浅析顶管施工方法在市政工程中的应用
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【摘 要】：本文论述了顶管技术在市政工程中的适用范围和效益特征，分析了顶管施工关键技术及质量要求，针对顶管施工中的常见问题提出了纠正措施。
【关键词】：顶管施工；市政工程；应用
1 引言
顶管技术一种利用岩土钻凿手段，对地下管线更换或敷设的管道技术，具有施工污染小、作业面不大，对既有管线构筑物影响较小和对市民生活环境干扰小等特点。由于其工程周期相对较短、可节省大量投资和时间和不中断交通等良好特性，近年来，顶管技术已成为我国城市现代化进程中地下管道工程最主要的施工技术之一。
2 顶管技术在市政工程中的适用范围和效益特征
2.1适用范围
适用于市中心、繁华的商业街，或者遇到城市中不能或无法实施迁移和实施大规模开挖的历史遗址、文物古迹等特殊地段；适用于为保持历史原貌不得进行空中架线、地面开槽埋管而必须实施作业的情况；
当敷设城市污水管道所采用的管道直径大于500mm时，施工现场无法采用明沟开挖进行埋管施工，而管道沿线没有其它建筑物基础时，可采用顶管法施工作业；
旧城改造中，因多年形成的城市各种管网之间相互交错，很多管线的地下位置标识不明，或者城市建设原始资料丢失或不全等因索，市政管网铺设时，由于无法对地面进行有效开挖，可采用顶管法施工作业；
敷设管道管路直径在80mm-600mm的地下埋管工程，可采用顶管法施工。
2.2 效益特征
顶管管道施工技术非常适用于采用大中型管径的管路非开挖埋设，具有既经济、高效，又符合保护环境要求的综合功能。采用顶管施工技术进行市政工程，不但可节约征地拆迁的人力物力消耗，而且可减少由施工造成的环境污染和对城市道路造成的堵塞，其经济效益和社会效益非常显著。优势包括：
不用对完好的地面进行开挖，尤其是城市道路；
不用进行拆迁征地等繁琐的工作，而且对现有地面建筑物无破坏；
不影响城市正常的交通和居民的生活；
不会对地表植被和周边的环境造成破坏；
施工过程不受气候、天气和周围环境的影响；
按施工设计要求，不会影响管道的段差变形；
省时、高效、节能安全，不产生建筑垃圾，不污染环境，综合造价较低等。
3 顶管施工关键技术及质量要求
3.1 掘进控制技术
超浅层顶管施工通常采用工具管和人工开挖的形式进行施工掘进。掘进技术对控制塌方和减少地面沉降起着决定性的作用。所以，应首选适应能力较强的掘进工具管，或采用伸出长度可以调节的工具管；其次，人工开挖时，应根据岩土的稳定性，设计相应的开挖断面的形式：土质较弱地段的前方应少挖；对土质较强地段前方可以相对多挖一些，前提是必须保证岩土的稳定。工具管掘进时应与管道的顶进相互配合，坚持“少开挖，多顶进”的原则，对工具管前方的土体进行适度的挤压，保持土压平衡，是减小地面沉降，减小对周边建筑物影响的行之有效的方法。
3.2 长距离顶管的注浆减摩
注浆材料及性能是影响注浆的重要因素。目前，国内常用的注浆材料主要有膨润土泥浆、聚合物和泡沫等。膨润土泥浆是顶管工程中应用最为广泛的由膨润土、CMC(粉末化学浆糊)、纯碱和水等按照一定的比例配方组成的注浆材料。注浆过程中应遵循以下原则：
注浆压力的合理控制。应选择合适的注浆压力，保证既能使浆液顺利地注入管段外壁，又能够对地层扰动影响不大；
随着顶管的不断推进，注入的浆液会向地层中逐渐渗透和扩散而造成泥浆的流失，所以，应合理地确定顶管时间；
在膨胀粘土等特殊土中注浆应特别小心，因为粘土接触到含水的泥浆后，会在短时间内吸收水份而膨胀。这样，土体就会充分膨胀到密合管径，将管道紧密地包裹，使管土之间的接触应力和顶进阻力大大增加。
3.3 改善后期沉降
通常，超浅层顶管施工完成后，由于管体周边土体受到扰动，它们会随着时间的推移而重新固结，从而形成新的沉降；施工过程中紧贴着管体的润滑触变泥浆，也会失水并沿着岩土裂隙慢慢渗透，导致新的土层流失而引起地面沉降。为了改善施工后期的地面沉降，在施工的后期，应采用低标号的水泥浆置换润滑触变泥浆，并且在水泥浆达到强度之前，严格限制地面荷载，这是改善后期沉降行之有效的方法。
3.4 采取轴线调整措施
由富有理论和实践经验的测量工程师负责成立测量放样小组，对工程使用的测量仪器进行校准，施工过程全程跟踪测量，并随时对测量数据进行分析，用科学的、正确的理论指导顶管施工；
测量的控制点应设置在通视条件好、稳定性好、不易被扰动和方便校核的地方，并采取措施加以保护。
3.5 特殊地质条件的处理
由于城市公路路基建设满足了相应的公路建设技术规范，所以路基不存在软弱的地质状况相对较密实，但当超浅层顶管施工穿越城市松软杂填土的人行道时，更需严格加强施工控制。具体措施为：
采用倾斜仪、红外仪等对顶进线形进行控制，将对地面和周边建筑物的影响控制在设计标准范围内；
采用超前注浆和同步注浆等施工工艺措施提高土体的稳定性；采取顶管管体周边打石蜡和注润滑泥浆的方式降低摩擦阻力；
对于软土地区，流沙地区，地下水发育地区以及岩溶地区等特殊的不良地质的顶管项目，应采取先加固和特殊处理后再顶进的处理方式。
顶管条件经加固处理得到改善后，地面沉降将得到有效的控制。
3.6 检查验收
顶管施工工程检查验收：
所有指标均应达到和满足标准规范及工程设计要求；
顶管顶进不偏移、管节无错口现象，管底坡度无倒落水或积水；
顶管接口套环应正对管缝与管端口，保证结合紧密；套环之间橡胶圈摆放正确；管节无裂缝渗水现象；管内应清理干净无泥土和建筑垃圾等杂物。
4 顶管施工中常见问题及纠正措施
4.1 顶力不足
顶管的顶力应随着顶进长度的增加而不断增加，但应受管道强度的限制，不能无限增加，因此，在长距离顶管施工中，必须在管道强度允许范围内解决增加施加顶力的问题。目前有润滑剂减阻和中继接力两种方法。普通顶管施工中常用的润滑剂减阻；中继接力技术是将长距离顶管分成数段，在各段管道中间设立中继环分段，用以承担顶进力，顶管施工后即将中继环钢护套及油缸割除，恢复管道通径的同时，做好对接管道密封处理。
4.2 工作井后座推力不足
4.2.1 现象：
后靠背受主顶油缸顶压严重变形或损坏，无法承受主顶油缸的推力；
后靠背与后座墙一起产生位移；
钢板桩因覆土太浅或被动土抗太小而产生位移，影响了后靠背的稳定。
4.2.2 防治措施：
后靠背应采用刚度好的钢结构件取代单块钢板；
可用刚度好的板桩或工字钢叠成“墙”垫住后靠背洞口或管口；
采用注浆等措施加固后座墙的土体，或者采用在其地面上压钢锭的方式，增加地面荷载；
4.3 顶进方向失控
若顶进方向失控，则导致管道弯曲，顶进困难，而无法继续施工。因此，必须有一套可准确控制管段顶进方向的导向机构。顶管施工中的方向控制，主要是靠反复测量、不断检查和及时纠偏来保证。
5 结论
综上所述，随着城市建设步伐的加快，项管施工技术已越来越普及。对施工关键技术进行探索研究、针对施工常见问题寻找纠正措施，才能将此项技术更好地运用于市政工程。
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