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摘要：近年来，顶管施工技术在中国得到迅速发展，并广泛应用于给排水管道工程。本文对顶管施工方法应用进行了分析，简述了顶管施工法铺设管道的优势，推动给排水管道的顶管施工，加强对顶管施工关键质量控制。
关键词：给排水管道顶管施工质量控制
Abstract: in recent years, the pipe jacking technology in China is rapidly developing, and widely used in water supply and drainage pipeline engineering. In this paper, the pipe jacking construction method are analyzed, and expounds the pipe jacking construction method of laying pipes advantage, water supply and drainage pipeline push the pipe jacking construction, strengthen the pipe jacking construction key quality control.
Keywords: water supply and drainage pipe pipe jacking construction quality control
中图分类号： TV523文献标识码：A文章编号：
1 顶管施工应用分析
1.1 顶管施工的前期准备
1.1.1 为确保顶管机出洞的绝对安全，需对后靠土体及进、出洞区域土体进行高压旋喷桩加固。为防止顶管机进、出预留洞导致泥水流失，并确保在顶进过程中压注的触变泥浆不流失，必须在工作井安装洞口止水装置。以加固顶管机进、出洞处以及后靠土体。
1.1.2平面总体布置包括起重设备、自动控制室、料具间、管片堆场、拌浆棚及拌浆材料堆场、注水系统、弃土坑的布置等。始发工作井内安装发射架、顶管机、前顶铁、主推千斤顶、反力架等顶进设备，工作井边侧设置下井扶梯供施工人员上下。
1.2顶进管的选择
1.2.1 顶进管直径的选择
顶进管的直径选择是首先根据工程性质、工程需要确定内径，根据顶进管所受荷载确定砼管的配筋及壁厚，进而确定外径。因为顶管工程工作面上需要配备挖土工人，所以一般管内径不小于500mm。
1.2.2 顶进管长度的选择
一般情况下，管长度须相对于管径来衡量，当L/D外≤1.10时，为短管；当L/D外=1.15时，为标准管；当L/D外≥2.10时为长管。但随着管长度的增长，如果偏离原定的路线，使之恢复正确路线要比使用短管更加困难。建造顶压坑时顶压坑的长度也要增大，挖坑、支护、回填、修复的费用将相应地增加。反之，在直线上推顶很短的管也较困难，因为短管比较容易向周围土层中挤入，致使整个管列呈蛇形弯曲，这便降低了管路顶进的可控性。所以，顶进管的长度对顶管过程的可控性和经济性有很大的影响。在直线推顶的情况下使用长管可以减少装管的次数，并取得良好的效果。
1.3 顶管施工的工艺
顶管施工又称为顶进法施工，是指利用顶进设备将预制的箱形或圆形构造物逐渐顶入路基，以构成立体交叉通道或涵洞的施工方法。顶管施工需先在确定的管段之间设置工作井和接收井，然后在工作井内安装推力设备将导轨上的顶管机头推入土体，由机头导向，将预制的钢筋混凝土管向前顶进，前端土体通过工作井运出，最后完成管道铺设。
1.4顶管井的设计
顶管井分工作井与接收井两种，顶管井的建造结构有很多种类，一般使用钢筋混凝土结构。工作井的结构形式通常有单孔井和单排孔井。前者形状有圆形、正方形、矩形等，后者则大多为矩形，它们的结构受力性能由高至低依次为圆形一正方形一矩形。结构布置时，可在井内设置内支撑，改善结构受力。在建造过程中，工作井按双向顶进设计，与接收井间隔布置，间距与设计检查井间距一致，施工完毕，在工作井和接收井的位置上按设计要求做检查井。
1.5顶管施工工序
1.5.1穿墙：打开穿墙闷板将工具管顶出井外，并安装穿墙止水装置。
1.5.2顶管出洞：顶管出洞，即顶管机和第一节管子从工作井中破出洞口封门进入土中。顶管出洞是顶管作业中一个很值得注意的问题。
1.5.3注浆减阻：在顶管施工中还有一个重要的技术措施就是通过压注触变泥浆填充管道周围的空隙，形成一道泥浆保护套，起到支撑地层，减少地面沉降，减少顶进阻力的作用。
1.5.4顶管纠偏：纠偏是指机头偏离设计轴线后，利用设置在后部的纠偏千斤顶组，改变机头端面的方向，减少偏差，使管道沿设计轴线顶进。
2 顶管施工法铺设管道的优势
2.1顶管施工是顶管铺管技术的一种,其在国外已广泛使用,在国内也已逐渐普及。于不开挖地面,所以能穿越公路、铁路、河流,其至能在建筑物底下穿过,是一种能安全有效地进行环境保护的施工方法,堪称为环境保护施工时的环境保护。
2.2顶管工艺不仅仅用于管线铺设,它还具有灵活的排管施工方式。更为重要的是顶管施工作为一种工艺,它不仅仅铺设管线,它在管棚施工方面也具有优势。
2.3顶管施工范围的扩大,顶管机械的性能越来越适应各种土质。顶管特别适用中小型管径管道的非开挖铺设。
2.4采用房下顶管施工法能节约一大笔征地拆迁费用,减少动迁用房,缩短管线长度,有很大的经济效益。
2.5顶管施工不开挖地面,故而被铺设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,其管寿命亦大于开挖法埋管。
3 顶管施工关键质量控制
3.1在顶管施工前应对场地进行详细的勘察
勘察内容包括工程地质和水文地质情况,了解土层变化情况及地下水位情况;对地下管线的探查;穿越建筑物时对建筑物基础的探查。顶管机械的选择应根据所经过场地的地质情况合理选用。泥水平衡、土压平衡、气压平衡及人工掏土等型式的机头各有其适用范围,不同型号的机头各自的特点也不一样,在顶管机械设备的选择上,应事先做好充分的勘察探测工作,区分不同类土质选用合适的机械设备。
3.2顶推动力控制
3.2.1顶推后座设计:精心设计顶推的反力墙,确保顶推时后座安全。
3.2.2泥浆减阻、中继站的采用:配制优质泥浆,压力注入管体与岩土之间有效地降低两者间的摩阻力,从而降低了顶推力,有利于顶进系统安全、减小管体偏移、降低地面沉降。
3.2.3在管道顶进过程中要处理好管道接头的密封问题。
3.2.4适速顶进,顶进速度过快,其极易造成地面隆起。
3.3顶管施工线形控制
控制好顶管的线形,既满足了设计的要求,又避免了过大纠偏造成的地面较大的沉降。一般来说,直线顶进较曲线顶进对周围土体及环境扰动较小。但实际工程中往往由于使用位置及工程地质条件的限制,必须绕开地下构筑物或由于土质不好顶管较难顶进,就需要选择合适的曲线顶进线路。
3.4选择合理的施工工艺
施工工艺是否合理对顶管施工的成败起关键性的作用。顶管施工工艺是指从机械设备开始进入场地到顶进全部结束的整个过程。其包括顶进机械的选择,顶进线路的选型,机头的进出洞技术及注浆减摩技术等。要根据顶管直径选用工具管,可采用顶部前伸式,网格加密式等。塌方的另一个原因是操作失误。
3.5关于穿越密集建筑群的顶管施工控制
顶管埋深要达到足够的要求,这样才能在开挖时形成拱效应,使开挖面上部的土体不至于在地面较大的荷载下发生坍塌。对于某些情况当地表建筑物或地下管线基础与顶管距离较近时,为保证建筑物和构筑物的安全,就需要对建筑物和管线下面的土体进行加固。一般采取压密注浆的方式,将浆液注入上中,改善结构物周围的土体力学性质,以减小施工对结构物的影响。
3.6顶进纠偏
顶进施工中的方向控制,最主要在于做好预防控制措施,如根据顶力不平衡,加强顶进系统的检查和监控,可基本消除顶力不平衡的现象,在很大程度上预防了管道的偏位。可采用以下方式进行纠偏:a.当轴线偏差在10 mm~30 mm,采用挖土纠偏法;b.当轴线偏差30 mm以上,采用顶木纠偏法;c.还可采用千斤顶纠偏,即配合挖土纠偏法,在超挖的一侧管端壁支上小千斤顶,利用小千斤顶的顶力来纠正工具管端部的方向。纠偏时,采取逐步顶进逐步纠偏,限制每一次纠偏量,禁止一次糾偏量过大,防止反向偏差产生。
3.7重视安全事项
3.7.1施工区域应设置警示牌和警戒线,提示过往车辆要减速通过施工区域。
3.7.2地质为石方时,采用风钻先将套管前端的石方击碎,然后人工将碎石由管道内拖运出。
2.7.3一次清进工作面宜在0.2～0.3m,碎石清理完毕后,启动管后端的液压顶进设备向前顶进套管。如此循环,直到将套管全部顶进。
3.7.4人员在套管内施工时应采用风机加长风管的方式向管道内强制通风。
3.7.5单个人工作时间不要超过1h。
3.7.6操作人员应佩戴防护镜和防尘口罩以及其它的必要防护用品。
3.7.7管内通风
4 结语
顶管施工从技术上讲是完全可行的，相对于开槽埋管从社会效益与经济效益上来讲更具有优越性，并加强对给排水管道中顶管施工质量控制。总之,顶管技术是一门综合性的技术,顶管施工随着管道建设的发展已越来越普及,应用领域也越来越宽,相信随着顶管施工的普及和专业化,顶管施工会在不断实践不断成熟。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
关键词：给排水管道顶管施工质量控制
Abstract: in recent years, the pipe jacking technology in China is rapidly developing, and widely used in water supply and drainage pipeline engineering. In this paper, the pipe jacking construction method are analyzed, and expounds the pipe jacking construction method of laying pipes advantage, water supply and drainage pipeline push the pipe jacking construction, strengthen the pipe jacking construction key quality control.
Keywords: water supply and drainage pipe pipe jacking construction quality control
中图分类号： TV523文献标识码：A文章编号：
1 顶管施工应用分析
1.1 顶管施工的前期准备
1.1.1 为确保顶管机出洞的绝对安全，需对后靠土体及进、出洞区域土体进行高压旋喷桩加固。为防止顶管机进、出预留洞导致泥水流失，并确保在顶进过程中压注的触变泥浆不流失，必须在工作井安装洞口止水装置。以加固顶管机进、出洞处以及后靠土体。
1.1.2平面总体布置包括起重设备、自动控制室、料具间、管片堆场、拌浆棚及拌浆材料堆场、注水系统、弃土坑的布置等。始发工作井内安装发射架、顶管机、前顶铁、主推千斤顶、反力架等顶进设备，工作井边侧设置下井扶梯供施工人员上下。
1.2顶进管的选择
1.2.1 顶进管直径的选择
顶进管的直径选择是首先根据工程性质、工程需要确定内径，根据顶进管所受荷载确定砼管的配筋及壁厚，进而确定外径。因为顶管工程工作面上需要配备挖土工人，所以一般管内径不小于500mm。
1.2.2 顶进管长度的选择
一般情况下，管长度须相对于管径来衡量，当L/D外≤1.10时，为短管；当L/D外=1.15时，为标准管；当L/D外≥2.10时为长管。但随着管长度的增长，如果偏离原定的路线，使之恢复正确路线要比使用短管更加困难。建造顶压坑时顶压坑的长度也要增大，挖坑、支护、回填、修复的费用将相应地增加。反之，在直线上推顶很短的管也较困难，因为短管比较容易向周围土层中挤入，致使整个管列呈蛇形弯曲，这便降低了管路顶进的可控性。所以，顶进管的长度对顶管过程的可控性和经济性有很大的影响。在直线推顶的情况下使用长管可以减少装管的次数，并取得良好的效果。
1.3 顶管施工的工艺
顶管施工又称为顶进法施工，是指利用顶进设备将预制的箱形或圆形构造物逐渐顶入路基，以构成立体交叉通道或涵洞的施工方法。顶管施工需先在确定的管段之间设置工作井和接收井，然后在工作井内安装推力设备将导轨上的顶管机头推入土体，由机头导向，将预制的钢筋混凝土管向前顶进，前端土体通过工作井运出，最后完成管道铺设。
1.4顶管井的设计
顶管井分工作井与接收井两种，顶管井的建造结构有很多种类，一般使用钢筋混凝土结构。工作井的结构形式通常有单孔井和单排孔井。前者形状有圆形、正方形、矩形等，后者则大多为矩形，它们的结构受力性能由高至低依次为圆形一正方形一矩形。结构布置时，可在井内设置内支撑，改善结构受力。在建造过程中，工作井按双向顶进设计，与接收井间隔布置，间距与设计检查井间距一致，施工完毕，在工作井和接收井的位置上按设计要求做检查井。
1.5顶管施工工序
1.5.1穿墙：打开穿墙闷板将工具管顶出井外，并安装穿墙止水装置。
1.5.2顶管出洞：顶管出洞，即顶管机和第一节管子从工作井中破出洞口封门进入土中。顶管出洞是顶管作业中一个很值得注意的问题。
1.5.3注浆减阻：在顶管施工中还有一个重要的技术措施就是通过压注触变泥浆填充管道周围的空隙，形成一道泥浆保护套，起到支撑地层，减少地面沉降，减少顶进阻力的作用。
1.5.4顶管纠偏：纠偏是指机头偏离设计轴线后，利用设置在后部的纠偏千斤顶组，改变机头端面的方向，减少偏差，使管道沿设计轴线顶进。
2 顶管施工法铺设管道的优势
2.1顶管施工是顶管铺管技术的一种,其在国外已广泛使用,在国内也已逐渐普及。于不开挖地面,所以能穿越公路、铁路、河流,其至能在建筑物底下穿过,是一种能安全有效地进行环境保护的施工方法,堪称为环境保护施工时的环境保护。
2.2顶管工艺不仅仅用于管线铺设,它还具有灵活的排管施工方式。更为重要的是顶管施工作为一种工艺,它不仅仅铺设管线,它在管棚施工方面也具有优势。
2.3顶管施工范围的扩大,顶管机械的性能越来越适应各种土质。顶管特别适用中小型管径管道的非开挖铺设。
2.4采用房下顶管施工法能节约一大笔征地拆迁费用,减少动迁用房,缩短管线长度,有很大的经济效益。
2.5顶管施工不开挖地面,故而被铺设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,其管寿命亦大于开挖法埋管。
3 顶管施工关键质量控制
3.1在顶管施工前应对场地进行详细的勘察
勘察内容包括工程地质和水文地质情况,了解土层变化情况及地下水位情况;对地下管线的探查;穿越建筑物时对建筑物基础的探查。顶管机械的选择应根据所经过场地的地质情况合理选用。泥水平衡、土压平衡、气压平衡及人工掏土等型式的机头各有其适用范围,不同型号的机头各自的特点也不一样,在顶管机械设备的选择上,应事先做好充分的勘察探测工作,区分不同类土质选用合适的机械设备。
3.2顶推动力控制
3.2.1顶推后座设计:精心设计顶推的反力墙,确保顶推时后座安全。
3.2.2泥浆减阻、中继站的采用:配制优质泥浆,压力注入管体与岩土之间有效地降低两者间的摩阻力,从而降低了顶推力,有利于顶进系统安全、减小管体偏移、降低地面沉降。
3.2.3在管道顶进过程中要处理好管道接头的密封问题。
3.2.4适速顶进,顶进速度过快,其极易造成地面隆起。
3.3顶管施工线形控制
控制好顶管的线形,既满足了设计的要求,又避免了过大纠偏造成的地面较大的沉降。一般来说,直线顶进较曲线顶进对周围土体及环境扰动较小。但实际工程中往往由于使用位置及工程地质条件的限制,必须绕开地下构筑物或由于土质不好顶管较难顶进,就需要选择合适的曲线顶进线路。
3.4选择合理的施工工艺
施工工艺是否合理对顶管施工的成败起关键性的作用。顶管施工工艺是指从机械设备开始进入场地到顶进全部结束的整个过程。其包括顶进机械的选择,顶进线路的选型,机头的进出洞技术及注浆减摩技术等。要根据顶管直径选用工具管,可采用顶部前伸式,网格加密式等。塌方的另一个原因是操作失误。
3.5关于穿越密集建筑群的顶管施工控制
顶管埋深要达到足够的要求,这样才能在开挖时形成拱效应,使开挖面上部的土体不至于在地面较大的荷载下发生坍塌。对于某些情况当地表建筑物或地下管线基础与顶管距离较近时,为保证建筑物和构筑物的安全,就需要对建筑物和管线下面的土体进行加固。一般采取压密注浆的方式,将浆液注入上中,改善结构物周围的土体力学性质,以减小施工对结构物的影响。
3.6顶进纠偏
顶进施工中的方向控制,最主要在于做好预防控制措施,如根据顶力不平衡,加强顶进系统的检查和监控,可基本消除顶力不平衡的现象,在很大程度上预防了管道的偏位。可采用以下方式进行纠偏:a.当轴线偏差在10 mm~30 mm,采用挖土纠偏法;b.当轴线偏差30 mm以上,采用顶木纠偏法;c.还可采用千斤顶纠偏,即配合挖土纠偏法,在超挖的一侧管端壁支上小千斤顶,利用小千斤顶的顶力来纠正工具管端部的方向。纠偏时,采取逐步顶进逐步纠偏,限制每一次纠偏量,禁止一次糾偏量过大,防止反向偏差产生。
3.7重视安全事项
3.7.1施工区域应设置警示牌和警戒线,提示过往车辆要减速通过施工区域。
3.7.2地质为石方时,采用风钻先将套管前端的石方击碎,然后人工将碎石由管道内拖运出。
2.7.3一次清进工作面宜在0.2～0.3m,碎石清理完毕后,启动管后端的液压顶进设备向前顶进套管。如此循环,直到将套管全部顶进。
3.7.4人员在套管内施工时应采用风机加长风管的方式向管道内强制通风。
3.7.5单个人工作时间不要超过1h。
3.7.6操作人员应佩戴防护镜和防尘口罩以及其它的必要防护用品。
3.7.7管内通风
4 结语
顶管施工从技术上讲是完全可行的，相对于开槽埋管从社会效益与经济效益上来讲更具有优越性，并加强对给排水管道中顶管施工质量控制。总之,顶管技术是一门综合性的技术,顶管施工随着管道建设的发展已越来越普及,应用领域也越来越宽,相信随着顶管施工的普及和专业化,顶管施工会在不断实践不断成熟。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。