排水工程顶管施工技术分析

城市排水设施，是保证城市地面水排除，防治城市水污染，并使城市水资源保护得以良性循环的必不可少的基础设施。排水工程的质量直接影响到人民的生活质量，因此排水工程的规划、设计、施工，都必须详细进行方案的技术经济比较，尽可能采用成熟的新技术、新材料、使工程最大限度地满足生活和生产的需要。由于顶管施工技术不需要挖开地面，将作业面移入地下，从而避免了对地面交通的影响。穿越铁路、公路、河流、建筑物等障碍物铺管，或在城市交通繁忙的道路下铺管，能够减少对城市的污染，提高经济和社会效益，因而近年来受到广泛的应用和迅猛的发展。

1顶管施工的优越性

顶管施工与传统开槽施工相比，土方开挖和回填工作量减少很多;不必拆除地面障碍物，一般也不必拆除浅埋地下障碍物，施工占地面积减少很多;不会影响地面交通，能消除冬季和雨季对开槽施工的影响;穿越河底敷设管道时既不影响正常通航，也不需要修筑围堰或进行水下作业;不会因管道埋设较深而增加开挖土方量;工程立体交叉施工时，不会影响上部工程施工;管道不必设置基础和管座;施工噪音以及震动小，可减少施工过程中对管道沿线的环境污染。

2顶管施工准备

2.1顶管施工方案的选定应根据施工沿线的地形、工程和水文地质、交通状况、地上建筑物、地下管线和有无地下障碍物等实际情况和对地表变形控制的要求综合考虑后作出选定，必须确保安全，保证质量，经济适用，节约用地。

2.2顶管的施工方案的顺序，应从整个排水系统考虑，一般宜从下游开始，在进行起始掘进段顶管时，应选择施工条件较好、技术风险较少，顶程较短的地段进行，同时作必要的现场技术数据的测试和分析工作，以便了解地下实际土质，适应施工环境，掌握顶管设备运转规律，合理组织操作人员，通过起始掘进段的顶进小结，进一步调整各项施工技术参数，优化下一步顶管施工工艺。

2.3所有顶管设备必须经过维修保养，经检验合格后方可运入施工现场。在进入工作坑安装时必须进行单机和整机联动调试，在顶进中必须贯彻例行保养制度。

2.4应按保证工程质量、安全、文明施工、保护地面建筑物与地下管线、维持道路交通等要求，根据不同的工程地质、水文地质与施工环境和条件合理选择顶管机头。

2.5在综合考虑了上述各种因素后，合理选择顶管和施工方法。

3顶管施工工艺

3.1顶管基本原理。顶管施工的基本原理为：先开挖工作坑，再按照设计管线的位置和坡度，在工作坑底修筑基础、设置导轨，把管子安放在导轨上顶进。顶进前，在管道端开挖坑道，然后用千斤顶将管道子顶入。一节管顶完，再连接一节管子继续顶进。

3.2顶管施工工艺流程。测量放线—工作井施工—设置平台—安装后背—铺设导轨—顶铁、顶镐、油泵就位—复测高程及中心线—安装钢管—穿墙—顶进—出土—管道壁注入泥浆—复测、矫正管道中心线—工作坑回填。

3.3顶管工艺的选择。在黏性土或砂性土层，且无地下水影响时，宜采用手掘式或机械挖掘式顶管法;当土质为砂砾土时，可采用具有支撑的工具管或注浆加固土层的措施;在软土层且无障碍物的条件下，管顶以上土层较厚时，宜采用挤压式或网格式顶管法;在黏性土层中必须控制地面隆陷时，宜采用土压平衡顶管法;在粉砂土层中且需要控制地面隆陷时，宜采用加泥式土压平衡或泥水平衡顶管法;在顶进长度较短、管径小的金属管时，宜采用一次顶进的挤密土层顶管法。

4顶管施工过程中常遇到的问题及其防止措施

4.1在顶进过程中压力突然增大。首先要分析原因是以下几种情况引起的：工具管前段遇到障碍物，管道轴线偏差形成弯曲;减阻介质注入不及时或不足;顶进设备发生障碍;停顶时间过久等几种情况引起的。

防止措施：顶进过程中严格执行勤测量、勤纠偏，小量纠偏操作要求。按不同的地质条件配置适宜的泥浆，并做到“同次、及时、足量”。施工前对设备进行认真的验收保养，发生故障及时排除。

4.2地面的沉降与隆起。顶管施工过程中或施工后，在管道轴线两侧一定范围内发生地面沉降与隆起，使管道周围建筑物和道路交通及管道等公用设施受到影响，甚至危及到正常使用和安全。

原因分析：(1)开挖端面的取土量过多或过少，使工具管推进压力与开挖土体压力不平衡，造成地面沉降与隆起。(2)管道轴线偏差或纠偏不当造成的地层土体损失。(3)管道外围环空隙引起的地基土体损失或顶管完成后未置换泥浆造成的土体损失。

防止措施：(1)施工前应对工程地质条件和环境情况进行周密细致的调查，制定切实可行的施工方案，正确选用工具管，并对距离管道近的建筑物和其他设施采取相应的加固保护措施。(2)设置测力装置，以便掌握顶进压力，保持顶进压力与前端土体压力平衡。(3)严格控制顶管轴线偏差，执行勤测量、勤纠偏、小量纠偏的操作方法。

4.3工具管沿圆周方向旋转，使顶进操作发生困难。

原因分析：(1)工具管前端上层软硬不均匀，使工具管受力不均匀，造成工具管向土层软的方向旋转。(2)顶进千斤顶及油路布置不合理，千斤顶之间存在着顶进时间差，使顶进合力线偏移，造成工具管旋转。(3)顶管轴线偏差时，纠偏量过大，使工具管发生旋转。

预防措施：(1)遇前端土层软硬不均匀，采取多控硬、少控软的办法。(2)顶进前应将千斤顶逐台试好，要采用同规格油缸，并使液压泵到千斤顶之间的距离相等、管径一致。(3)严格控制轴线的偏差，执行勤测量、勤纠偏，小量纠偏的操作方法。

治理方法：(1)可采用单侧配重的方法加以纠正。(2)可以利用纠偏同旋转间的规律，配合上下方向的纠偏，造成一定的左右偏差使工具管得到一个反方向旋转的力，将工具管逐渐纠正。

4.4钢筋混凝土管纵向和环向有明显裂缝，造成管道漏水。

原因分析：(1)管节质量不合格。(2)顶进过程中顶力超过管节的承压强度使管节损坏，或轴线偏差较大，致使管节应力集中而损坏。(3)运输、装卸、码放安装方法不当造成管节损坏。

预防措施：(1)严格执行各管节质量验收标准。(2)顶进时应严格控制管道轴线偏差，控制顶力在管节允许的承压范围之内。(3)在管节运输过程中采取管垫等保护措施，并应做到吊(支)点正确，轻装轻卸。

治理方法：认真分析裂缝产生的原因和性质，根据不同的受力情况分别采用不同的治理方法，处理后保证结构原有承载能力、整体性，如果仅仅是渗漏，可采用环氧水泥砂浆或化学注浆的方法进行处理。

结语

顶管施工技术难度较高，需要详细的工程地质和水文地质勘探资料，在软土层中容易发生偏差，而纠正这种偏差又比较困难，管道容易产生不均匀下沉，会影响工期。但总的来说相对于传统开槽埋管从社会效益与经济效益上更具优势。城市建设的不断发展，对排水工程的要求越来越严格，应用顶管施工技术可以更灵活的布置排水管道，使其布局更加合理。随着顶管施工技术日趋成熟，在排水工程中会更广泛的得到应用。

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