力。
（4）安装工具胀圈。为了有利于导向，顶进的前数节管中，在接口处应安装内胀圈，通过背楔或调整螺栓，使用胀圈与管壁紧成为一个刚体。胀圈一定要对正接口缝隙。安装牢固，并在顶进中随时检查调整。
（5）纠偏。超挖纠偏方法，偏差为10――20mm时，可采用此方法，即在管子偏向的反侧适当超挖，而在偏向侧不超挖甚至留坎，形成阻力，使管子在顶进中向阻力小的超挖侧偏向，逐渐回到设计位置；千斤顶纠偏法，用小型千斤顶顶在管端偏向的反侧内管壁上，另一端斜撑在有垫板的管前土壁上，支顶牢固后，即可进行纠偏；顶木纠偏法，适用偏差大于20mm时。
2.4 细节控制
导轨安装在工作井内砼垫层上，安装牢固，以保证在管道顶进时不发生位移；导轨安装的轴线偏差≤3mm，顶面高程误差控制在0――3mm，两轨内距误差为±2mm；管节接口，管节接口主要由外套环（钢套环）橡胶止水带和软木衬垫组成。钢套环在加工处至现场运输吊装过程中不能变形，接口不损坏，以确保管节在对接过程中，橡胶带不移位、不翻转，确保管节的密封性，同时，钢环套在进场前还必须做好防腐处理；采用专门变压器供电，各临时用电线路独立供电，电缆线截面积统一用240（mm）2，所有接地都采用重复三棒式接地。
结束语
市政给水管道施工建设的好坏，会直接影响到城市的相关水利设施建设，关系到国民经济的发展，顶管施工技术是市政给水管道施工的重要技术，具有较高的社会效益和经济效益。施工建设单位应高度重视，加大顶管施工技术的使用推广力度，制定相关的及时实施标准，让城市给水管道设置更合理安全，促进城市发展和经济增长，不断推进可持续发展进程。
参考文献
[1] 周先桂.顶管施工在市政道路给排水管道中的应用研究[J].企业导报，2011（16）.
[2] 赵剑伟.顶管技术在市政工程中的应用研究[J].价值工程，2011，（07）.