林欣云

（海口市设计集团有限公司，海南 海口 570208）

0 引言

顶管工艺在应用中开挖工作量较小，能够以扰动性较小的方法完成管道的敷设作业，尤其是在市政基础设施建设复杂的管网工程中更具可行性。为充分发挥出顶管工艺在管道工程中的应用优势，需要加强设计与施工，把握各项工作要点，由专员顺利将管道敷设到位。

1 顶管工艺的优势分析

顶管工艺是一种无须对地面大规模开挖便可敷设地下管线的工艺，相比于常规的开挖敷设工艺而言，其具有施工影响范围小、投资少、效率高、生态环境效益好的特点，如图1 所示。具体至城市排水管道工程施工中，顶管工艺因具备降低噪音、减少粉尘量等优势而深受工程人员的青睐，是一种无污染、经济高效的技术形式。概括而言，顶管工艺的优势体现在以下3 个方面。

图1 顶管方式

（1）施工占地面积小，在寸土寸金的城市具有可行性，管道工程施工期间对地面活动的影响微弱，现场交通不会由于管道施工而受到干扰。

（2）顶管工艺的环保特性突出，顶管产生的噪音和震动较弱，周边居民的正常生产、生活不会因此而受到影响。

（3）顶管工艺在应用中无过多的既有管线改迁问题，工作量随之减少，施工效率提高，工程的经济效益显著。

2 顶管工艺的适用性分析

市政排水管道直径通常在800mm 以上，现场不具备明沟开挖埋管的施工条件时，可考虑应用顶管工艺，以便高效完成排水管道的建设工作。若采用人工顶管的方法，则要求顶进面的土质条件良好，即该部分土体应有足够的自立性；地下水压力较小，否则将在较强水压作用下导致土体发生不同程度的塌方。人工顶管期间，以实际状况为准灵活纠偏，具体可以考虑顶面局部超挖的方法，但部分工程中可能存在顶进面流沙的问题，此时难以做局部超挖处理，导致顶管偏差的调整效果差。针对该局限性，需要在顶管前便对顶管施工区域做全面的勘察，明确地质、水文条件，识别可能会对顶管造成影响的因素，探寻合适的方法，主动规避[1]。

3 顶管工艺在市政排水管道工程中的应用

3.1 工程概况

海口云龙产业园纵一路，该道路为南北走向的园区支路，北起横六路（规划园区主干路），南至规划横八路（规划园区次干路），全长2529.663m，红线宽20m。该项目包含道路工程、雨、污水工程等。

该项目污水主管道管径为1000mm，污水管道部分管道埋深较深，施工难度较大。污水管道桩号k1+898—k2+254 处，污水管道由于开挖深度较深，深度约为4.85～9.03m，使得采用传统的施工方法的安全风险加大，为最大限度地规避工程实施存在的风险及安全隐患等因素。根据现场踏勘情况及《海口云龙产业园纵一路工程地质勘察报告（详细勘察）》，桩号k1+898—k2+254 段，此段污水管道坐落于第②层粘土、④层粉质黏土层，地质状况较好，地基承载力基本容许值均大于等于140kPa，因此将污水管道工程采用为非开挖顶管法实施是可行的，顶管施工工艺暂考虑采用泥水平衡机械顶管施工法。

3.2 顶管工艺

3.2.1 顶进管的选择

（1）顶进管的管材。管材采用顶管专用Ⅲ级钢筋混凝土顶管，F 型钢承口结合楔形橡胶圈接口。

（2）顶进管的直径。综合考虑工程性质、工程需求，合理控制顶进管的内径；预估管道所受的荷载，根据此项指标确定壁厚，再根据已经明确的内径确定外径。考虑到顶管时需配备挖土工人的施工要求，要求管的内径达到800mm 及以上。

（3）顶进管的长度。直线顶推时，优先考虑长管，原因在于可减少装管的次数，以便顶管作业的顺利进行。但随着顶进管长度的增加，顶管姿态的控制难度随之加大，可能由于控制不当而导致偏差超出许可范围，因此在设计顶进管的长度时需兼顾顶进便捷性和顶进姿态合理性的双重要求。当然，直线顶推时也不宜采用过短的管，否则此类顶进管易挤入周围土层中，导致管列呈蛇形弯曲姿态，也难以满足设计管路姿态要求。

由于工作井与接收井的尺寸与管节的长短及机头的尺寸有密切关系，实际采用时，管节的长度可与机头及井的尺寸综合协调后确定。

3.2.2 顶管前的准备工作

（1）基础条件的判断。若现场不具备明沟开挖埋管的作业条件，同时管道周边未建设建筑物时，可优先考虑顶管工艺，配套管道的管径需在800mm 以上，以便顺畅顶管。

（2）局部土体的加固。顶管机出洞必须具有安全性，为实现此目标，有必要对后靠土体及进、出洞土体做加固处理，具体可视实际条件采用堆土反压、高压旋喷桩加固等方法。

3.2.3 顶管施工的工艺

（1）注浆止水。时间发生在顶管工作井穿墙顶口前方，按照石灰:水泥:黏土=2:1:3 的配合比取用材料，拌制成浆液，此部分浆液在与自然土混合后发生固结，起到止水、挡土的作用，有利于工具头顺利穿墙。

（2）穿墙。①向穿墙管内填夯纸筋黏土，用于临时性阻水挡土。②穿墙前，以注浆的方法对穿墙管外侧做加固处理，确保该范围内的土体有足够的稳定性。③穿墙前，先全面汇总现场作业条件，判断可能出现的问题，制定应对措施，在前期做充分的准备后，可提高穿墙的主动性。④闷板开启后随即推进工具管，配套止水法兰加压板，达到穿墙止水的效果；中间压入拉伸率和耐磨性均较好的橡胶止水板环，随着管道顶进量的持续增加，带动橡胶板形成逆向止水装置，此时可有效保证穿墙管外侧土体的稳定性，避免因暴露至外界的时间过长而受到强烈的扰动作用。

（3）顶管出洞。于工具管下的井壁处设稳定可靠的支撑装置，根据现场顶进情况，提前设置适宜的初始角，以便弥补工具管出洞前的下跌量，进而顺利顶管出洞。

（4）注浆减阻。管道周边存在空隙，此时管道的稳定性和姿态合理性难以得到保证，为此可采取压注触变泥浆的方法，用适量的泥浆有效填充空隙，随着泥浆的固结，构成完整的泥浆保护套，此类成型结构可起到支撑地面的作用，此时地面的稳定性得以提升，沉降量减少，自然也有利于降低顶进阻力。从适用性的角度来看，注浆减阻在长距离顶管中具有突出的应用效果，其基本思路是：对顶管机头尾部做压浆处理，同步顶进，后续根据实际情况，对中续间和管道适宜部位跟踪补浆，经过适量泥浆的补充后，来弥补顶进产生的泥浆损失量，使泥浆达到动态平衡的状态。路面各部位允许沉降或隆起数值如表1 所示。

表1 路面各部位允许沉降或隆起数值

（5）顶进偏差的校正。顶进期间加强对管位的检测，若偏差达到10mm 左右，需要随即采取纠偏措施。纠偏遵循的是循序渐进的原则，以缓慢、多次的方式使管道复位，禁止强制性调节。纠偏作业借助纠偏千斤顶组完成，在该设备的辅助下，灵活调节机头端面的方向，逐步将偏差控制在许可范围内，使偏离的管道继续沿着设计轴线顶进。针对顶进管同时存在方向偏差和高程偏差的情况，则判断两个方面的偏差程度，优先对偏差较大的一项做纠偏处理[2]。

3.3 顶管施工要求

（1）顶管采取机械顶管工艺，辅以注浆措施，具体根据现场单坑顶进长度、现场地质条件等确定合适的注浆方法。立足于顶管作业范围内的土层特性，适配强度、刚度等各项指标均合适的刀具，为顶管提供硬件层面的支持。

（2）导轨由钢制材料制作而成，准确将导轨安装到位，确保导轨有足够的稳定性，在使用期间不发生位移。顶管过程中定期检查导管，及时发现异常，妥善处理。导管安装后，需满足以下两项要求：①两条导轨保持平行，各导轨均顺直，纵坡与管道设计坡度相同；②导轨的允许偏差为：两轨内距±2mm，顶面高程0～+3mm，轴线位置3mm。

（3）千斤顶的安装要点为：于支架上安装千斤顶，做固定处理，保证千斤顶的稳定性；千斤顶与管道中心的垂线对称，最大顶力不超过1283.62t。

（4）油泵安装和运行时，需注意以下4 点：①于千斤顶周边配套油泵，连接的油管应具有严密、顺直的特点。②根据千斤顶的运行特性适配油泵，且考虑到作业的连续性要求，在现场配备备用油泵，以备不时之需。③油泵安装后，安排试运行，检验油泵的工作状态。④顶进初期保持缓慢的速度，在确认无异常后，按正常速度顶进。

（5）顶管顶进时加强对工具管前进方向的有效控制，及时测量，发现偏差后予以纠正。

3.4 顶管的监测

顶管施工条件复杂，可能遇到设计阶段难以考虑到的因素，因此需要加强监测，根据最新的实际情况合理规划后续的顶管工作。监测项目主要有：顶管通过路线时，路面的沉降和水平位移；顶管作业场所周边现状建（构）筑物的沉降。

3.5 顶管的常见问题

（1）管道轴线偏差。管道轴线偏差的成因主要有以下3 个方面：①地面阻力缺乏均匀性，工具管局部受力过强，产生导向偏差，此时的管道自然偏离设计轴线；②顶管后背墙缺乏足够的平整性，或是该部分有位移现象，顶力合力存在偏差，影响顶管姿态；③千斤顶的安装精度偏低，或是顶力存在明显的偏差，此时均会由于千斤顶层面的问题而导致管道轴线偏离要求。

（2）地面沉降和隆起。开挖断面的取土量未得到有效的控制，迫使推进压力和开挖压力缺乏足够的均衡性，在压力异常的条件下，地面显现出沉降或隆起。此外，顶管外部与土体间并未达到紧密贴合的状态，两者间存在空隙，但该部分并未得到有效的填充，此时地下水以较快的速度流动，土体流失量增加，也将影响地面的平稳状态。

（3）管道接口渗漏原因有以下3 个方面：①施工不规范，现场工作人员未将管道准确安装到位；②管材的质量不达标，例如管道接口错位，间隙缺乏均匀性，顶管接口的密封效果差，从而出现渗漏；③接口抹带的施工不规范，此时管道接口部位也容易发生渗漏。

3.6 顶管常见问题的预防措施

（1）管道轴线偏差的预防。顶管前，先在现场做全面的勘察，明确顶管施工范围内的地质条件，并合理设置测力装置；注重对顶管后背的有效控制，保证该部分的稳定性和平整性；合理配套顶进设备，切实提高此类设备的运行精度；配套千斤顶的规格应一致，并在施工前详细检查千斤顶，判断是否有异常状况，调整顶力合力线，正常状态是恰好与管道轴线保持重合。

（2）地面沉降和隆起的预防。经过现场调查后，准确掌握现场实际情况，对距离管道较近的地区采取有效的防护措施，必要时做加固处理；顶进期间及时处理外围环形空隙，做有效的填充处理，材料可以选用质量达标的润滑介质；加强对管道接口部分的密封处理，保证该处有足够的严密性，以免出现地下水渗漏带走泥沙的现象（由于泥沙量的减少，地面有下陷的变化）。

（3）管道接口渗漏的预防。以工程要求为准，选择质量达标的管材；严格落实质量检验制度，围绕外观、接口部位做详细的检验，判断是否存在裂缝、接口不规整等质量缺陷，若有则不予以投入使用；管节装车运输时应加强防护，采取减隔震措施，车辆平稳行驶，确保运送至现场的管道材料无质量问题；此外，选择合适型号的接口装置也尤为关键，保证接口配套的有效性，以免由于接口型号问题而发生泄漏。

4 结语

综上所述，顶管工艺在市政给排水管道工程施工中取得广泛的应用，能够在不开挖的前提下将管道安装到位。施工单位在应用顶管工艺时，需要加强现场勘察，明确顶管作业范围内的地质条件、水文条件以及既有建（构）筑物的分布特点，合理优化顶管工艺，并挑选优质的管材、千斤顶等配套设施，顶管期间及时发现管道偏差并纠正，在施工人员的共同配合下，最终将顶管工作落实到位。