谈顶管施工技术管理问题

谈顶管施工技术管理问题

作者：牟世安

来源：《财经问题研究》 2013年第13期

牟世安

（南京东部路桥工程有限公司，江苏南京210000）

摘要：近年来随着城市经济的飞速发展，城市建成区、规划建设区规模的不断扩大，做为城市基础设施之一的市政配套管道设施的建设在不断完善、不断发展；并且随着国家对建设项目环保要求的提高和人民群众环保意识的增强，对城市市政配套管道设施建设中技术性、环保性、安全性、经济性的要求日益提高。顶管技术是一项用于市政施工的非开挖掘进式管道铺设施工技术。优点在于不影响周围环境或者影响较小，施工场地小，噪音小，而且能够深入地下作业。但是顶管技术也有缺点，施工时间较长，工程造价高等。本文就在顶管施工过程中以泥水平衡法对技术控制的要素谈点粗浅的意见。

关键词：顶管工程；技术控制；工程造价

中图分类号：F530.63文献标识码：A

文章编号：1000�176X（2013）05�0090�04

一、顶管技术的发展历史

顶管法施工是继盾构施工之后发展起来的地下管道施工方法，最早于1896年美国北太平洋铁路铺设工程中应用，已有百年历史。20世纪60年代在世界各国推广应用，近20年日本研究开发土压平衡、水压平衡顶管机等先进顶管机头和工法。顶进速度最快美国1980年9.5小时顶进49m。顶进距离最长，国外首次一次最大顶进距离1 200m。1970年德国汉堡下水道混凝土顶管直径为2.6m。国内创造混凝土顶管世界记录——一次最大顶进距离为2 050m。2001浙江嘉兴污水顶管钢筋砼管直径2m，国内创造钢管顶管世界记录——一次最大顶进距离为1743m。1997年上海黄浦江上游引水工程的长桥支线顶管钢管直径3.5m，中国从50年代从北京、上海开始试用。1986年上海穿越黄浦江输水钢质管道应用计算机控制激光导向等先进技术，单向顶进距离1 120m顶进轴线精度左右±150mm、上下±50mm。1981年浙江镇海穿越甬江管道直径2.6m，单向顶进581m，采用5只中继环，上下左右偏差10mm。

国内顶管施工从最初几十米发展到现在的两千多米，一次顶进距离大于一千米的很常见。顶管的种类大致可分为土压平衡、气压平衡、泥水平衡等。

二、顶管的设备组成

顶进设备、掘进机（工具管）、中继环、工程管和排土设备等五部分组成。

1.顶进设备：主顶进系统——主油缸：2—8只，行程1～1.5m，顶力300～1 000t/只;

单只千斤顶顶力不能过大：千斤顶、管段、后座材料。主油泵：32-45-50MPa;操纵台、高压油管。顶铁：弥补油缸行程不足，厚度﹤油缸行程导轨：顶管导向中继间——中继油缸、中继油泵或主油泵。

2.掘进机：按挖土方式和平衡土体方式不同分为：手工挖土掘进机、挤压掘进机、气压平

衡掘进机、泥水平衡掘进机、土压平衡掘进机。工具管——无刀盘的泥水平衡顶管机又称为工

具管，是顶管关键设备，安装在管道最前端，外形与管道相似，结构为为三段双铰管。作用：

破土、定向、纠偏、防止塌方、出泥等功能。组成：冲泥仓（前）、操作室（中）、控制室（后）设水平铰链和上下纠偏油缸，调上下方向（即坡度）；设垂直铰链和水平纠偏油缸，调

左右方向（水平曲线）。泥浆环、控制室、左右调节油缸、上下调节油缸、操作室、吸泥管、

冲泥仓、栅格、工具管结构。

3.起吊装置

4.导轨、后背

5.测量系统

6.注浆系统

7.工程管：管道主体一般为圆形，直径多为1.5—3m。长度2—4m。国内管道材料类型：

钢筋砼管：C50以上，应用最多，用于短距下水道中；钢管：列应用第二位，用于自来水、煤气、天然气等长距离顶管；钢管、钢筋砼复合管：外钢内砼，用于超长距顶进；钢管、塑料

复合管：外钢内塑，用于强酸性液体及高纯水输送。

8.排土设备：人工出土——人工挖土时。螺旋输送机——土压平衡顶管机。吸泥排泥设备——泥水平衡、泥水加气平衡顶管机。

一、顶管施工的常见问题及技术关键

（一）顶管施工的前期准备及注意事项

调查施工现场地上、地下管线分布具体情况；生活区临设搭建及临时用水源、电源铺设或

架设；现场施工测量准备工作完成；施工主要材料设备进场，项目部技术、管理人员、施工人

员进驻工地；项目部组织学习施工图纸，进行图纸设计施工交底，监理、监督交底等；组织编

写施工组织设计和专项方案，并报上级部门审批；现场封闭围挡，进行施工组织设计交底工作，进入基坑开挖状态。顶进过程中，应严格控制顶力在允许的范围内，并留有足够的安全系数。

作好地质勘察及资料整理工作，认真编制好施工方案和通过不同土层的技术措施及纠偏措施，

确保管道的顺利顶进。加强操作控制，使顶管均匀平稳，受力均匀，尽可能减少顶进过程中的

倾斜、偏移、扭转，防止管壁出现裂缝、变形。

（二）顶管施工技术关键

1.顶力问题

增加中继环和泥浆润滑，中继环间距20—200m，越靠近工具管间距越小；泥浆作用是润滑

和减沉。泥浆材料采用膨润土泥浆，稳定、失水少。注入孔设置为轴向——工具管相邻3—4节为有孔管，之后每隔2—5节设有孔管。环向——周圈均匀设3—4个压浆孔。压浆原则是先压

后顶，随顶随压，及时补浆。

2.方向控制

包括计算机控制、激光导向和三段双铰管。

3.正面土体控制

包括局部加压（冲泥仓）、泥水平衡和土压平衡顶管机应用。

顶管设备：千斤顶1 000t，行程200mm，一般两只。油管，15KW电动泵，千斤顶500t，行程200mm，一般两只。

二、顶管前期沉井及施工过程中的问题控制要点

（一）沉井下沉的标高控制

1.沉井的作业顺序安排

下沉准备工作→设置垂直运输机械设备→挖土下沉→井内外排水、降水→边下沉边观测→

纠偏措施→沉至设计标高→核对标高、观测沉降稳定情况→封底→底板钢筋施工与隐蔽工程验

收→底板混凝土浇筑→砖砌井壁→回填土。

2.沉井下沉的主要方法和措施

（1）沉井制作完成后，其混凝土强度必须达到设计强度等级的100%后方可进行刃脚垫架

拆除和下沉的准备工作。

（2）井内挖土应根据沉井中心划分工作面，挖土应分层、均匀并对称地进行。挖土要点是：先从沉井中间开始逐渐挖向四周，每层挖土厚度为0.3m，沿刃脚周围保留0.5—1.5m的土堤，

然后再沿沉井井壁每2—3m一段向刃脚方向逐层全面、对称并均匀地削薄土层，每次削5—

10cm，当土层经不住刃脚的挤压而破裂时，沉井便在自重的作用下挤土下沉。

（3）井内挖出的土方应及时外运，不得堆放在沉井旁，以免造成沉井偏斜或位移。如确实需要在场内堆土，堆土地点应设在沉井下沉深度2倍以外的地方。

（4）沉井下沉过程中，应安排专人进行测量观察。沉降观测每8小时至少2次，刃脚标高和位移观测每台班至少1次。当沉井每次下沉稳定后应进行高差和中心位移测量。每次观测数

据均需如实记录，并按一定表式填写，以便进行数据分析和资料管理。

（5）沉井时，如发现有异常情况，应及时分析研究，采取有效的对策措施：如摩阻力过大，应采取减阻措施，使沉井连续下沉，避免停歇时间过长；如遇到突沉或下沉过快情况，应采取

停挖或井壁周边多留土等止沉措施。

（6）在沉井下沉过程中，如井壁外侧土体发生塌陷，应及时采取回填措施，以减少下沉时四周土体开裂、塌陷对周围环境造成的不利影响。

（7）为了减少沉井下沉时摩阻力和方便以后的清淤工作，在沉井外壁宜采用随下沉随回填砂的方法。

（8）沉井开始下沉至5m以内的深度时，要特别注意保持沉井的水平与垂直度，否则在继

续下沉时容易发生倾斜、偏移等问题，而且纠偏也较为困难。

（9）沉井下沉近设计标高时，井内土体的每层开挖深度应小于30cm或更薄些，以避免沉

井发生倾斜。沉井下沉至离设计底标高10cm左右时应停止挖土，让沉井依靠自重下沉到位。