長距離頂管施工技術(shù)的應(yīng)用分析

任宇寧 師 煜

（中交第四公路工程局有限公司，北京 100022）

0 前言

目前，長距離頂管施工技術(shù)在我國社會(huì)生活的許多方面都得到了廣泛的應(yīng)用，該技術(shù)具有噪聲少、影響低等多種優(yōu)勢。該文從該技術(shù)的特點(diǎn)以及不足入手，分析了其應(yīng)用過程中的影響因素，最后結(jié)合工程實(shí)例對(duì)其有效應(yīng)用進(jìn)行了探討，希望可以為技術(shù)推廣應(yīng)用提供一定的幫助。

1 長距離頂管施工技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)及施工問題

1.1 長距離頂管施工技術(shù)

當(dāng)前階段，長距離頂管施工技術(shù)在我國沿海經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)的應(yīng)用較為廣泛，具體應(yīng)用領(lǐng)域包括城市排水系統(tǒng)、天然氣石油管道和通信電纜等。在實(shí)際應(yīng)用的過程中，比較常見的技術(shù)類型包括以下幾種：

其一，水平螺旋鉆進(jìn)技術(shù)。該技術(shù)是長距離頂管施工中比較重要的技術(shù)形式之一，常見于排水施工領(lǐng)域。該技術(shù)的優(yōu)勢在于最大程度地減弱了施工操作對(duì)地表造成的影響，降低了土層破壞現(xiàn)象發(fā)生的概率。水平螺旋鉆進(jìn)技術(shù)比較適用于小口徑的排水管道，在施工中能夠有效地維持管道頂進(jìn)的方向，降低施工操作對(duì)管道方向的影響，保證管道位置的精確性。在具體施工中，主要利用螺旋鉆桿將鋼管推入預(yù)留的井內(nèi)。

其二，進(jìn)出洞技術(shù)。在市政給排水工程中，要對(duì)進(jìn)出洞的質(zhì)量進(jìn)行有效的控制，避免對(duì)洞口土體造成較大的擾動(dòng)，影響到進(jìn)出洞的穩(wěn)定性。在此基礎(chǔ)上，借助主頂油缸、管道間以及中繼間的推力將工具管從井內(nèi)穿過土層直到境內(nèi)吊起的頂管技術(shù)完成作業(yè)。

其三，注漿工藝。在注漿操作中，關(guān)鍵在于注漿的配置，尤其需要對(duì)含水量以及配合比進(jìn)行嚴(yán)格控制，保證注漿的均勻性和穩(wěn)定性，如此才能保證注漿工藝的順利實(shí)施，促進(jìn)施工質(zhì)量的提升。

其四，管節(jié)止轉(zhuǎn)技術(shù)。對(duì)止轉(zhuǎn)操作中的旋轉(zhuǎn)控制方式進(jìn)行嚴(yán)格糾正，貫徹制定科學(xué)合理的止轉(zhuǎn)規(guī)范要求，針對(duì)技術(shù)實(shí)施過程中可能出現(xiàn)的偏位問題制定科學(xué)可行的糾正措施，以此保證管節(jié)止轉(zhuǎn)技術(shù)的實(shí)施效果。

1.2 長距離頂管施工技術(shù)的優(yōu)勢和不足

長距離頂管施工技術(shù)也被稱為非開挖管道敷設(shè)技術(shù)，顧名思義，即在不需要挖開表層的情況下就能夠完成管道的敷設(shè)，使其穿越一些復(fù)雜的地形和低端，不僅降低了施工的難度，同時(shí)也減少的成本。此外，長距離頂管施工技術(shù)對(duì)施工點(diǎn)周邊環(huán)境的影響很低，基本上不會(huì)造成環(huán)境污染?？偟膩碇v，長距離頂管施工技術(shù)是一項(xiàng)綜合效益較強(qiáng)的技術(shù)類型。目前，長距離頂管施工技術(shù)在社會(huì)建設(shè)許多領(lǐng)域都的動(dòng)了應(yīng)用，如城市道路建設(shè)、城市給排水工程建設(shè)等。在具體施工的過程中，頂管施工產(chǎn)生的噪聲很小，不會(huì)對(duì)人們的正常生活工作造成影響。除了以上優(yōu)勢外，長距離頂管施工也存在一定的缺陷，如施工前需要對(duì)施工點(diǎn)地質(zhì)條件和水文環(huán)境進(jìn)行詳細(xì)的調(diào)查分析，且施工難度較高、可操作性不強(qiáng)。

1.3 長距離頂管施工中存在的問題分析

在使用長距離頂管施工技術(shù)開展施工作業(yè)的過程中，需要考慮到多方面因素的影響，如管徑長度、頂進(jìn)機(jī)械、環(huán)境條件等，這些因素都有可能會(huì)對(duì)施工效果造成損害。具體來講，需要特別注意以下幾個(gè)方面的問題：首先，頂力力量的分析。在長距離頂管施工中，頂力需要注意的點(diǎn)很多，只有保證具有足夠的力，才能推動(dòng)施工作業(yè)的順利實(shí)施。一般情況下，頂力會(huì)隨著頂管長度的增加而提升，施工所需的頂力很大，因此需要使用人員對(duì)施工操作技術(shù)進(jìn)行不斷改善，同時(shí)對(duì)工程地基情況進(jìn)行掌握，選擇合適的施工方法，保證施工作業(yè)的有效開展。其次，頂進(jìn)方向失控。長距離頂管施工中管軸線是需要時(shí)刻關(guān)注的一個(gè)點(diǎn)，為了保證頂進(jìn)方向正確，需要不斷對(duì)管軸線進(jìn)行調(diào)整。對(duì)此，施工人員需要依據(jù)不同的方式對(duì)頂管施工方向進(jìn)行控制，因?yàn)楣茌S線有時(shí)候是曲線，有時(shí)候則是直線。為了達(dá)到以上目的，在施工中要對(duì)持續(xù)對(duì)施工方向進(jìn)行測量，通過反復(fù)測量及時(shí)發(fā)現(xiàn)方向偏差并調(diào)整。最后，塌方。塌方問題常常發(fā)生在軟土地基地段，這種問題一旦發(fā)生除了會(huì)對(duì)施工進(jìn)度造成影響外，還會(huì)帶來嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。因此在長距離頂管施工中，必須積極采用各類保障施工技術(shù)，避免此類問題的發(fā)生。

2 長距離頂管施工的影響因素分析

2.1 頂管構(gòu)造

在長距離頂管施工中，頂管構(gòu)造是需要重點(diǎn)關(guān)注的一個(gè)因素，它會(huì)對(duì)施工后期難度以及工程整體安定性造成影響，如果構(gòu)造不合理之處，甚至?xí)?dǎo)致管道滲漏的現(xiàn)象發(fā)生。以市政給排水工程長距離頂管施工為例，在頂管構(gòu)造上，要采用F式的柔性接口對(duì)管道進(jìn)行連接，并使用雙橡膠圈進(jìn)行密封或是采用剛性焊接的方式，以此避免滲漏問題的出現(xiàn)。

2.2 管體質(zhì)量

管體質(zhì)量對(duì)施工整體質(zhì)量的影響十分顯著，為了保證管體的質(zhì)量，施工單位必須根據(jù)工程施工的特點(diǎn)以及管體所處的環(huán)境采用一定的保護(hù)措施。例如在市政給排水工程中，可以通過混凝土澆筑的方式形成頂管管道，避免管道腐蝕問題的發(fā)生，還能夠管道提供安全保護(hù)，提升其使用壽命。同時(shí)，管體質(zhì)量還可以指管道能夠承受內(nèi)部壓力和外部荷載的能力，保證管體質(zhì)量，可以避免出現(xiàn)管道爆裂的情況。

2.3 施工技術(shù)因素

施工技術(shù)影響長距離頂管施工的主要因素包括推力、摩擦力、測量精度度等。如在長距離頂管施工中，由于推進(jìn)的距離較長，因此必須使推進(jìn)裝置提供的推力滿足要求，如果推力不足，很容易出現(xiàn)阻力過大無法正常推進(jìn)的現(xiàn)象。再如，管材和土體之間的摩擦力也會(huì)對(duì)頂管推進(jìn)產(chǎn)生阻礙，因此頂管管材的選擇必須慎重。通常情況下應(yīng)盡量選用鋼管進(jìn)行長距離頂管施工，因此鋼管和土層之間的摩擦力較小，可以降低頂管推進(jìn)的難度。此外，保證測量的精確度是提升長距離頂管施工質(zhì)量的有效措施。

3 長距離頂管施工技術(shù)的具體應(yīng)用

3.1工程案例

某市一水廠的引水管道需要穿越當(dāng)?shù)氐囊粭l河，在工程設(shè)計(jì)中決定采用鋼管頂管，穿河頂管的頂進(jìn)長度為642 m，管道覆土厚度為4 m～21.9 m。河寬為77 m，最大深度為5 m，地下水水位和地表的距離為2 m～3 m。頂管穿越的土層主要為黏土土質(zhì)，包括少量砂姜石。

3.2 施工過程

首先，管道掘進(jìn)采用泥水平衡掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行施工，在含有砂姜石的地段，需要在掘進(jìn)機(jī)的刀盤上安裝特制的貝殼刀，同時(shí)選擇材質(zhì)強(qiáng)度較高的合金刀具安裝在刀盤上。在頂進(jìn)出土的過程中，將泥水直接輸送到管道外的泥漿場。

其次，為了保證頂進(jìn)施工方向的精確性，采用高功率的激光經(jīng)緯儀為管道頂進(jìn)進(jìn)行導(dǎo)向。同時(shí)，在頂進(jìn)前和頂進(jìn)過程中，使用風(fēng)管對(duì)管道內(nèi)進(jìn)行強(qiáng)制抽排通風(fēng)，保證管道內(nèi)部空氣清潔，提升測量的通視效果，提高測量精度。此外，在整個(gè)頂進(jìn)過程中，技術(shù)人員要不斷對(duì)頂管軸線和高程進(jìn)行核對(duì)，保證頂進(jìn)施工的精確度。

再次，由于頂管需要穿過河流，因此如果在施工中控制不當(dāng)很可能會(huì)對(duì)河道和河堤產(chǎn)生破壞，引發(fā)塌方現(xiàn)象。為了避免此類問題的發(fā)生，必須采取一定的防范措施：其一，在頂進(jìn)施工前結(jié)合覆土深度和地下水壓力對(duì)每段距離的進(jìn)水壓力和泥倉土壓力值進(jìn)行計(jì)算，據(jù)此對(duì)掘進(jìn)機(jī)的參數(shù)進(jìn)行合理設(shè)置。其二，將掘進(jìn)機(jī)的和鋼管的外徑控制在2 cm以內(nèi)，同步開展注漿。其三，在頂進(jìn)施工完成后要及時(shí)利用水泥漿液對(duì)觸變漿液進(jìn)行置換，提高周邊土體的穩(wěn)定性。

最后，中繼間的使用。結(jié)合摩擦力計(jì)算結(jié)果來看，達(dá)到了12 000 kN，已經(jīng)超過了工作井的最大承受力6500 kN，對(duì)此，在管道100 m和300 m的位置分別設(shè)置了中繼間。

本次工程此長管道頂進(jìn)施工共耗費(fèi)了45天的時(shí)間，在整個(gè)施工作業(yè)中，管道軸線和標(biāo)高的偏差都控制在3 cm以內(nèi)，且未出現(xiàn)土體坍塌的現(xiàn)象，同時(shí)河流河床受到的影響也微乎其微。

3.3 長距離頂管施工的控制要點(diǎn)分析

首先，對(duì)排土方式進(jìn)行合理的選擇。排土方式選擇的合理性會(huì)對(duì)長距離頂管施工的效率以及管道頂進(jìn)推力的大小造成影響，因此在施工開始前，施工人員要結(jié)合現(xiàn)場土質(zhì)情況和頂管管徑對(duì)掘進(jìn)方式進(jìn)行合理選擇，在此基礎(chǔ)上確定與之相適應(yīng)的排土方式。例如，頂管的管徑較小，則可以選擇泥水平衡掘進(jìn)方式，據(jù)此選擇泥水輸送的排土方式。

其次，對(duì)測量精度進(jìn)行嚴(yán)格控制。在長距離頂管施工中，測量工作十分重要，其直接影響著管道頂進(jìn)施工方向的精確性。因此工程人員必須采用接力測量的方式保證測量工作的持續(xù)性，實(shí)現(xiàn)對(duì)管道頂進(jìn)方向的動(dòng)態(tài)控制，使管道軸線和標(biāo)高都處于標(biāo)準(zhǔn)的范圍內(nèi)，以此保證頂進(jìn)管道的精度。

再次，防止管道周邊土體坍塌現(xiàn)象。工程采用頂管掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行施工，由于其比頂進(jìn)管道稍大，因此在頂進(jìn)施工中，必須采取一定的防控措施避免管道外壁土體出現(xiàn)坍塌。尤其需要注意掘進(jìn)面土體平衡的控制，因?yàn)橐坏┏霈F(xiàn)平衡失控，很容易引發(fā)地面隆起或是塌陷問題，對(duì)施工作業(yè)的正常推進(jìn)造成影響。為了避免以上問題，可以采取以下措施：首先，及時(shí)進(jìn)行同步注漿和管道后續(xù)跟進(jìn)補(bǔ)漿，對(duì)管道外壁空隙進(jìn)行填充。其次對(duì)泥土倉內(nèi)的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行精確的計(jì)算和控制，同時(shí)保證出土量和管道進(jìn)尺量的平衡。

最后，做好觸變泥漿減阻工作。在長距離頂管施工中，針對(duì)其中存在的各類影響因素，必須采取有效的措施對(duì)它們進(jìn)行控制，最大程度地降低或是消除其對(duì)施工作業(yè)帶來的不利影響。例如，針對(duì)頂管管壁四周產(chǎn)生的摩擦力，可以在管道外壁注入觸變泥漿形成厚度合理的泥漿套，使管道包裹在泥漿套內(nèi)，這樣可以有效地降低管道頂進(jìn)過程中受到的摩擦阻力。

4 結(jié)語

綜上所述，長距離頂管施工技術(shù)具備的各項(xiàng)優(yōu)勢使其在許多領(lǐng)域的工程建設(shè)中得到了廣泛的應(yīng)用。該文詳細(xì)介紹了該技術(shù)的形式、優(yōu)點(diǎn)和不足，詳細(xì)分析了施工中可能出現(xiàn)的各類問題，結(jié)合工程實(shí)際對(duì)技術(shù)實(shí)施的具體過程進(jìn)行了闡述，在此基礎(chǔ)上指出了技術(shù)控制的要點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了技術(shù)的有效應(yīng)用。