浅谈顶管施工工艺在公路施工中的应用

浅谈顶管施工工艺在公路施工中的应用

发表时间：2019-12-27T10:40:04.163Z 来源：《工程管理前沿》2019年23期作者：温树鑫[导读] 顶管施工因其具有免开挖、施工干扰小等诸多优点，应用越来越广泛摘要：顶管施工因其具有免开挖、施工干扰小等诸多优点，应用越来越广泛，在城市公路、市政道路管线施工中的应用及优势尤为突出，具有显著的经济效益和社会效益。本文通过对会港大道项目污水管道顶管施工进行阐述，将顶管施工工艺流程进行了简单的总结及介绍。

关键词：工艺特点适用范围工艺流程介绍质量控制1.顶管施工历史、现状及工作原理

顶管施工最早始于1896年美国的北太平洋铁路铺设工程的施工中，我国的顶管施工最早始于何时已无料记载。据了解北京始于1953年，之后上海也在1956年进行顶管试验。但一开始都是些手掘式顶管，设备比较简陋。以后，又进行了多种口径、不同形式的机械顶管的试验，现在长距离大口径的顶管日渐增多，实际施工中，最大的顶管口径已达4m。我国和日本都把3m口径的混凝土管列入顶管口径系列之中，德国最大的顶管口径为5m。一次连续顶进的距离也越来越长，现在一次连续顶进百米已很正常，最长的一次连续顶进距离可达到数千米之远。

工作原理：当接通机头刀盘电动机的电源开关时，刀盘就被驱动并以均匀速度对土体进行切削，刀盘可以根据土压自动前后移动，在顶进中起机械支撑开挖面的作用，维持挖掘面的土压。通过刀盘切削，将相当于管子顶入土壤同体积的泥土进入机头泥水仓内，由供水管向泥水仓内供水，泥土在泥水仓内与泥水混合成泥浆后，再由排泥管道排到泥浆池，泥浆经沉淀或分离后泥水可重复利用，残渣外运；掘进过程通过调节循环水压力用以平衡地下水压力。在切土、排泥时同步采用等压油缸持续顶进套管，同时通过机头内设置的4处纠偏油缸进行纠偏，在顶进过程中，加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。

2.应用背景

江门市会港大道工程全线长9.286km，呈东西走向跨江海区和新会区，K3+000—K6+200段为新建路段，长3.2km，K6+200—K12+286段为扩建路段，长6.086km。右幅污水管道分别布置在道路北侧辅道下距路中线16.75m—24.5m处，埋深约8.5m—10.0m，污水管管材为DN800～DN1200III级钢筋混凝土内衬PVC胶顶管，总长度为2627m，污水检查井33个2600X2600mm（适用于埋深大于6m+管径，DN800、DN1000、DN1200工作坑或接收坑内检查井），中间检查井（Φ2400）16个，圆形顶管工作坑（Φ7000）16个，圆形顶管接收坑（Φ5000）17个，管道根据道路纵坡东西分段敷设，高水高排，低水低排，就近排入规划污水管中。该段污水管沿线地质情况为人工填土层+淤泥土。

通过对会港大道项目周边在建S270省道、广中江快速干道、胜利南路延长线等项目管线施工现场实地考察，同时对多种顶管施工工艺进行比选，综合考虑地质条件、管材、管径、顶管最大单元长度以及经济、安全指标等影响因素，决定采取泥水平衡顶管施工方法对项目污水管道进行施工。

（一）顶管施工平面图

3.工艺特点及适用范围

工艺施工特点：免开挖；不破坏地面结构物；不破坏环境；路下顶管，路上畅通；不影响管道的段差变形；施工进度比较快、密封性良好、安全可靠性强；具有显著的经济效益和社会效益；设备单一，操作简便。

适用范围：该技术在我国沿海经济发达地区广泛应用，主要应用于城市道路地下给排水管道、天燃气石油管道、通讯电缆以及穿越铁路、公路、河流、地面任何建筑物、地下水位较高软基路基等各种管道的非开挖铺设。

4.施工方法

4.1.施工工艺流程

测量放样→水泥搅拌桩施工→工作井（沉井）施工→后座墙安装→导轨安装→千斤顶安装→顶铁安装→顶管机的安装与调试→安装止水圈→起重机械安装→泥水循环系统的安装→顶进施工推进→测量与纠偏→下管、接口安装→进入接收坑→设备拆除→顶进结束。

4.2.测量放线

依据建设单位给定的书面通知文件、测量控制网以及设计施工图纸，测设工作井，接收井及管线位置和高程，确定井开挖区域和管线轴线。测量操作执行国家规范《城市测量规范》（CJJ/T8-2011）。

（1）确定开挖位置及基坑长度与宽度；

（2）将地面的管道中心桩引入工作井的侧壁上（两个点），作为顶管中心的测量基线，将地面上的临时水准点引入工作井底不易碰撞的地方，作为顶管高程测量的临时水准点。布设在工作井后方的仪器座必须避免顶进时位移和变形，并定时复测及时调整；

（3）顶进纠偏必须勤测量、多微调，纠偏角度应保持在10/～20/不得大于0.5°，并设置偏差警戒线。

4.3.工作井（沉井）和后座墙安装施工4.3.1.工作井结构形式

工作井沉井为圆形结构，直径7m；接收井沉井为圆形结构，直径5m；总高度以实际施工进行调整，具体要求如：顶进工作坑深度示意图和顶进工作坑立面图，设计壁厚40cmC30钢筋混凝土，基底采用30cm的C25混凝土封底。

（二）顶进工作坑深度示意图（三）顶进工作坑立面图H1 = h1 + h2 + h3

H2 = h1 + h3+ t +h4

式中：H1——顶进坑地面至井底的深度，m；

H2——接收坑地面至井底的深度，m；

h1——地面至管道底部外缘的深度，m；

h2——管道外缘底部至导轨底面的高度，m；

h3——基础及其垫层的厚底(不应小于该处井室的基础及垫层厚度)，m；

h4——顶管机进入接收井后支撑垫板厚度，m；

t ——管壁厚度，m。

4.3.2.水泥搅拌桩施工

为了保证施工时不塌方和减少地下水的流入，在工作坑外侧设置了水泥搅拌桩止水帷幕。D=0.6m，相互搭接0.10m，水泥用量65kg/m，采用P.O32.5普通硅酸盐水泥。采用“四喷四搅”施工工艺。

（四）水泥搅拌桩处理范围示意图

4.3.3.工作井施工

结合设计图纸以及施工现场的地质情况和周围环境条件，确定沉井采取分节制作、分次下沉和井点降水的施工方法对工作井进行施工。工作井完成后做好安全防护措施，设置1.2m高封闭式防护栏杆，并设置安全警示标志。

4.3.4.后背墙安装

后背墙作为千斤顶的受力体系，结构形式采用钢筋混凝土并附加钢板作为后背墙的支撑，为了使背墙受力均匀，可以采用砂浆密实填充。后背墙壁面与管道顶进方向要垂直，垂直度允许偏差0.1%H，水平扭转度0.1%L（H、L为高、长）。

4.4.顶管施工设备及安装

4.4.1.工作井导轨安装

导轨的作用是引导管节按设计的中心线和坡度顶进，导轨安装时必须安装牢固，满足管节中心高程及坡度的要求。导轨采用双排工字钢、槽钢焊接而成，导轨为预制加工。导轨安装利用测量仪器监控，导轨安装的允许偏差应为：轴线位置：3mm；顶面高程：0～+3mm；两轨内距：±2mm。

4.4.2.千斤顶安装

本工程项目采用2台300t的千斤顶，千斤顶固定在支架上，并与管道中心的垂线对称，要求合力的作用点与管壁反作用力作用点在同一轴线上，防止产生顶进偏差。千斤顶选用ZB-50型的高压油泵，由电动机带动油泵工作，经分配器、控制阀进入千斤顶，各千斤顶的进油管并联在一起，保证各千斤顶活塞的出力和行程一致，油管安装时做到顺直、转角少。

4.4.3.顶铁安装

顶铁是顶进管道时，千斤顶与管道端部之间临时设置的传力构件，其作用是将一组千斤顶的合力，通过顶铁均匀地分布在管端，并其调节千斤顶与管端之间距离的作用。顶铁分为环矩形铁和环形顶铁两种。

安装顶铁时，顶铁与导轨之间、顶铁与顶铁之间的接触面，要檫拭干静，防止接触不良，相互滑动。安装后，要使千斤顶轴线、顶铁轴线和管道的轴线相互平行。顶铁轴线必须与管道中心的垂线对称，避免顶力产生偏心，导致“崩铁”。顶铁拼装后要进行锁定。顶铁与管口之间垫缓冲材料联接（联合板），使顶力均匀地分布在管端。