市政工程排污管道施工中机械顶管的技术研究

韦荣

摘 要：随着城市建设的不断发展，对于有限施工作业面的市政排污管的施工也越来越重要，机械顶管的施工技术已经成为市政地下管道施工工程中较为常见的一项施工技术。对于这种机械顶管的技术进行全面的分析，从而使得在为从事这项工作的工作者提供一此有价值的信息，同时，还能够使得人们对于这种施工技术能够更加了解。

关键词：市政工程；排污管道；机械顶管；技术要点

现代工程技术中的非开挖工程技术-机械顶管的技术，在保护环境以及维持土层稳定等方面凸显出很大的优势，它对市政工程排污管道施工中所面临的地面建筑物众多、城市交通繁忙、人口密集、地下管线施工技术条件复杂的城市是进行地下施工带来崭新的研究方向，它的出现为城市市内施工向着低噪音、作业面范围小、相对安全的方向发展提供了新的课题。

1 技术简介

1.1 顶管工艺技术的基本原理

在不开挖地表的情况下，在工作坑内利用顶进设备，一般以液压为动力将工具管或掘进机按设计要求（或直线、或曲线、或坡度）顶入土中，并利用人工或者机械将管道内的土方运走，最后将工作坑恢复为检查井。在顶管施工过程中需要克服管道与周围土壤的摩擦力，对于距离较长的顶管，当管道与土壤间的摩擦力比较大，而顶力不足以克服其摩擦力时，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。

1.2 顶管工艺技术的特点

可以看出顶管施工与开挖施工对比具有以下特点：（1）在进行道路施工中，能保证路下施工、路上通行，减缓城市交通运输压力；（2）在顶进过程中，仅仅需要进行施工井和接收井的开挖，开挖量较小；（3）对周围的建筑物影响不大，能满足保护环境的需要；（4）施工中覆土深度较大的时采用顶管技术工程造价低。（5）顶管施工虽然也能应用于曲线施工，但较开挖施工，精确度低；（6）当在软土层进行顶进施工时，容易差生偏差并，且后期可能产生不均匀沉降。

2 对高程及轴线位移允许偏差值的控制

对于这种规模较大的市政排污管道工程来说，要想做到丝毫误差都没有是不可能的，这是因为在一此较为复杂的区域其地质条件对于曲线顶管来说并没有什么标准。因此，在不损害其正常使用要求的前提下，对于高程和轴线的位移是允许存在偏差的。但是在这里要注意，即使存在出现偏差，但也不能出现与实际使用出入太大的偏差。因此，对于本工程中出现的偏差还是要有合理的控制。

顶进和纠偏的示位系统：本工程在管道顶进的过程中利用激光系统作为示位系统，激光系统由激光经纬仪、激光架和标靶组成。激光架的几何轴线和顶进轴线垂直便于经纬仪对中。同时在激光架旁做好激光经纬仪的对中点。确保激光经纬仪架好后在顶进轴线上。

3 顶管技术的施工措施

3.1 润滑材料的选用

润滑材料一般选用粘土和膨润土等材料制成的泥桨液体。本工程采用膨润土制成泥浆作为润滑材料。泥浆浓度在5-15%，使用量控制在≤100L/m3，必需使膨润土泥桨套随顶管机向前移动.形成连续的环状桨套。出洞时，洞口土体较稳定的情况下，降低润滑材料的浓度.在离洞口约6m时.采用清水并且把泥水压力降到最低，防止由于正面上压力减小，过大的泥水压力造成对洞口土体的扰动。

3.2 止水圈的安装

对于运用在市政工程中排污管道施工中机械顶管技术来说，止水密封是顶管机在进入土体过程中不可缺少的一项因素，其对于顶管机能否顺利进出洞口起到了至关重要的作用。而且，止水密封还可以有效防治因为挖土而遭受平衡破坏问题。如果缺乏止水密封装置严重的情况还可能导致洞口土体的崩塌。因此，止水密封对于进行机械顶管技术起到不可忽视的作用。但是止水密封装置是依靠止水圈存在的，因此，在保证止水密封装置的安全，就要在洞口设置密封性较为良好的止水圈。

4 施工过程中几个控制参数的确定（以D1400钢筋砼管道为例）

4.1 刀盘扭矩

刀盘扭矩设计值T（按下述经验公式确定：TCarD3.式中D为顶管机外径。根据粉质砂土含砾石等杂质较多，取a=1.3S.TC=1.35×1.53=4.56

4.2 最大顶进长度的计算

顶管机顶进时依靠安装在工作井内的千斤顶提供推力。以克服外壁与周围土体的摩擦阻力，开挖面土体作用于顶管机的正面阻力，管面的摩擦阻力等。本工程采用工作井和接收井间隔100m，但根据施工过程中的实际情况来看，由于一次性顶进声离过大（没有布置中继站）管道的高程和轴线的偏差会随着顶进管道长度的增加而增加，所以建议顶进长度不宜超过80m。

5 掘进速度与进出洞控制

对于机械顶管来说，要适当控制掘进速度也是至关重要的一点，在挖掘出来的土与水相互混合后形成泥浆，并将这种泥浆排出是泥水平衡法的一个重要特点。但是对与排放泥水的速度并不是一项盲目地决定，而是要有合理的控制，这是因为流速过快会对管道造成影响，反之，则会导致管道发生栓塞。因此对于排放泥水的速度应当保持在2分钟到4分钟。而且对于排泥管的内径也有一定的要求，对于较大的颗粒和液体状的泥水都可以排除。

进出洞控制。在工作井内，顶管机按设计高程及方向推出预留孔洞，进入正常土层的过程称为出洞，反之，顶管机在地层中完成某一区问的隧道的施工后进入接收井的过程称为进洞，在掘进过程中，顶管机推进的方向偏差的施工监控是顶管工艺的另一个重要的环节，由于顶管法施工工艺在纠偏过程中会造成土体过量缺失，从而引起地层移动而使地表隆起或沉降，因此在掘进过程中制定最测值信息反馈及施工参数（如正面舱压力、出土时间，灌浆压力和灌浆时间等）的计划是很有必要的。

6 结语

一般在城市工程施工中，当施工地段位于城市中心，交通量人流量比较大，或者在需要跨越一些不能进行拆移的城市建筑以及地下构筑物的地段，不能利用明挖或者空中架设技术得以实现的工程，一般可使用顶管法施工。在铺设城市污水管道直径大于600mm 时，施工现场无法采用明沟开挖埋管施工而管道沿线又无其它建筑物基础时，可使用顶管法施工作业。施工过程中我们可以看出，管线的定位和掘进的速度是工作中在进行机械顶管施工过程中需要考虑的关键问题。对于整个排污管工程的质量，在很大方面取决于对以上两个环节的控制。最后，对于机械顶管少开挖或者不开挖这项优势来说，在社会的各项市政建设中都会有很大的优势。因此，市政施工要对这项应用广泛的施工技术有一定的了解已经成为至关重要的一点。

参考文献

[1] 薛一彤.顶管技术在市政工程中有关问题探讨[J].科技信息（科学·教研），2007，29（01）.