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摘要：顶管区别于大开挖管道穿越，具有施工周期短、避免干扰地上交通和活动，无拆迁和搬迁，环保、经济，是长输管道小型穿越工程主要施工方法之一。本文以临汾-霍州天然气管道穿越工程为例简要介绍手掘式顶管施工技术。
关键词： 管道 穿越顶管施工技术
中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：
1．工程概况
临汾-洪洞-霍州天然气管道是山西省天然气南北主干管网的重要组成部分，管径D457mm，管道设计压力4.0Mpa，线路水平长度约64km。管线经过人口密集区、平原区、深沟、山地段，穿越工程量较大。采用手掘式顶管法穿越铁路、高速公路、一级公路、其它等级公路、县乡道及乡村路、大型灌渠等共计50余处，总长1600余米。顶进套管采用钢企口钢筋混凝土排水管，铁路穿越套管规格为φ1550×3000×160，公路及其它穿越套管规格为φ1200×2000×100。本工程于2008年7月开工，2010年6月交付建设方使用。
2．主要施工方法
2.1顶管工艺流程
设计要求穿越管道的管顶距离铁路轨枕下面不得小于1.6m，距公路路面不得小于1.2m，在路边低洼处管道线路埋深不得小于0.9m。在满足上述要求的情况下，管顶覆土较浅。顶进时可以采用敞开式，即人工掘进施工法。其工艺流程为：场地平整—开挖工作坑—铺设碎石—铺设道木及导轨—安装顶管机—安装套管—套管找正—测量校正—人工掘土、运土—顶进—检查测量校正—清理管中泥土—检查验收—穿越管道—管口封堵。
2.2主要施工方法
2.2.1工作坑开挖
（1）一般地段平整场地尺寸为长25m×宽12m，一侧作为施工设备工作坑及材料堆放场，另一侧平整出一块4m×4m施工场地作为套管接收坑。对于深度较深的工作井，需进行设计，并采取相应的安全措施后方可作为工作坑。
（2）根据设计给定的控制桩位，用经纬仪放出穿越中心轴线，并设定穿越中心桩、施工带边线桩，放出操作坑与接管坑的位置和开挖边线，撒上白灰线，同时保护好公路两侧中心线上的标志木桩。
（3）顶管作业坑应选在地面高程较低、障碍物较少的一侧。可采用在工作坑四周打降水井或用集水坑收集地下水并用水泵排出。在工作坑底部铺设厚0.6m碎石垫层。如果土质松软，还需在工作坑左、右及背面浇筑混凝土加固。接收坑开挖深度及宽度根据设计图纸及现场实际情况计算确定。
（4）当顶管长度超过100m时，可采取从两边同时向中间顶进，两边同为工作坑。
2.2.2安装后靠背
后靠背用方木和立铁组成，也可选用整体钢后背和枕木。后靠背受力面必须与顶进轴线垂直，靠背与工作坑井壁的空隙用砂浆或砼填实。
2.2.3设备安装
（1）常用设备包括：液压顶镐、发电机组、取土吊装设备、千斤顶、导链、水泵等。本工程铁路顶管液压顶镐为320T，公路顶管液压顶镐300T。
（2）设备安装包括顶管机支撑托架及推进轨道吊装，测量校正导轨面，安装导轨、顶搞安装、测量仪器安装、供浆设备安装等。导轨安装质量十分关健，两导轨应顺直、平行、等高，其坡度应与管道设计坡度一致，并应牢固。详见图2-1：顶管工作纵断面示意图。
（3）顶镐安装完成并接通电源后对液压系统进行调试，每处作业准备2台顶镐。
2.2.4顶进施工
（1）人工挖土掘进。采用经纬仪及水平仪控制中心线和高程，并以施工放线时布置的中心桩为基准进行导向控制。顶管前挖土是保证顶管质量及管上构筑物安全的关键。人工掘土空间狭小，使用工具类似于窄坑道作业，用铁锨和镐头挖土，手推土、电动葫芦运土。人工掘土的特点是便于控制超挖。掘土范围控制：在铁路道轨下不得超越管端以外100mm，并随挖随顶，在道轨以外最大不得超过300mm。
（2）顶进时，随时对顶进轴线进行测量，确保套管轴线与管道轴线一致。第一根管位置偏差不得超过管长的1.0%，每顶进500mm检查一次，正常后，每顶进1000mm至少检查一次，套管中心线偏差不得超过顶进长度的1.5%，否则应采取纠偏措施。
（3）顶进粘土层时，会因含水率高，套管吸水磨擦阻力增大，或者是大管径套管顶进，磨擦阻力相对较大，这两情况均会造成无法顶进或将套管顶裂。这时需用触变泥浆进行减阻。触变泥浆由膨润土和水按一定比例搅拌均匀而成，待充分吸水，膨润成胶体后用压浆泵通过管道预留的注浆孔压入管壁外侧形成润滑层，以减少顶进过程中的磨擦阻力。
（4）顶管应连续作业，如间隔时间过长会造成无法顶进或套管因自重而向下扎头增加施工难度。
2.2.5施工偏差校正
测量发现管位偏差达1厘米，一般应考虑校正，但对高程偏差的校正，应根据管道的设计坡度和头一节管子的走向，来确定校正方法。当根据头一节管子的走向预计可能自行恢复到设计位置时，不必校正。纠偏校正应缓缓进行，使管子逐渐复位，不得猛纠硬调，以防产生相反结果。人工挖土顶进的校正方法主要有以下几种：
（1）偏差为1～2厘米时，采用挖土校正法。此法是在管子偏向设计中心的一侧适当超挖，而在相对的一侧不超挖或留坎，使管子在继续顶进中，逐渐回到设计位置。
（2）偏差大于2厘米时，或挖土法校正无效时，采用顶木校正法。用10厘米的圆木或方术一根，一端顶在管子偏向设计中心的一侧内管壁上，另一端安在垫有鋼板或木板的管前土壤上，支架牢固后，开动千斤顶，利用顶进时顶木斜支管子所产生的分力，使管子得到校正。
（3）千斤顶校正法：方法基本上同顶木校正法，即用小千斤顶接一短顶木，利用小千斤顶的顶力使管位得到校正。
顶管质量标准：a.高程允许偏差10mm；b.中心线允许偏差30mm；c.管子错口不得超过10mm；d.对顶接头的管子错口不得超过30mm。
3. 施工采取的措施
3.1减少地层扰动
顶进引起地层变形的主要因素有：开挖面引起的地层损失；纠偏引起的地层损失；管道外周空隙因注浆填充不足引起的地面损失；管道顶进过程中与地面磨擦引起的地层扰动；管道接缝中泥水流失引起的地层损失等。在施工中要根据不同土质、覆土厚度及地面建筑物等，配合监测信息的分析，及时调整土压平衡值，同时要求坡度保持相对的平稳，控制纠偏量，减少对土体的扰动。
3.2控制路面沉降措施
（1）设置沉降观测点，通过观测沉降点的变化及时调整顶进参数，保证推进土压力的精度，有效减少土体的沉隆。
（2）对超挖部分进行注浆填充。根据土质、管顶覆土厚度、路面等级情况、超挖量及部位确定注浆部位、注浆压力。可以从管子预留口进行注浆，也可以路面从上至下向内注浆，注浆达到要求的压力即可。
3.3石方爆破措施
遇大块孤石时，受洞内空间限制，需采用微膨胀炸药爆破排除，对爆破次数，炸药用量需进行控制，否则会造成超挖或塌陷。
3.4降水措施
低凹处顶管操作坑开挖时会出现积水，必须考虑顶进过程中渗水对人工掘土和套管顶进的影响，这时应考虑套管顶进轴线的倾斜角，采用从低处向高处顶进，设置集水井，用水泵及时排水，减少渗水影响。
4. 结语
手掘式顶管除在长输管道穿越中应用十分广泛，在市政管道中也经常使用，地质环境对施工影响较大。实际施工中，对于一二类土施工难度较小，在遇到砂卵石地段、岩石地段、地下水丰富地段，常采用大开挖加套管方式或使用小型定向钻穿越方式配合，较好的解决了因施工难度加大或施工安全问题而导致顶管穿越失败的问题。
作者简介：
韩峰，男，陕西眉县，1971年出生，武警水电第四支队高级工程师，从事水利水电及输油输气管道工程施工技术及管理工作。
关键词： 管道 穿越顶管施工技术
中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：
1．工程概况
临汾-洪洞-霍州天然气管道是山西省天然气南北主干管网的重要组成部分，管径D457mm，管道设计压力4.0Mpa，线路水平长度约64km。管线经过人口密集区、平原区、深沟、山地段，穿越工程量较大。采用手掘式顶管法穿越铁路、高速公路、一级公路、其它等级公路、县乡道及乡村路、大型灌渠等共计50余处，总长1600余米。顶进套管采用钢企口钢筋混凝土排水管，铁路穿越套管规格为φ1550×3000×160，公路及其它穿越套管规格为φ1200×2000×100。本工程于2008年7月开工，2010年6月交付建设方使用。
2．主要施工方法
2.1顶管工艺流程
设计要求穿越管道的管顶距离铁路轨枕下面不得小于1.6m，距公路路面不得小于1.2m，在路边低洼处管道线路埋深不得小于0.9m。在满足上述要求的情况下，管顶覆土较浅。顶进时可以采用敞开式，即人工掘进施工法。其工艺流程为：场地平整—开挖工作坑—铺设碎石—铺设道木及导轨—安装顶管机—安装套管—套管找正—测量校正—人工掘土、运土—顶进—检查测量校正—清理管中泥土—检查验收—穿越管道—管口封堵。
2.2主要施工方法
2.2.1工作坑开挖
（1）一般地段平整场地尺寸为长25m×宽12m，一侧作为施工设备工作坑及材料堆放场，另一侧平整出一块4m×4m施工场地作为套管接收坑。对于深度较深的工作井，需进行设计，并采取相应的安全措施后方可作为工作坑。
（2）根据设计给定的控制桩位，用经纬仪放出穿越中心轴线，并设定穿越中心桩、施工带边线桩，放出操作坑与接管坑的位置和开挖边线，撒上白灰线，同时保护好公路两侧中心线上的标志木桩。
（3）顶管作业坑应选在地面高程较低、障碍物较少的一侧。可采用在工作坑四周打降水井或用集水坑收集地下水并用水泵排出。在工作坑底部铺设厚0.6m碎石垫层。如果土质松软，还需在工作坑左、右及背面浇筑混凝土加固。接收坑开挖深度及宽度根据设计图纸及现场实际情况计算确定。
（4）当顶管长度超过100m时，可采取从两边同时向中间顶进，两边同为工作坑。
2.2.2安装后靠背
后靠背用方木和立铁组成，也可选用整体钢后背和枕木。后靠背受力面必须与顶进轴线垂直，靠背与工作坑井壁的空隙用砂浆或砼填实。
2.2.3设备安装
（1）常用设备包括：液压顶镐、发电机组、取土吊装设备、千斤顶、导链、水泵等。本工程铁路顶管液压顶镐为320T，公路顶管液压顶镐300T。
（2）设备安装包括顶管机支撑托架及推进轨道吊装，测量校正导轨面，安装导轨、顶搞安装、测量仪器安装、供浆设备安装等。导轨安装质量十分关健，两导轨应顺直、平行、等高，其坡度应与管道设计坡度一致，并应牢固。详见图2-1：顶管工作纵断面示意图。
（3）顶镐安装完成并接通电源后对液压系统进行调试，每处作业准备2台顶镐。
2.2.4顶进施工
（1）人工挖土掘进。采用经纬仪及水平仪控制中心线和高程，并以施工放线时布置的中心桩为基准进行导向控制。顶管前挖土是保证顶管质量及管上构筑物安全的关键。人工掘土空间狭小，使用工具类似于窄坑道作业，用铁锨和镐头挖土，手推土、电动葫芦运土。人工掘土的特点是便于控制超挖。掘土范围控制：在铁路道轨下不得超越管端以外100mm，并随挖随顶，在道轨以外最大不得超过300mm。
（2）顶进时，随时对顶进轴线进行测量，确保套管轴线与管道轴线一致。第一根管位置偏差不得超过管长的1.0%，每顶进500mm检查一次，正常后，每顶进1000mm至少检查一次，套管中心线偏差不得超过顶进长度的1.5%，否则应采取纠偏措施。
（3）顶进粘土层时，会因含水率高，套管吸水磨擦阻力增大，或者是大管径套管顶进，磨擦阻力相对较大，这两情况均会造成无法顶进或将套管顶裂。这时需用触变泥浆进行减阻。触变泥浆由膨润土和水按一定比例搅拌均匀而成，待充分吸水，膨润成胶体后用压浆泵通过管道预留的注浆孔压入管壁外侧形成润滑层，以减少顶进过程中的磨擦阻力。
（4）顶管应连续作业，如间隔时间过长会造成无法顶进或套管因自重而向下扎头增加施工难度。
2.2.5施工偏差校正
测量发现管位偏差达1厘米，一般应考虑校正，但对高程偏差的校正，应根据管道的设计坡度和头一节管子的走向，来确定校正方法。当根据头一节管子的走向预计可能自行恢复到设计位置时，不必校正。纠偏校正应缓缓进行，使管子逐渐复位，不得猛纠硬调，以防产生相反结果。人工挖土顶进的校正方法主要有以下几种：
（1）偏差为1～2厘米时，采用挖土校正法。此法是在管子偏向设计中心的一侧适当超挖，而在相对的一侧不超挖或留坎，使管子在继续顶进中，逐渐回到设计位置。
（2）偏差大于2厘米时，或挖土法校正无效时，采用顶木校正法。用10厘米的圆木或方术一根，一端顶在管子偏向设计中心的一侧内管壁上，另一端安在垫有鋼板或木板的管前土壤上，支架牢固后，开动千斤顶，利用顶进时顶木斜支管子所产生的分力，使管子得到校正。
（3）千斤顶校正法：方法基本上同顶木校正法，即用小千斤顶接一短顶木，利用小千斤顶的顶力使管位得到校正。
顶管质量标准：a.高程允许偏差10mm；b.中心线允许偏差30mm；c.管子错口不得超过10mm；d.对顶接头的管子错口不得超过30mm。
3. 施工采取的措施
3.1减少地层扰动
顶进引起地层变形的主要因素有：开挖面引起的地层损失；纠偏引起的地层损失；管道外周空隙因注浆填充不足引起的地面损失；管道顶进过程中与地面磨擦引起的地层扰动；管道接缝中泥水流失引起的地层损失等。在施工中要根据不同土质、覆土厚度及地面建筑物等，配合监测信息的分析，及时调整土压平衡值，同时要求坡度保持相对的平稳，控制纠偏量，减少对土体的扰动。
3.2控制路面沉降措施
（1）设置沉降观测点，通过观测沉降点的变化及时调整顶进参数，保证推进土压力的精度，有效减少土体的沉隆。
（2）对超挖部分进行注浆填充。根据土质、管顶覆土厚度、路面等级情况、超挖量及部位确定注浆部位、注浆压力。可以从管子预留口进行注浆，也可以路面从上至下向内注浆，注浆达到要求的压力即可。
3.3石方爆破措施
遇大块孤石时，受洞内空间限制，需采用微膨胀炸药爆破排除，对爆破次数，炸药用量需进行控制，否则会造成超挖或塌陷。
3.4降水措施
低凹处顶管操作坑开挖时会出现积水，必须考虑顶进过程中渗水对人工掘土和套管顶进的影响，这时应考虑套管顶进轴线的倾斜角，采用从低处向高处顶进，设置集水井，用水泵及时排水，减少渗水影响。
4. 结语
手掘式顶管除在长输管道穿越中应用十分广泛，在市政管道中也经常使用，地质环境对施工影响较大。实际施工中，对于一二类土施工难度较小，在遇到砂卵石地段、岩石地段、地下水丰富地段，常采用大开挖加套管方式或使用小型定向钻穿越方式配合，较好的解决了因施工难度加大或施工安全问题而导致顶管穿越失败的问题。
作者简介：
韩峰，男，陕西眉县，1971年出生，武警水电第四支队高级工程师，从事水利水电及输油输气管道工程施工技术及管理工作。