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【摘要】：随着我国城市经济的不断发展,城市建设工程将越来越多,顶管施工技术的优越性越来越突出,在市政管网建设中,采用顶管施工技术,能够有效地降低对附近城市构筑物和道路、管网的影响,取得安全、环保、高效、经济的效果。本文对顶管技术在市政工程的应用中的相关问题进行探索和分析。【关键词】： 市政工程 ；顶管施工技术 ；应用
[Abstract]: with the continuous development of our city economy, city construction project will be more advantages of pipe jacking construction technology, more and more prominent, in the municipal pipe network construction, the pipe jacking construction technology, can effectively reduce the nearby city of structures and roads, pipe network, security, environmental protection, high efficiency, economic effect. This paper makes a research and Analysis on the related problems in the application of pipe jacking technology in municipal engineering.
[keyword]: Municipal Engineering; construction technology; application
TU99
引言
目前，在城市管網施工时，许多城市都存在马路反复开挖的现象，严重妨碍了市区的交通，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、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难度，城市这方面的问题显得尤其突出。顶管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）在城市中心地区或商业繁华街道以及城市建设中遇到无法迁移或不能实施开挖的古迹遗址等特殊地段，对不能进行空中架线、开槽埋管来实施作业施工时，一般可采用顶管法来施工。（3）在敷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他建筑物基础时，可使用顶管法施工。
顶管施工的特点
顶管法又称为非开挖管道敷设技术，它具有不需要开挖面层，就能穿越地面构筑物和地下管线吸公路、铁路、河道的特点，相比开挖敷设技术，投资和工期将大大节省。同时，顶管施工技术可以降低噪音，减少粉尘，减轻对城区的交通条件和环境状况的干扰和破坏，属于真正的无污染、高效率的施工技术。顶管施工法由于其上述多方面的优点，在市政工程中尤其是在市政管线工程中得到了广泛地应用。概括起来，顶管施工技术具有几大方面的优点：施工面由线缩成点，占地面积小；地面活动不受施工影响，对交通干扰小；噪音和震动低，城市中施工对居民生活环境干扰小，不影响现有管线及构筑物的使用；可以在很深的地下或水下敷设管道，可以安全穿越铁路、公路、河流、建筑物，减少沿线的拆迁工作量，降低工程造价。
顶管技术在市政工程中的应用
2.1适用范围
1）在城市中心地区，或商业繁华街道，以及城市建设中遇到无法迁移或不能实施大型开挖的文物古迹遗址等特殊地段，对不能进行空中架线、开槽埋管来实施作业施工时。一般是采用管径中Φ80－Φ600mm的地下埋管工程可使用顶管法施工。
2）在敷设城市污水管道直径大于Φ600mm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。
2.2 顶管技术在市政管网中的应用
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。
3、顶管施工技术的基本原理
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的优点：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；在管道顶进过程中，只挖去管道断面部分的土，挖土量少；建设公害少、文明施工程度高；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存在的不足：曲率半径小而且多种曲线组合在一起时，施工就非常困难；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。
4、顶管施工技术要点分析
4.1 现场踏勘及调查
①观察现场人、车流情况确定人流及车流交通组织及路线，考虑在路口设立交通导向牌、高峰期安排人员指挥交通；②摸查清楚附近的排水系统，设计最佳的排泥水线路，必要时施工临时排水管道，避免污水横流；③对于现场的煤气、电力、通讯、煤气、供水等管道现场定位，并标示出来看是否需要临时关停或搬迁；④调查雨水渠箱、原有污水管道等埋设较深的市政地下构筑物；⑤对于附近一些桥梁等构筑物调查其桥台基础、桩基深度及间距，附近建筑物基坑采取什么结构形式，是否采用喷锚结构施工，其长度是否在顶管顶进轴线内。
4.2 施工准备与方法选择 在顶进前，对水文、地质情况， 地基土壤种类及物理性质， 各层土的密实度、高程和含水层的渗透系数，地下水位、流量和地表水排水情况进行调查。详细了解列车通过次数及间隔时间，路基中埋设的地下管线及电缆等要及时报告有关单位拆除或改移影响部分。编制好铁路慢行计划，准备好各种防护及抢险用品，保证施工安全、高效运转。顶进作业应在工作坑水位降至基底以下0.5～1.0m进行。在开挖工作坑时，应设置好排水、降水系统。开挖工作坑采用机械开挖， 需按设计作好安全防护，确保线路安全。按设计制作后背及工作底板。由于工作底板顶面的平整度要求较高，在施工中采用方格网控制高程法，即在灌注工作底板混凝土时，用直径16 mm 的钢筋头埋入混凝土中，分成2.5 m 方格网控制高程，按点找平，再用1∶3 水泥砂浆抹面整平。为保证顶进施工，应在底板顶面做成前高后低的仰坡，底板两侧设置方向墩。在修筑好的底板上就地预制管身。管顶覆土＞3 m 的可采用“钢板脱壳” 法进行顶进， 在管顶上铺设钢板并与涵体一起前进。当顶进阻力增大或路基土体随管身移动而变形时， 解除钢板与管身的联结， 借助钢板与管顶隔离层摩擦阻力小， 由钢板托着路基土体， 管身在钢板下前进。顶进过程中， 组织加快出土速度， 实行“三班制” 连续作业，并注意管身轴线方向， 发现偏差即时纠正。其“左右” 纠缠可采用一侧超挖， 另一侧少挖土或增减一侧千斤顶顶力的方法进行； 纠正“抬头” 采用在箱底刃脚前超挖土及涵两侧挖土的办法逐步进行； 纠正“扎头” 可采用少挖涵底土利用船头坡或换铺地基纠偏的方法逐步进行。顶进时， 顶铁的安放必须保持与涵体轴线顺直一致，每隔4 m 左右设置一道横梁以使传力均匀。4.3 顶管线路确定及井位设计
顶进距离由设备条件及周围环境来综合决定。考虑到工作井的造价比较昂贵，应少一些工作井，尽量安排往两个方向顶进。由于现行设计院设计管道大多按照明挖方式设计，在现场调查后尽量优化线路设计，避开不利顶管的土层、尽量让顶管线路避开结构物及树木。最好在每个工作井或者接收井内设计成检查井位。线路与附近结构物的距离设计必须考虑到以后作检查井的方便和空间，尽量避免冲突。检查井间距按照现行规范可以和设计单位研究适当加长。顶进深度范围内土层较为复杂时，与设计部门协商考虑抬高或者降低标高。
4.4 顶力及管材设计
顶力大小和很多因素有关，如土层的变化情况、是否有纠偏、采用设备的形式、机头的切削形式、采用管材形式、后靠背的刚度、工作井的形式、注浆的压力、顶进速度等。实践证明，现行考虑采用整体三维模型，考虑多参数系统来模拟顶管顶进过程中各结构的受力情况。关于管材设计，现行对于管材的配筋量、钢筋布置、砼的强度及端部的细部处理都区别于一般承受纵向线荷载的排水管道，一般可以按照轴心受压柱的考虑来设计管材，但是注意到顶管是需要纠偏处理的情况，必须考虑到管道的偏心受压及局部应力集中的情况而要预留一定的安全系数。
4.5 现场施工管理
在现场施工中，管线中常常带有污物和施工残留物，应及时清扫，否则会对阀门、设备、仪表带来严重的损害。管道在安装前后都要进行清扫，要焊一段清扫一段，这样可大大减少系统封闭后的清扫工作量。清扫后可对系统进行整体或分段打压，检验系统的强度和气密性。这里要注意季节对打压工作的影响，如在寒冷地区，冬季一般只打气压，打水压易造成管道内结冰，如打水压则要采取一定的防冻措施。打气压要对系统进行认真分析，制定打压方案并采取相应的安全保障措施。
5、施工时特别注意的问题为了确保该工程施工，顶管作业必须做到如下几点：
（1）详细了解设计文件有关规定，根据地质情况核算最大顶力，据以设计足够强度和稳定的后座， 预先做好通过障碍物的各种可靠措施， 保证开顶后连续作业， 以减少对列车的干扰。 （2）对穿越地段的线路，根据地下水、桥涵大小、覆土深度、施工季节等情况考虑架空、加固设计，并按设计要求做好扣轨、扣梁工作。 （3）管道顶入路基前，如需挖去部分边坡，只能与线路架空工作同时进行，不能提前开挖。开挖后要有防护措施，如发生路基坍塌，应及时堆码沙包、草袋和回填。涵洞顶进到位后，立即砌筑端翼墙及护锥，防止路基塌方。 （4）顶进中严格控制超挖。顶管作业一般超挖不得超过30 cm，管下部135°范围内及管底部不得超挖，以保持原状土的路基，并按规定保持安全开挖坡度，防止塌方。如發生塌方危及列车安全，应立即停止顶进，根据线路变化情况降速或封锁线路，同时立即采取抢修加固措施，尽快恢复正常。（5）要及时测量顶进方向及高程，随时进行纠偏。对顶进过程中的偏差， 必须及时发现并及时纠正，方能确保进度与质量，也是顶管成功的关键。
五 结束语
随着城市建设步伐的加快，顶管施工技术具有对公路、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，应用的领域也越来越广泛，可广泛应用于地下管道、过街隧道等市政工程中，为城市的建设取得了良好的经济效益和社会效益。
参考文献：
[1]富黎东．市政工程中施工技术与质量控制探讨[J]．中国科技博览，2010(13)．
[2]王玉永，李文杰．市政工程中施工技术与质量控制探讨[J]．管理观察，2010(16)．
[3]吴丽娟．城市污水管道顶管施工工艺及问题[J]．科技资讯，2009(8)．
[4]马奋涛，汪润青．市政给排水工程中的顶管施工技术[J]．科技创新导报，2009(21)．
[5]李健．顶管施工法的技术特点分析[J]．筑路机械与施工机械化，2006(7)．
[6]韩从献．浅谈顶管技术在市政工程中的应用[J]．西部探矿工程，2008(5)．
[Abstract]: with the continuous development of our city economy, city construction project will be more advantages of pipe jacking construction technology, more and more prominent, in the municipal pipe network construction, the pipe jacking construction technology, can effectively reduce the nearby city of structures and roads, pipe network, security, environmental protection, high efficiency, economic effect. This paper makes a research and Analysis on the related problems in the application of pipe jacking technology in municipal engineering.
[keyword]: Municipal Engineering; construction technology; application
TU99
引言
目前，在城市管網施工时，许多城市都存在马路反复开挖的现象，严重妨碍了市区的交通，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、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难度，城市这方面的问题显得尤其突出。顶管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）在城市中心地区或商业繁华街道以及城市建设中遇到无法迁移或不能实施开挖的古迹遗址等特殊地段，对不能进行空中架线、开槽埋管来实施作业施工时，一般可采用顶管法来施工。（3）在敷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他建筑物基础时，可使用顶管法施工。
顶管施工的特点
顶管法又称为非开挖管道敷设技术，它具有不需要开挖面层，就能穿越地面构筑物和地下管线吸公路、铁路、河道的特点，相比开挖敷设技术，投资和工期将大大节省。同时，顶管施工技术可以降低噪音，减少粉尘，减轻对城区的交通条件和环境状况的干扰和破坏，属于真正的无污染、高效率的施工技术。顶管施工法由于其上述多方面的优点，在市政工程中尤其是在市政管线工程中得到了广泛地应用。概括起来，顶管施工技术具有几大方面的优点：施工面由线缩成点，占地面积小；地面活动不受施工影响，对交通干扰小；噪音和震动低，城市中施工对居民生活环境干扰小，不影响现有管线及构筑物的使用；可以在很深的地下或水下敷设管道，可以安全穿越铁路、公路、河流、建筑物，减少沿线的拆迁工作量，降低工程造价。
顶管技术在市政工程中的应用
2.1适用范围
1）在城市中心地区，或商业繁华街道，以及城市建设中遇到无法迁移或不能实施大型开挖的文物古迹遗址等特殊地段，对不能进行空中架线、开槽埋管来实施作业施工时。一般是采用管径中Φ80－Φ600mm的地下埋管工程可使用顶管法施工。
2）在敷设城市污水管道直径大于Φ600mm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。
2.2 顶管技术在市政管网中的应用
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。
3、顶管施工技术的基本原理
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的优点：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；在管道顶进过程中，只挖去管道断面部分的土，挖土量少；建设公害少、文明施工程度高；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存在的不足：曲率半径小而且多种曲线组合在一起时，施工就非常困难；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。
4、顶管施工技术要点分析
4.1 现场踏勘及调查
①观察现场人、车流情况确定人流及车流交通组织及路线，考虑在路口设立交通导向牌、高峰期安排人员指挥交通；②摸查清楚附近的排水系统，设计最佳的排泥水线路，必要时施工临时排水管道，避免污水横流；③对于现场的煤气、电力、通讯、煤气、供水等管道现场定位，并标示出来看是否需要临时关停或搬迁；④调查雨水渠箱、原有污水管道等埋设较深的市政地下构筑物；⑤对于附近一些桥梁等构筑物调查其桥台基础、桩基深度及间距，附近建筑物基坑采取什么结构形式，是否采用喷锚结构施工，其长度是否在顶管顶进轴线内。
4.2 施工准备与方法选择 在顶进前，对水文、地质情况， 地基土壤种类及物理性质， 各层土的密实度、高程和含水层的渗透系数，地下水位、流量和地表水排水情况进行调查。详细了解列车通过次数及间隔时间，路基中埋设的地下管线及电缆等要及时报告有关单位拆除或改移影响部分。编制好铁路慢行计划，准备好各种防护及抢险用品，保证施工安全、高效运转。顶进作业应在工作坑水位降至基底以下0.5～1.0m进行。在开挖工作坑时，应设置好排水、降水系统。开挖工作坑采用机械开挖， 需按设计作好安全防护，确保线路安全。按设计制作后背及工作底板。由于工作底板顶面的平整度要求较高，在施工中采用方格网控制高程法，即在灌注工作底板混凝土时，用直径16 mm 的钢筋头埋入混凝土中，分成2.5 m 方格网控制高程，按点找平，再用1∶3 水泥砂浆抹面整平。为保证顶进施工，应在底板顶面做成前高后低的仰坡，底板两侧设置方向墩。在修筑好的底板上就地预制管身。管顶覆土＞3 m 的可采用“钢板脱壳” 法进行顶进， 在管顶上铺设钢板并与涵体一起前进。当顶进阻力增大或路基土体随管身移动而变形时， 解除钢板与管身的联结， 借助钢板与管顶隔离层摩擦阻力小， 由钢板托着路基土体， 管身在钢板下前进。顶进过程中， 组织加快出土速度， 实行“三班制” 连续作业，并注意管身轴线方向， 发现偏差即时纠正。其“左右” 纠缠可采用一侧超挖， 另一侧少挖土或增减一侧千斤顶顶力的方法进行； 纠正“抬头” 采用在箱底刃脚前超挖土及涵两侧挖土的办法逐步进行； 纠正“扎头” 可采用少挖涵底土利用船头坡或换铺地基纠偏的方法逐步进行。顶进时， 顶铁的安放必须保持与涵体轴线顺直一致，每隔4 m 左右设置一道横梁以使传力均匀。4.3 顶管线路确定及井位设计
顶进距离由设备条件及周围环境来综合决定。考虑到工作井的造价比较昂贵，应少一些工作井，尽量安排往两个方向顶进。由于现行设计院设计管道大多按照明挖方式设计，在现场调查后尽量优化线路设计，避开不利顶管的土层、尽量让顶管线路避开结构物及树木。最好在每个工作井或者接收井内设计成检查井位。线路与附近结构物的距离设计必须考虑到以后作检查井的方便和空间，尽量避免冲突。检查井间距按照现行规范可以和设计单位研究适当加长。顶进深度范围内土层较为复杂时，与设计部门协商考虑抬高或者降低标高。
4.4 顶力及管材设计
顶力大小和很多因素有关，如土层的变化情况、是否有纠偏、采用设备的形式、机头的切削形式、采用管材形式、后靠背的刚度、工作井的形式、注浆的压力、顶进速度等。实践证明，现行考虑采用整体三维模型，考虑多参数系统来模拟顶管顶进过程中各结构的受力情况。关于管材设计，现行对于管材的配筋量、钢筋布置、砼的强度及端部的细部处理都区别于一般承受纵向线荷载的排水管道，一般可以按照轴心受压柱的考虑来设计管材，但是注意到顶管是需要纠偏处理的情况，必须考虑到管道的偏心受压及局部应力集中的情况而要预留一定的安全系数。
4.5 现场施工管理
在现场施工中，管线中常常带有污物和施工残留物，应及时清扫，否则会对阀门、设备、仪表带来严重的损害。管道在安装前后都要进行清扫，要焊一段清扫一段，这样可大大减少系统封闭后的清扫工作量。清扫后可对系统进行整体或分段打压，检验系统的强度和气密性。这里要注意季节对打压工作的影响，如在寒冷地区，冬季一般只打气压，打水压易造成管道内结冰，如打水压则要采取一定的防冻措施。打气压要对系统进行认真分析，制定打压方案并采取相应的安全保障措施。
5、施工时特别注意的问题为了确保该工程施工，顶管作业必须做到如下几点：
（1）详细了解设计文件有关规定，根据地质情况核算最大顶力，据以设计足够强度和稳定的后座， 预先做好通过障碍物的各种可靠措施， 保证开顶后连续作业， 以减少对列车的干扰。 （2）对穿越地段的线路，根据地下水、桥涵大小、覆土深度、施工季节等情况考虑架空、加固设计，并按设计要求做好扣轨、扣梁工作。 （3）管道顶入路基前，如需挖去部分边坡，只能与线路架空工作同时进行，不能提前开挖。开挖后要有防护措施，如发生路基坍塌，应及时堆码沙包、草袋和回填。涵洞顶进到位后，立即砌筑端翼墙及护锥，防止路基塌方。 （4）顶进中严格控制超挖。顶管作业一般超挖不得超过30 cm，管下部135°范围内及管底部不得超挖，以保持原状土的路基，并按规定保持安全开挖坡度，防止塌方。如發生塌方危及列车安全，应立即停止顶进，根据线路变化情况降速或封锁线路，同时立即采取抢修加固措施，尽快恢复正常。（5）要及时测量顶进方向及高程，随时进行纠偏。对顶进过程中的偏差， 必须及时发现并及时纠正，方能确保进度与质量，也是顶管成功的关键。
五 结束语
随着城市建设步伐的加快，顶管施工技术具有对公路、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，应用的领域也越来越广泛，可广泛应用于地下管道、过街隧道等市政工程中，为城市的建设取得了良好的经济效益和社会效益。
参考文献：
[1]富黎东．市政工程中施工技术与质量控制探讨[J]．中国科技博览，2010(13)．
[2]王玉永，李文杰．市政工程中施工技术与质量控制探讨[J]．管理观察，2010(16)．
[3]吴丽娟．城市污水管道顶管施工工艺及问题[J]．科技资讯，2009(8)．
[4]马奋涛，汪润青．市政给排水工程中的顶管施工技术[J]．科技创新导报，2009(21)．
[5]李健．顶管施工法的技术特点分析[J]．筑路机械与施工机械化，2006(7)．
[6]韩从献．浅谈顶管技术在市政工程中的应用[J]．西部探矿工程，2008(5)．