顶管施工技术在市政施工中应用

顶管技术是一种非开挖技术，其在国外已广泛使用，在国内也已逐渐普及。由于不开挖地面，所以能穿越公路、铁路、河流，甚至能在建筑物底下穿过。它很适合运用到市政工程，是一种能安全有效地进行环境保护的施工方法，对城市环境的影响能降低到最低点。它不但能克服传统开挖法施工的缺点，而且还有很多的优越性。
一、顶管施工技术的优势
1、顶管施工，不开挖地面，能穿越公路、铁路、河流，甚至可以在建筑物底下穿过，是一种安全有效地进行环境保护的施工方法。
2、顶管施工管道的上部土层未经扰动，管道的管节端不易产生段差变形，管材寿命大于开挖埋管施工的管材。
3、采用房下顶管施工方法能节约大笔征地拆迁费用，减少动迁用房，缩短了管线长度。
4、随着顶管施工技术的发展和应用范围的扩大，顶管机械设备的性能越来越适应各种土质。顶管施工特别适用于中小型管径的管道非开挖铺设。
二、顶管技术在市政工程中的应用
目前，在城市管网施工时，许多城市都存在马路反复开挖的现象，严重防碍了市区的交通，困扰了居民生活，缩短了路面的寿命。配套的电讯、自来水、煤气、排水、路灯、城市坐标、候车亭、广告箱、路牌、电话亭、治安岗亭等都要发生反复拆建才行，这无疑增加了对城市设施的破坏和施工的难度，城市这方面的问题显得尤其突出。
顶管施工技术在市政管网中的应用主要包括:
1、旧城改造过程中，由于多年形成的各种管网相互交错，很多管线地下位置不明，原始资料丢失或不全等因素，市政管网铺设时无法对地面进行有效开挖。
2、城市架空线路遇交通干线、繁华街道、文物古迹，铁路或江河阻截，需转入地下过渡。
3、当污水管道直径较大(Φ600mm 以上)，而施工现场周边环境受限，无法采用明沟开挖来埋管施工管道。
三、顶管工艺技术的基本原理
顶管法施工是借助主顶油缸及管道间中继间等的推力，将工具管或掘进机从工作坑内穿过土层一直推到接收坑内吊起。与此同时，也就把紧随工具管或掘进机后的管道埋设在两坑之间。对于长距离顶管，由于主油缸的顶力不足以克服管壁四周的土体摩阻力和迎面阻力，常将管道分段，在每段之间设置由一些中继油缸组成的移动式顶推站即中继间，且在管壁四周加注减摩剂以利于长距离管道的顶推。
1、顶管施工与开挖施工法相比，具有以下优点：（1）开挖部分仅仅只有工作坑和接收坑，而且安全、对交通影响小；（2）在管道顶进过程中，只挖去管道断面部分的土，挖土量少；（3）建设公害少、文明施工程度高；（4）在覆土深度大的情况下，施工成本低。
2、与开挖施工法相比较，顶管施工存在以下不足：（1）曲率半径小而且多种曲线组合在一起时，施工就非常困难；（2）在软土层中容易发生偏差，而且纠正这种偏差又比较困难，管道容易产生不均匀下沉。
四、几种常用的顶管法施工分析
1、泥水式顶管法
泥水平衡掘进机机型的种类：在顶管施工的分类中，把用水力切削泥土以及虽然采用机械切削泥土而采用水力输送弃土，同时有的利用泥水压力来平衡地下水压力和土压力的这一类顶管形式都称为泥水式顶管施工。在泥水式顶管施工中，要使挖掘面上保持稳定，就必须在泥水仓中充满一定压力的泥水，泥水在挖掘面上可以形成一层不透水的泥膜，它可以阻止泥水向挖掘面里渗透。同时，该泥水本身又有一定的压力，因此，它就可以用来平衡地下水压力和土压力。这就是泥水平衡式顶管最基本的原理。
泥水式顶管施工有以下优点：（1）适用的土质范围比较广，如在地下水压力很高以及变化范围较大的条件下，它也能适用。（2）可有效地保持挖掘面的稳定、对所顶管子周围的土体扰动比较小。因此，采用泥水式顶管，特别是采用泥水平衡式顶管施工引起的地面沉降也比较小。（3）与其他类型顶管比较，泥水顶管施工时的总推力比较小，尤其是在粘土层就表现得更为突出。所以，它适宜于长距离顶管。（4）工作井内的作业环境比较好，作业也比较安全。（5）由于泥水输送弃土的作业是连续不断地进行的，所以它作业时的进度比较快在粘土层中，由于其渗透系数极小，无论采用的是泥水还是清水，在较短的时间内，都不会产生不良状况，这时在顶进中应考虑以土压力作为基础。在较硬的粘土层中，土层相当稳定，这时，即使采用清水而不用泥水，也不会造成挖掘面失稳的。然而，在较软的粘土层中，泥水压力大于其主动土压力，从理论上讲是可以防止挖掘面失稳的。但实际上，即使在静止土压力的范围内，顶进停止时间过长时，也会使挖掘面失稳，从而导致地面下陷。这时，应把泥水压力适当提高些。
2、土压式顶管法
土压平衡式顶管的基本原理是通过机头前方的刀盘切削土体并搅拌，同时由螺旋输土机输出挖掘土体的一种顶管方法。在土压机头的前方面板上装有压力感应装置，操作者通过控制螺旋输土机的出土量以及顶速来控制顶进面压力，与前方土体静止土压力保持一致即可防止地面沉降和隆起。
土压平衡顶管施工有两方面的基本内容:第一，项管掘进机在顶进过程中与它所处土层的地下水压力和土压力处于一种平衡状态；第二，它的排土量与掘进机推进所占去的土的体积也处于一种平衡状态。只有同时满足以上两个条件，才能算是真正的土压平衡。采用土压平衡顶管掘进机施工有以下优点：（1）适用的土质范围非常广。它可以适用于淤泥，也可适用于砂砾及卵石层，几乎是一种全土质的顶管掘进机。（2）能保持挖掘面的稳定。（3）施工时的覆土可以很浅，最浅为0.8 倍的管外径。这是其他任何形式的顶管施工所无法做到的。手掘式顶管覆土太浅易塌陷；泥水式易冒顶。（4）弃土的运输、处理都比较方便、简单。（5）作业环境好。没有泥水式那样的泥水处理装置等。如果采用土砂泵输土，则作业环境更好。（6）操作方便、安全。不需要泥水式的泥水循环系统。
五、顶管施工应注意的几个问题
1、工程地质和水文地质条件：施工前必须了解土层的变化情况；对于要经过回填土的地带，需要提前加固处理，避免施工过后地表有过大幅度的下沉。
2、有毒有害气体的检测和预防：顶管施工通过的地层一般都会有淤泥层，腐烂的动植物会在地下生成有毒有害的气体，顶管施工过程中，需要定时监测管内有毒有害气体的含量，及时通风换气，确保安全。
3、地下管线的提前探察：顶管施工时提前查明其它地下管线的埋设深度，走向位置等，不仅有利于顶管施工工程的顺利进行，而且对于保证其它地下管线的安全。
4、穿越建筑物时对基础的探察：顶管在建筑物基础下施工时，需要明确施工路线上所遇到的建筑物基础类型，对部分不稳定的基础，顶管顶进前可以采取托换、加固措施。
5、顶进计算；根据准确计算顶进推力等计算结果，选用相应的油缸类型和确定中间的分布；通过工作设计，根据计算得到最大顶力，提出工作井的加固方案。
六、结束语
顶管施工具有对公路、河流、建筑物扰动很小，不会影响到既有建筑物和构筑物的使用；地下施工噪声低，土方和泥浆集中排放，对环境的破坏很小；施工进度快等特点。所以，顶管施工广泛应用于地下管道、过街隧道等市政工程中。顶管的应用，无论在规划还是市政施工方面，都具有相当大的优势，提供了更多的选择。