摘要： 目前，以頂管法為代表的非開挖技術(shù)由于具有施工成本低、工期短,對周圍的環(huán)境影響較小,同時(shí)施工的安全性較高等優(yōu)點(diǎn)在市政工程中應(yīng)用極為廣泛。論文首先介紹了頂管施工的施工原理及施工工藝，分析了現(xiàn)階段市政工程中管道的頂管施工過程中出現(xiàn)的主要問題，并提出了應(yīng)對措施，旨在對今后類似工程有一定的參考和借鑒作用。

　　關(guān)鍵詞： 市政工程,頂管施工,對策

　　隨著現(xiàn)代化城市的建設(shè)和發(fā)展的不斷加快，地下空間的建設(shè)已經(jīng)成為城市發(fā)展的重點(diǎn)對象，特別是地下管道是城市建設(shè)和發(fā)展的重要基礎(chǔ)設(shè)施，這些設(shè)施包括作為城市給水排水、電力燃?xì)獾饶茉垂┙o、廢物排棄、信息傳遞的物質(zhì)基礎(chǔ)，因此，做好這些地下工程的施工尤為重要。頂管法是繼盾構(gòu)施工之后發(fā)展起來的一種地下管道施工方法，論文重點(diǎn)對市政工程中管道的頂管施工技術(shù)進(jìn)行簡要的介紹，并對施工過程中的質(zhì)量控制進(jìn)行探討。

　　1頂管法施工的相關(guān)概述

　　1.1頂管法的基本原理

　　頂管法施工是借助于主頂油缸等頂進(jìn)設(shè)備，將工具管或掘進(jìn)機(jī)從工作井穿越土層進(jìn)入接收井;將緊隨其后的工作管道依次連接并埋設(shè)在這兩個(gè)井的管線土層中的敷設(shè)地下管線的施工方法。

 

　　1.2頂管施工工藝

　　頂管施工工藝是指從機(jī)械設(shè)備開始進(jìn)入場地到頂進(jìn)全部結(jié)束的整個(gè)過程。一個(gè)比較完整的頂管施工大體包括以下十六大部分：工作坑和接收坑、洞口止水圈、頂管機(jī)、主頂裝置、頂鐵、基坑導(dǎo)軌、后座墻、推進(jìn)用管及接口、輸土裝置、地面起吊設(shè)備、測量裝置、注漿系統(tǒng)、中繼站、輔助施工、供電和照明以及通風(fēng)和換氣。頂管的施工流程可以簡單的概述為：鋪設(shè)管道前，首先在管線的一端建造一個(gè)工作坑，在坑里的頂進(jìn)軸線后方，布置一組左右成對的油缸。然后將需鋪設(shè)管道的最前端安裝工具管并放在油缸前面的導(dǎo)軌上。油缸頂進(jìn)時(shí)，工具管在最前方，推動(dòng)前面的管道穿過坑壁上預(yù)留的穿墻孔把管道壓入土中，與此同時(shí)，將進(jìn)入工具管的泥土運(yùn)輸?shù)焦芡狻．?dāng)油缸達(dá)到最大行程后縮回，放入頂鐵，油缸繼續(xù)頂進(jìn)，如此不斷地加入頂鐵，管道一直向前頂進(jìn)。當(dāng)坑里導(dǎo)軌上的管道全部進(jìn)入土中后，再吊入下一節(jié)管道，繼續(xù)頂進(jìn)，如此循環(huán)施工，直至管道全部頂完。

　　2頂管法施工過程中存在的問題

　　在目前頂管施工中，根據(jù)破壞的形式，主要分為四類，即管節(jié)端部的破損、管土相互作用造成的管道失穩(wěn)、管道連接處的破壞和挖掘面的失穩(wěn)。

　　2.1管節(jié)端部的破損

　　對頂管頂進(jìn)過程中出現(xiàn)管材破損的現(xiàn)象，,根據(jù)混凝土頂管的破壞狀態(tài)主要分為兩大類：一類是插口或承口全部(或大部分)被壓碎，主要原因是：在頂管頂進(jìn)過程中，因施工距離的增長，中繼千斤頂應(yīng)用在頂管施工過程中，管道周圍土體發(fā)生位移和砂的沉聚，使得頂管外表面的徑向土壓力和摩擦系數(shù)增大，當(dāng)再恢復(fù)頂進(jìn)的初始階段時(shí)，頂管所承受的頂進(jìn)力將會(huì)成倍增大，若頂進(jìn)力超過管材的承載力時(shí),就會(huì)發(fā)生頂管管節(jié)發(fā)生壓碎破壞現(xiàn)象。另一類是插口或承口局部被壓碎，頂環(huán)尺寸過小或施工過程造成頂環(huán)變形，引起頂環(huán)與管端面接觸不均勻或頂環(huán)端面不平整會(huì)引起頂環(huán)與管端面的接觸無法全部貼切。這樣在相同的受力狀態(tài)下，管道端面的受力不均勻，有些范圍接觸面大或先接觸，所承受的壓應(yīng)力也就越大，最終的破壞也就先從這些地方開始，引起管道局部破壞。

　　2.2管道失穩(wěn)

　　造成管道失穩(wěn)主要是由于管道施工過程中，前后管節(jié)偏離設(shè)計(jì)軸線。隨著頂進(jìn)距離的增長，當(dāng)管道周圍的土體所承受的土壓力超過土的被動(dòng)土壓力時(shí)，管道便發(fā)生失穩(wěn)。管道偏離設(shè)計(jì)軸線的在施工過程中主要表現(xiàn)為下沉、上浮、偏心和錯(cuò)口四個(gè)方面。具體表現(xiàn)為：當(dāng)頂管施工中周圍土質(zhì)不均勻，頂管施工的位置正好處于兩種不同土質(zhì)的分界處，如果下層土質(zhì)比較松軟，極易造成頂管機(jī)頂進(jìn)過程中下沉。或者在泥水平衡法施工中，由于排泥泵的效率低、對管內(nèi)沖洗不干凈，時(shí)間長了易使泥水管堵塞，造成頂管機(jī)下沉，而頂管機(jī)正面的泥水在壓力作用下向后竄，泥水的浮力作用使頂管機(jī)上浮;在頂管施工注漿過程中，當(dāng)局部注漿過量，漿液不能形成環(huán)狀泥漿層，在隧道底部形成漿液的積聚，致使管道上浮。

　　2.3管道連接處的破壞

　　管道連接處的破壞主要引起施工中產(chǎn)生漏漿現(xiàn)象和管道的受力不均勻引起應(yīng)力集中。英國牛津大學(xué)的實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果表明中密實(shí)度的纖維板優(yōu)于粗紙板，粗紙板優(yōu)于膠合板，厚度大的密封材料優(yōu)于厚度低的密封材料。密封材料隨著承受循環(huán)荷載次數(shù)的增加，壓縮性能逐漸降低，與第一次受載的性能完全不同。因此引起封填材料的破壞主要原因?yàn)椋?)連接處材料剛度不足，在循環(huán)應(yīng)力作用下引起變形，使端口混凝土局部應(yīng)力集中，導(dǎo)致端口砼破壞;2)管子之間的接觸封填材料太薄，材料不連貫密實(shí)。

　　2.4地面沉降

　　由于地質(zhì)條件的變化對地面的變形的影響，開挖的過程中，導(dǎo)致土體應(yīng)力松弛使得水平應(yīng)力減小;另一方面又由于頂進(jìn)推力和平衡泥漿或氣體壓力使水平應(yīng)力增加。當(dāng)這兩方面引起的應(yīng)力變化能夠維持水平應(yīng)力基本不變時(shí)，施工對領(lǐng)近土體的擾動(dòng)最小。當(dāng)掘進(jìn)機(jī)通過時(shí)，掘進(jìn)機(jī)外殼與土層間會(huì)形成剪切滑動(dòng)面，剪切滑動(dòng)面附近的土層內(nèi)產(chǎn)生剪切應(yīng)力，剪切應(yīng)力引起地面變形。推進(jìn)隨度越快，剪切應(yīng)力越大，周圍土體位移也越大。覆蓋層太薄是造成地面沉降的主要原因。覆蓋層薄，沉降集中在管頂，沉降的絕對值就大。另外覆土太薄，掘進(jìn)機(jī)的正面土體容易上拱，原狀土被松動(dòng)，松動(dòng)后容易塌方，使土體間留有許多空隙，引起地表沉降。

　　3頂管工程施工質(zhì)量控制

　　3.1施工前的準(zhǔn)備

　　1)工作井的選擇要點(diǎn)。工作井的設(shè)計(jì)主要遵循以下原則：在土質(zhì)比較軟，而且地下水又比較豐富的條件下，首先應(yīng)選用沉井施工作為工作井。在土質(zhì)條件較好，地下水少的條件下，應(yīng)選用鋼板樁工作井。工作井選址時(shí)首先應(yīng)考慮盡量避開房屋、地下管線、河塘、架空電線等不利于頂管施工作業(yè)的場所。以免造成房屋和地下管線損壞、水土嚴(yán)重流失、坑的安全性降低及觸電等事故，從而使增加施工成本、延誤工期。其次還要根據(jù)頂管施工全線的情況，選取合理的工作井個(gè)數(shù)，保證在全線范圍內(nèi)工作井?dāng)?shù)量為最少。2)在施工準(zhǔn)備階段要全面的勘察施工地層的地質(zhì)條件以及地層的變化情況，確定合理的施工方法;通過監(jiān)測施工過程中地面的沉降和隆起，控制施工的推進(jìn)速度;勘察地下水狀況，對可能的不穩(wěn)定因素采取相應(yīng)措施。對地面上的荷載嚴(yán)格控制，對因荷載引起的挖掘面不穩(wěn)定實(shí)行連續(xù)的監(jiān)測。

　　3.2注漿工藝

　　合理使用觸變泥漿可以保持土體穩(wěn)定，減少塌方起到減阻和護(hù)壁作用。對長距離頂管其是關(guān)系到頂管成功與否的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。漿液通過注漿系統(tǒng)由注漿孔注入周圍土中。應(yīng)該注意以下幾點(diǎn)：1)膨潤土是觸變泥漿的主要材料，作為頂管施工用的膨潤土應(yīng)選納基膨潤土，由其拌制成的漿液，觸變以后的流動(dòng)性和靜止下來的膠凝性、固化性都比鈣基膨潤土拌制的漿液要好，對土層的支承和潤滑效果好。2)頂進(jìn)時(shí)，及時(shí)進(jìn)行跟蹤補(bǔ)漿，確保在掘進(jìn)機(jī)后面及時(shí)形成完整的泥漿環(huán)套。當(dāng)管節(jié)頂進(jìn)時(shí)，利用掘進(jìn)機(jī)尾部環(huán)向均勻布置的壓漿孔，與頂進(jìn)同步進(jìn)行跟蹤注漿，以確保當(dāng)掘進(jìn)機(jī)頂進(jìn)時(shí)所形成的管壁周圍空隙被觸變泥漿全部填充從而形成完整的泥漿環(huán)套。注漿量與開挖作業(yè)的超、欠挖量有關(guān)，原則上控制在同步跟蹤壓漿量為管節(jié)外理論空隙體積的8倍左右，補(bǔ)壓漿量一般為管節(jié)外理論空隙體積。由于在曲線段的外側(cè)存在法向分力的作用，對土體擾動(dòng)和摩阻力都會(huì)增大，所以當(dāng)掘進(jìn)機(jī)進(jìn)入曲線段時(shí)，應(yīng)增加對曲線段的注漿量，盡可能形成完整的泥漿套。

　　3.3軸線控制及沉降監(jiān)控

　　在頂進(jìn)的過程中一定要嚴(yán)格監(jiān)控管線的偏差，糾偏的幅度也應(yīng)盡量控制在小范圍內(nèi)，相鄰兩根管的折角越小越好。同時(shí)也可以適當(dāng)加大木墊板的厚度，來調(diào)整偏差。控制頂管頂力的偏心度，頂進(jìn)中應(yīng)使頂推合力盡可能與管道的軸線相接近，頂管誤差校正,形成誤差后應(yīng)緩緩進(jìn)行,使管子逐漸復(fù)位, 不能猛糾硬調(diào),以防產(chǎn)生相反的結(jié)果。常采用:超挖、頂木、千斤頂糾偏法(根據(jù)實(shí)際需要具體選用)。為監(jiān)測攪拌樁加固基礎(chǔ)施工時(shí)對周圍土體的擾動(dòng)造成危房的沉降，頂管工作井、接收井及頂管頂進(jìn)過程中對危房造成的影響。整個(gè)頂管施工過程中每天進(jìn)行3次監(jiān)測。設(shè)置報(bào)警值為當(dāng)三個(gè)及以上點(diǎn)累計(jì)沉降大于20mm小于30mm或者日沉降速率大于5mm/d小于8mm/d時(shí)為黃色報(bào)警，提示控制施工速度，采取措施加強(qiáng)維護(hù)體系的可靠度，當(dāng)三個(gè)及以上點(diǎn)累計(jì)沉降大于30mm或者日沉降速率大于8mm/d時(shí)為紅色報(bào)警，要求停止施工，確定維護(hù)結(jié)構(gòu)是否被破壞、居民房基礎(chǔ)處地下水位是否發(fā)生較大變化，并加強(qiáng)對沉降控制點(diǎn)的監(jiān)控，確定沉降是否收斂，通知甲方、設(shè)計(jì)及監(jiān)理進(jìn)行施工方案再確認(rèn)，待沉降收斂后，經(jīng)甲方及監(jiān)理同意開工后再施工。

　　3.4其他質(zhì)量控制措施

　　1)管道破損的防治措施。根據(jù)上述插口或承口整圈(或大部分)被壓碎的原因分析，可采取在施工中盡量減少頂管機(jī)的停機(jī)的時(shí)間,無特殊原因要采取連續(xù)施工的方法。若不能連續(xù)施工，可以采用“短間隔短距離”的頂進(jìn)方法,即每停機(jī)一段時(shí)間(如 3～6 小時(shí))就開機(jī)頂進(jìn)一小段(如 0.5～1m)，同時(shí)可以加強(qiáng)注漿措施減少管外壁的摩擦阻力，盡量減少頂進(jìn)力。當(dāng)遇到前方障礙物時(shí)，則要停止頂進(jìn)，采取措施(如開挖)排除障礙后再繼續(xù)頂進(jìn);若是遇到堅(jiān)硬土層或強(qiáng)度較低的無鋼筋水泥樁，則要控制好頂進(jìn)力，在保證頂進(jìn)壓力不超過管材允許壓力的前提下慢慢頂進(jìn)穿越。2)管道連接處破壞的防治措施。在施工中可以選擇性能較好的材料適當(dāng)改變封填材料的性質(zhì)，來增大頂管一次的施工距離。同時(shí)循環(huán)荷載的次數(shù)與中繼站和工作井之間的距離有關(guān)。因此可以通過確定中繼站的數(shù)量，工作井的距離來控制封填材料的安全性能。

　　4結(jié)語

　　總之，分析頂管施工過程中的各種存在問題，結(jié)合施工特點(diǎn)，重點(diǎn)探討了施工中應(yīng)該注意的問題，希望能夠?qū)��?shí)際工程提供借鑒。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1] 李震. 泥漿平衡式頂管施工的質(zhì)量控制[J]. 西南給排水, 2005,(02) .

　　[2] 劉高佺,萬桂芬. 頂管施工工藝及關(guān)鍵技術(shù)[J]. 山西建筑, 2009,(15) .

　　[3] 何大鵬,陳磊. 頂管施工工藝及質(zhì)量控制[J]. 山西建筑, 2010,(09) .

　　[4] 楊杰,黎衍輝. 頂管施工技術(shù)研究[J]. 科技資訊, 2010,(24) .