论文部分内容阅读
【摘 要】 随着国民经济发展速度的不断提升，作为城市基础设施的重要组成部分，地下管网在城市建设中起着重要作用。本文主要对顶管施工工艺的分类、技术应用进行了分析与探究。
【关键词】 管道工程；顶管技术；应用；分类
地下管网是城市基础设施的重要组成部分，日夜肩负着传送信息和能量的重要任务。为城市处理污水的系统、自来水、煤气、电力和通讯设施等等都属于地下管网之内，要对上述市政设施进行改建、新建、扩建，需要工程技术人员进行安全的管道安装。传统的挖槽埋管地下管线施工技术由于对地面交通影响较大，使本来就拥挤繁忙的城市交通如同雪上加霜，同时给市民工作、生活带来许多不便，特别在人口稠密的城市和交通拥挤的地区以及不允许开挖的地段，这个矛盾就更加突出。市政工程如何使这些安装工程对城市的影响减至最小，如何尽可能减少对人们日常生活的影响。已经成了一个迫切解决的问题。
一、顶管施工工艺的分类
顶管施工技术的发展和各种施工技术以及施工机械的改进是密不可分的在各种施工技术中，其中尤为重要的是新型管材的技术革新与应用新型顶管机头的技术进步对顶管施工技术的促进带来的很大影响。
1、敞开式施工工艺
（1）手掘式工具管
手掘式工具管在施工中的应用，即施工人员能够对工作面进行直接开挖施工简便快捷，但是有一点是要施工人员注重的。即必须随时观察工作面以及土质的稳定状况，当碰到阻碍物能够很容易的采取相应措施及时处理施工过程中的误差。遇有障碍物，易于采取应变措施及时处理偏差。手掘式工具管的优点是造价低廉，便于掌握。主要的缺点是施工效率比较低，在现场施工中对地下水位的高度有一定的要求需要把水位降到管道基础面0.5m一下。另外当遇到比较稳定的土层时，第一节管道不必要带管帽，在工程中可以把第一节管道作为工具管进行施工，是一种常见的施工手段。
（2）挤压式工具管
挤压式工具管是一种高效的工作面开挖工具，它的工作原理是用胸板把工作面断开，在胸板上是留有一个工作口，它的形状是呈喇叭状锥筒，当这个工具被用力挤压时，主体将会被挤入到喇叭口内，与此同时土也就会通过喇叭口以条形土柱状出来，当顶进时将主体挤入喇叭口内，土体被压缩后从锥筒口吐出条形土柱，等到条形土柱伸出一定的长度之后，用钢丝把土柱将它截断，然后用运土器械把土柱运送到地面上，此法主要对大中口径的管道，对沙性土质较适宜以及潮湿性黏质土。挤压式工具管的主要优点是，设备简单、操作方便、施工安全，施工效率是人工的1-2倍。
2、封闭式施工工艺
水力切削式机头，该机头的构造是由三部分形成的，第一段是在机头的最前方，在这一段中设有一段密封管，在管内有高压水枪、泥浆吸口、格栅和输泥管道等。第一段和第二段之间部位有以垂直铰，由于垂直铰的存在可以方便工具管的灵活转动。因此在使用此工具时上下纠偏以及左右纠偏可以很容易的分开，彼此不会发生扰乱的情况，并且纠偏的位置明确。另外是铰链可以根据不同的需要改变位置，以适应于不同的土质顶管的施工要求。
二、顶管技术施工应用分析
1、顶进管的选择
顶进管一般选用钢筋砼管，如没有腐蚀要求可选用钢管。钢筋砼管的规格设计、配筋和应力验算应遵守有关钢筋砼的标准和技术规程，特别是有关钢筋砼管的标准和技术规程。①顶进管直径的选择：顶进管的直径选择是首先根据工程性质、工程需要确定内径，根据顶进管所受荷载确定砼管的配筋及壁厚，进而确定外径。因为顶管工程工作面上需要配备挖土工人，所以一般管内径不小于500mm；②顶进管长度的选择：顶进管的长度对顶管过程的可控性和经济性有很大的影响。在直线推顶的情况下使用长管可以减少装管的次数，取得良好的效果，但随着管长度的增长，如果偏离原定的路线，使之恢复正确路线要比使用短管更加困难。建造顶压坑时顶压坑的长度也要增大，挖坑、支护、回填、修复的费用将相应地增加。
一般情况下，管长度须相对于管径来衡量，当L/D外≤1.10时，为短管；当L/D外=1.15时，为标准管；当IJD外≥2.10时为长管。
2、顶管施工的前期准备
①现场平面布置：平面总体布置包括起重设备、自动控制室、料具间、管片堆场、拌浆棚及拌浆材料堆场、注水系统、弃土坑的布置等。始发工作井内安装发射架、顶管机、前顶铁、主推千斤顶、反力架等顶进设备，工作井边侧设置下井扶梯供施工人员上下；②顶管机进、出洞处以及后靠土体加固：为确保顶管机出洞的绝对安全，需对后靠土体及进、出洞区域土体进行高压旋喷桩加固。为防止顶管机进、出预留洞导致泥水流失，并确保在顶进过程中压注的触变泥浆不流失，必须在工作井安装止水装置。
3、顶管施工的工艺
顶管施工又称为顶进法施工，是指利用顶进设备将预制成椭圆形或圆形构造物逐渐顶入路基，以构成立体交义通道或涵洞的施工方法。顶管施工需先在确定的管段之间设置工作井和接收井，然后在工作井内安装推力设备将导轨上的顶管机头推入土体，由机头导向，将预制的钢筋混凝土管向前顶进，前端土体通过工作井运出，最后完成管道铺设。
（1）穿墙：打开穿墙闷板将工具管顶出井外，并安装穿墙止水装置，主要技术施工措施如下：第一，穿墙管内填夯压密实的纸筋粘土或低强度水泥粘土拌和土，以起到临时性阻水挡土作用；第二，为确保穿墙孔外侧一定范围内土体基本稳定并有足够强度，工作井工具管穿墙前，对穿墙管外侧采取注浆固结措施；第三，穿墙前对可能出现的问题进行分析并制定相应处理措施；第四，闷板开启后迅速推进工具管，同时做好穿墙止水，本工程采用止水法兰加压板，中间安入20mm厚的天然优质橡胶止水板环，要求具有较高的拉伸率和耐磨性，借助管道顶进带动安装好的橡胶板形成逆向止水装置，应防止因穿墙管外侧的土体暴露时间过长而产生扰动流变。
（2）顶管出洞：顶管出洞是顶管作业中一个很值得注意的问题，顶管出洞，即顶管机和第一节管子从工作井中破出洞口封门进入土中。开始正常顶管前的过程，是顶管技术中的关键工序，也是容易发生事故的工序。为防止管线出现偏斜，应采取工具管调零，在工具管下的井壁上加設支撑，若发现下跌立即用主顶油缸进行纠偏，工具管出洞前预先设定一个初始角弥补下跌等措施。
（3）注浆减阻：在顶管施工中还有一个重要的技术措施就是通过压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。在施工中，首先对顶管机头尾部压浆，并要与顶进工作同步，然后在中续间和混凝土管道的适当位置进行跟踪补浆，以补充在顶进中的泥浆损失。注浆工序一般多应用于长距离顶管施工中。
（4）顶管纠偏：纠偏是指机头偏离设计轴线后，利用设置在后部的纠偏千斤顶组，改变机头端面的方向，减少偏差，使管道沿设计轴线顶迸。顶进纠偏是采用调整4台纠偏千斤顶组方法，进行纠偏操作，若管道偏左则千斤顶采用左伸右缩，反之亦然。
三、结束语
综上所述，随着社会经济的不断发展，管道工程作为我国基础建设中的一项重要建设项目，其施工技术水平是否良好直接关系着工程的整体质量。顶管技术作为管道施工的重要技术之一，为提高管道施工质量，相关部门必须严格按照每一道工序的规范要求，提高顶管施工技术水平，对各环节质量严格把关，提高工作效率，促使管道工程事业的快速发展，为国民经济的增长奉献一份力量。
参考文献：
[1]熊焰，北京市顶管施工技术发展回顾与展望[J]，市政技术，1994
[2]中国非开挖技术协会，顶管施工技术及验收规范[s]，北京：人民交通出版社，2007.
[3]杜殿锁，天津开发区会展中心顶管施工技术[J]，铁道标准设计，2007
[4]孙玉国，刘成军，长距离大直径顶管施工纠偏纠扭技术[J]，铁道标准设计，2007.
【关键词】 管道工程；顶管技术；应用；分类
地下管网是城市基础设施的重要组成部分，日夜肩负着传送信息和能量的重要任务。为城市处理污水的系统、自来水、煤气、电力和通讯设施等等都属于地下管网之内，要对上述市政设施进行改建、新建、扩建，需要工程技术人员进行安全的管道安装。传统的挖槽埋管地下管线施工技术由于对地面交通影响较大，使本来就拥挤繁忙的城市交通如同雪上加霜，同时给市民工作、生活带来许多不便，特别在人口稠密的城市和交通拥挤的地区以及不允许开挖的地段，这个矛盾就更加突出。市政工程如何使这些安装工程对城市的影响减至最小，如何尽可能减少对人们日常生活的影响。已经成了一个迫切解决的问题。
一、顶管施工工艺的分类
顶管施工技术的发展和各种施工技术以及施工机械的改进是密不可分的在各种施工技术中，其中尤为重要的是新型管材的技术革新与应用新型顶管机头的技术进步对顶管施工技术的促进带来的很大影响。
1、敞开式施工工艺
（1）手掘式工具管
手掘式工具管在施工中的应用，即施工人员能够对工作面进行直接开挖施工简便快捷，但是有一点是要施工人员注重的。即必须随时观察工作面以及土质的稳定状况，当碰到阻碍物能够很容易的采取相应措施及时处理施工过程中的误差。遇有障碍物，易于采取应变措施及时处理偏差。手掘式工具管的优点是造价低廉，便于掌握。主要的缺点是施工效率比较低，在现场施工中对地下水位的高度有一定的要求需要把水位降到管道基础面0.5m一下。另外当遇到比较稳定的土层时，第一节管道不必要带管帽，在工程中可以把第一节管道作为工具管进行施工，是一种常见的施工手段。
（2）挤压式工具管
挤压式工具管是一种高效的工作面开挖工具，它的工作原理是用胸板把工作面断开，在胸板上是留有一个工作口，它的形状是呈喇叭状锥筒，当这个工具被用力挤压时，主体将会被挤入到喇叭口内，与此同时土也就会通过喇叭口以条形土柱状出来，当顶进时将主体挤入喇叭口内，土体被压缩后从锥筒口吐出条形土柱，等到条形土柱伸出一定的长度之后，用钢丝把土柱将它截断，然后用运土器械把土柱运送到地面上，此法主要对大中口径的管道，对沙性土质较适宜以及潮湿性黏质土。挤压式工具管的主要优点是，设备简单、操作方便、施工安全，施工效率是人工的1-2倍。
2、封闭式施工工艺
水力切削式机头，该机头的构造是由三部分形成的，第一段是在机头的最前方，在这一段中设有一段密封管，在管内有高压水枪、泥浆吸口、格栅和输泥管道等。第一段和第二段之间部位有以垂直铰，由于垂直铰的存在可以方便工具管的灵活转动。因此在使用此工具时上下纠偏以及左右纠偏可以很容易的分开，彼此不会发生扰乱的情况，并且纠偏的位置明确。另外是铰链可以根据不同的需要改变位置，以适应于不同的土质顶管的施工要求。
二、顶管技术施工应用分析
1、顶进管的选择
顶进管一般选用钢筋砼管，如没有腐蚀要求可选用钢管。钢筋砼管的规格设计、配筋和应力验算应遵守有关钢筋砼的标准和技术规程，特别是有关钢筋砼管的标准和技术规程。①顶进管直径的选择：顶进管的直径选择是首先根据工程性质、工程需要确定内径，根据顶进管所受荷载确定砼管的配筋及壁厚，进而确定外径。因为顶管工程工作面上需要配备挖土工人，所以一般管内径不小于500mm；②顶进管长度的选择：顶进管的长度对顶管过程的可控性和经济性有很大的影响。在直线推顶的情况下使用长管可以减少装管的次数，取得良好的效果，但随着管长度的增长，如果偏离原定的路线，使之恢复正确路线要比使用短管更加困难。建造顶压坑时顶压坑的长度也要增大，挖坑、支护、回填、修复的费用将相应地增加。
一般情况下，管长度须相对于管径来衡量，当L/D外≤1.10时，为短管；当L/D外=1.15时，为标准管；当IJD外≥2.10时为长管。
2、顶管施工的前期准备
①现场平面布置：平面总体布置包括起重设备、自动控制室、料具间、管片堆场、拌浆棚及拌浆材料堆场、注水系统、弃土坑的布置等。始发工作井内安装发射架、顶管机、前顶铁、主推千斤顶、反力架等顶进设备，工作井边侧设置下井扶梯供施工人员上下；②顶管机进、出洞处以及后靠土体加固：为确保顶管机出洞的绝对安全，需对后靠土体及进、出洞区域土体进行高压旋喷桩加固。为防止顶管机进、出预留洞导致泥水流失，并确保在顶进过程中压注的触变泥浆不流失，必须在工作井安装止水装置。
3、顶管施工的工艺
顶管施工又称为顶进法施工，是指利用顶进设备将预制成椭圆形或圆形构造物逐渐顶入路基，以构成立体交义通道或涵洞的施工方法。顶管施工需先在确定的管段之间设置工作井和接收井，然后在工作井内安装推力设备将导轨上的顶管机头推入土体，由机头导向，将预制的钢筋混凝土管向前顶进，前端土体通过工作井运出，最后完成管道铺设。
（1）穿墙：打开穿墙闷板将工具管顶出井外，并安装穿墙止水装置，主要技术施工措施如下：第一，穿墙管内填夯压密实的纸筋粘土或低强度水泥粘土拌和土，以起到临时性阻水挡土作用；第二，为确保穿墙孔外侧一定范围内土体基本稳定并有足够强度，工作井工具管穿墙前，对穿墙管外侧采取注浆固结措施；第三，穿墙前对可能出现的问题进行分析并制定相应处理措施；第四，闷板开启后迅速推进工具管，同时做好穿墙止水，本工程采用止水法兰加压板，中间安入20mm厚的天然优质橡胶止水板环，要求具有较高的拉伸率和耐磨性，借助管道顶进带动安装好的橡胶板形成逆向止水装置，应防止因穿墙管外侧的土体暴露时间过长而产生扰动流变。
（2）顶管出洞：顶管出洞是顶管作业中一个很值得注意的问题，顶管出洞，即顶管机和第一节管子从工作井中破出洞口封门进入土中。开始正常顶管前的过程，是顶管技术中的关键工序，也是容易发生事故的工序。为防止管线出现偏斜，应采取工具管调零，在工具管下的井壁上加設支撑，若发现下跌立即用主顶油缸进行纠偏，工具管出洞前预先设定一个初始角弥补下跌等措施。
（3）注浆减阻：在顶管施工中还有一个重要的技术措施就是通过压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。在施工中，首先对顶管机头尾部压浆，并要与顶进工作同步，然后在中续间和混凝土管道的适当位置进行跟踪补浆，以补充在顶进中的泥浆损失。注浆工序一般多应用于长距离顶管施工中。
（4）顶管纠偏：纠偏是指机头偏离设计轴线后，利用设置在后部的纠偏千斤顶组，改变机头端面的方向，减少偏差，使管道沿设计轴线顶迸。顶进纠偏是采用调整4台纠偏千斤顶组方法，进行纠偏操作，若管道偏左则千斤顶采用左伸右缩，反之亦然。
三、结束语
综上所述，随着社会经济的不断发展，管道工程作为我国基础建设中的一项重要建设项目，其施工技术水平是否良好直接关系着工程的整体质量。顶管技术作为管道施工的重要技术之一，为提高管道施工质量，相关部门必须严格按照每一道工序的规范要求，提高顶管施工技术水平，对各环节质量严格把关，提高工作效率，促使管道工程事业的快速发展，为国民经济的增长奉献一份力量。
参考文献：
[1]熊焰，北京市顶管施工技术发展回顾与展望[J]，市政技术，1994
[2]中国非开挖技术协会，顶管施工技术及验收规范[s]，北京：人民交通出版社，2007.
[3]杜殿锁，天津开发区会展中心顶管施工技术[J]，铁道标准设计，2007
[4]孙玉国，刘成军，长距离大直径顶管施工纠偏纠扭技术[J]，铁道标准设计，2007.