管道顶管施工与明挖施工技术经济比较分析

管道顶管施工与明挖施工技术经济比较分析作者：赵琦

来源：《中国科技博览》2013年第14期

[摘要]目前随着非开挖技术日益得到社会的认同与重视，所以顶管工程出现了方兴未艾的局面。在管道工程实践中明挖施工与顶管施工都各具千秋，在进行抉择施工方案时，究竟采取何方案常常困扰着工程技术人员。本文综合两种施工工艺的优缺点并就其经济性进行对比分析，得出有益的结论，可供工程技术人员决策。

[关键词]顶管明挖施工方案

中图分类号：TV523 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）14-0033-02

0 前言

随着城市建设的发展，自来水、煤气、污水、电力、电讯等管道施工越来越多。在目前的技术条件下，管道施工可以采用明挖技术与非开挖技术。在一些受地下、地表建（构）筑（如河流、高速公路、地表建筑物、地下旧基础等）以及临近建（构）筑物限制的条件下，可能必须采取非开挖技术或必须采取明挖技术。在较多的情况下，对于一些管道工程采取非开挖技术或明挖技术在技术上讲都可行，但是作为工程需要作技术经济比较，选取性价比较好的管道施工技术无疑是明智的。

1 顶管与明挖施工技术对比分析

1.1 理论对比分析

顶管工程涉及到顶管推力计算理论、后背墙土压力理论与工作井或接收井基坑稳定理论。

目前在顶管推力计算中有两类计算理论，一是在采用顶管施工时管道所处的土层为稳定土层且厚度较大时，作用于管道上的土压力仅是其上部分高度的土柱重，即考虑土拱效应。此土柱的高度一般按照普罗托季扬宽诺夫公式或太沙基公式即隧道土压力公式计算。管道顶部以上覆盖土层的厚度超过一定值时，作用于管道上的土压力计及此定值高度的土柱重。二是不考虑土拱效应的理论，即对于不稳定土层，计算时土压力按照覆盖层的全部厚度计算。值得指出的是按照全部厚度计算时得到的结果对具有稳定性土层而言结果偏大。有关文献对其进行了详细的介绍[1]

后背墙土压力理论主要采用被动土压力理论验算后背墙在最大推力作用下，后背墙的稳定性。若后背墙不满足稳定要求，提出采取的加固措施或降低总顶力的措施。

工作井或接收井基坑稳定理论。由于顶管工作井深度一般较深（5～10m），故可依据基坑的强度、变形理论对其稳定性进行检验。

管道明挖施工涉及到沟槽开挖理论。沟槽开挖主要应用基坑稳定理论以及沟槽稳定理论。有较多文献对此进行了研究。涉及基坑的理论这里不再赘述。

1.2 施工技术对比分析

1.2.1 顶管施工工艺及要点[2]

（1）工作井、接收井

采用沉井、逆筑法或密扣钢板桩支护明挖施工。顶管工作井的位置设置应便于排水、出土和运输，并对地上与地下建筑物、构筑物易于采取保护和安全生产措施。

（2）设备安装

导轨安装应牢固、顺直、平行、等高，其纵坡与管道设计坡度一致；千斤顶安装须固定在支架上，并与管道中心的垂线对称，其合力的作用点在管道中心的垂线上；油泵应与千斤顶相匹配；顶铁应有足够的刚度，并且顶铁的相邻面相互垂直。

（3）顶进

工具管开始顶进5～10m的范围内，允许偏差为：轴线位置3mm，高程0～+3mm。顶进时需要勤测工具管的中心和高程。超出允许值时要随时纠偏。

（4）长距离顶管技术

中继间法；将需顶进的管线全长分成若干段，在相邻两段之间设置一个与所顶进管相同管径的工作管，其中布置顶进设备，此工作管节称中继间。中继间以前的管段用中继间的顶进设备顶进。中继间顶镐活塞收缩后，中继间与其前的管段之间出现一个顶镐行程的空隙。再由工作井顶进设备顶进中继间以后的管段，始中继间与前面的管段相接。

（5）泥浆套法：在顶进过程中，以高压泵向管外壁与土层之间注入触变泥浆，以减少阻力的措施。

1.2.2 管道明挖施工工艺及要点[1]

（1）施工排水

（2）沟槽开挖（如表1）

依据开挖深度、宽度及现场地质条件对开挖作业面进行规划并进行现场测量放线，采用液压反铲进行沟槽开挖，沟槽底部依据设计高程进行平整，超挖部分须依据有关要求进行处理。沟槽的底宽应满足管道的铺设和地下水排出的需要，沟底宽度一般为：管外径+2×600mm。

（3）沟槽支撑

沟槽支撑应根据沟槽的土质、地下水位、开槽断面、荷载条件等因素进行设计。支撑材料可选用钢材、木材或钢材木材混合使用。

（4）管道安装与铺设

沟槽开挖完毕后应及时安装铺设管道就位。相关工艺控制遵循规范要求。

（5）沟槽回填

给排水管道施工完毕并经检验合格后，沟槽应及时回填。回填质量应满足有关规范要求。接头外部灌浆完成至少养护1小时，管道安装一定数量并完成以上工序后，验收合格即可进行回填。首先清除沟槽内杂物，并排除积水。管道两侧至管顶的回填料依据规范或设计要求进行选取，回填分管道垫层回填、管侧垫层回填、沟槽带回填及一般回填。回填厚度和压实指标依据设计要求进行。管道两侧应对称下料、分层夯实，均匀上升。

1.2.3 施工技术优缺点对比

显然对于同一管材、管径，顶管的造价随管道埋深的增加而增加，但是明挖造价增加的幅度大于顶管造价增加幅度。明挖的造价总体比顶管的造价高。此外随施工深度减少，明挖造价与顶管施工造价有平衡点。

理论上该平衡点对应施工深度为0.5m。

3 基本结论

（1）顶管施工与明挖施工的选择要依据场地条件、地质条件、施工条件与经济条件综合选取。

（2）随管道埋深深度的增加，明挖施工造价增加幅度大于顶管施工造价的幅度。理论上明挖施工造价与顶管施工造价存在深度平衡点约05m。

（3）由于明挖施工增加了土方开挖、回填、钢板桩支护等费用，总体而言明挖施工的造价高于顶管施工造价。

参考文献

[1] 给水排水管道工程施工及验收规范（GB50268-97）中国建筑工业出版社，1998.5.

[2] 余彬泉，陈传灿.顶管施工技术人民交通出版社，1998.8.

[3] http：///.