摘要：城市给排水管道直接影响着城市居民的日常生活和生产，也是城市发展最为重要的基础设施之一。随着施工技术的不断发展，顶管施工工艺将被越来越多的应用于城市给排水管网施工，本文就市政给排水顶管施工技术进行了深入阐述，为今后施工提供依据。
关键词：给排水、顶管、顶进施工
1、什么是顶管施工？
顶管施工是继盾构施工之后而发展起来的一种地下管道施工方法，它不需要开挖面层，并且能够穿越公路、铁道、河川、地面建筑物、地下构筑物以及各种地下管线等。顶管技术是一项用于市政施工的非开挖掘进式管道铺设施工技术，是一种不开挖或者少开挖的管道埋设施工技术。
2、顶管施工的优势
顶管施工显著特点包括：（1）不需要破开地面或者可能少的开挖地面，尤其是在交通繁忙的路段，这种施工技术就减少对道路交通的影响。（2）不用征地，不破坏地面建筑物等，这种施工技术能不开挖地面就可以从地下管道、房屋、道路甚至江河的地下穿过。（3）不破坏地表植被和周边环境。（4）顶管施工不受气候和环境影响。（5）不影响管道的段差变形。（6）省时、高效、安全，无建筑垃圾污染，并且综合造价低等。由于顶管施工技术的特点，所以它在管道铺设当中被广泛使用，用这种技术铺设管道能克服传统沟槽开挖法施工的缺点，不仅速度快、安全，而且占地小，污染少，管道施工质量高。
3、顶管施工
3.1顶管施工工艺流程
顶管施工分成两个阶段顶进，第一阶段为工作井、接收井的施工，第二阶段为人工顶管的实施，其中工作井、接收井的施工可以交叉作业，速度较快，设备也能得到充分的利用。工艺流程为：工作井施工→设备安装调试→管道吊装就位→安装顶铁→开机油泵顶进→测量控制纠偏→施工下一节。
3.2施工准备
（1）进行施工测量和现场放线工作。
（2）确定管线范围内及施工需用场地内所有障碍物，如管线、电线杆、树木及附近房屋等的准确位置。
（3）按施工平面布置图修建临时设施，安装临时水、电线路，并试水、试电。（4）审查施工图纸和进行各专业图纸会审，进行施工技术交底工作。
（5）将设计院提供的永久水准点，引临时水准点至井下，施工中经常进行校核。
3.3 人工顶管顶力计算
对于顶管顶进深度范围土质好的，管前挖土能形成拱，可采用先挖后顶的方法施工。
根据经验公式： P=n P0
其中：P——总顶力
n——土质系数。
土质系数取值可根据以下两种情况选取：
（1） 土质为粘土、亚粘土及天然含水量较大的亚砂土，管前挖土能成拱者，取1.5～2.0。
（2） 土质为中粗砂及含水量较大的粉细砂，管前挖土不易成拱者，取3～4。
P0——为顶进管子全部自重。
考虑地下工程的复杂性及不可预见因素，顶管设备取1.3 倍左右的储备能力。
对于顶管顶进深度范围土质较差的，即开挖时容易引起塌方的，可采用先顶后挖的方法施工。
根据顶管工程力学参数确定，先顶后挖时，顶管的推力就是顶管过程管道所受的阻力，主要包括工具管切土正压力、管壁摩擦阻力。
1）工具管正压力：与土层密实度、土层含水量、工具管格栅形态及管内挖土状况有关。根据有关工程统计资料，软土层一般为20-30t/m2,硬土层通常在30-60t/m2。大于40t/m2 时表明土质较好。
F1=S1×K1
其中
F1--顶管正阻力(t)
S1--顶管正面积(m2)
K1--顶管正阻力系数(t/m2)
F1=S1×K1=πr2×K1
2）管壁摩擦阻力：管壁与土间摩擦系数及土压力大小有关。根据有关工程统计资料，管壁摩擦阻力一般在0.1-0.5t/m2 之间。
F2=S2×K2
其中
F2—顶管侧摩擦力（t）
S2—顶管侧面积（m2）
K2—顶管侧阻力系数（t/m2）
F2=S2×K2=πDL×K2
顶管阻力为以上二种阻力之和，即F=F1+F2
3.4工作井和接收井的施工
3.4.1施工工艺
采用分层开挖，坡度按1：0.33进行设置，每节开挖护壁的高度最多不超过
100cm。
3.4.2施工技术要求
(1)每层开挖深度不大于1.0 米，基坑周围设置1.2米高的围护，防止坠物；基坑四周，应尽快避免车辆行驶，减少基坑边动荷载。
(2)井内的积水由集水井（长×宽×高为30cm×30cm×40cm）及时排走，抽水时要注意用电安全。
(3)严格控制后靠背、洞口墙的水平度和垂直度。洞心的标高和洞口的直径要符合设计要求。
3.4.3顶管工作井内设备安装
（1）导轨安装。严格控制导轨的中心位置和高程，确保顶入管节中心及高程能符合设计要求。
1）由于工作井地基全部为老黄土，地基稳定，导轨直接放置在工作井的底板上。
2）严格控制导轨顶面的高程，其纵坡与管道纵坡一致。
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3）导轨两侧采用钢筋插打进行固定，导轨长度采用2～3m，间距设置为60cm。
4）导轨必须直顺。严格控制导轨的高程和中心。
3.4.4下管、顶进、出土和挖土设备：采用电动卷扬机下管，用千斤顶、高压油泵作为顶进设备，用斗车、垂直牵引的卷 扬机作为出土设备，用空气压缩机带风镐机作为挖土设备。
3.4.5照明设备：井内使用电压不大于12V 的低压照明。
3.4.6通风设备：人工挖土前和挖土过程中，采用轴流鼓风机通过通风管进行送风。
3.4.7工作棚架：作为防雨及安装吊运设备。工作坑上设活动式工作平台，平台用32#工字钢梁。在工作平台上设起重架，井旁边装置电动卷扬机。
3.5引入测量轴线及水准点
将地面的管道中心桩引入工作井的侧壁上（两个点），作为顶管中心的测量基线。将地面上的临时水准点引入工作井底不易碰撞的地方，作为顶管高程测量的临时水准点。
3.6 下管
下管前，要严格检查管材，不合格的严禁使用。 第一节管下到导轨上时，应测量管的中线及前后端管底高程，以校核导轨 安装的准确性。
3.7千斤顶和顶铁的安装
3.7.1千斤顶的高程及平面位置：千斤顶的工作坑内的布置采用并列式，顶力合力作用点与管壁反作用力作用点应在同一轴线，防止产生顶时力偶，造成顶进偏差。
3.7.2顶铁安装应无歪斜、扭曲现象，必须安装直顺。每次退千斤顶加放顶铁时，应安放最长的顶铁，保持顶铁数目最少。
3.7.3顶进中，顶铁上面和侧面不能站人，随时观察有无扭曲现象，防止顶铁崩离。
3.8基坑基础及导轨
基坑基础采用150mm×150mm×3000mm枕木,间距600mm， 坡度与设计管道坡度一致。基坑导轨起导向作用，钢轨宜采用QU80的导轨，其高度为130mm，上顶宽度80mm。
两轨间距按下式计算：
A=A+a
A=2√(D-h-e)(h-e)
式中A0-两导轨的中距（m）
A-两导轨上部的净距（m）
a-导轨的上顶宽度（m）
D-管外径（m）
h-导轨高度（m）
e-管外底距基础面的距离（一般为0.01～0.025 m）
3.9后背墙
后背墙为型钢、钢筋砼后背，型钢地下埋入深不小于0.5米。
3.10 顶进施工
工作坑内设备安装完毕，经检查各部分处于良好状态，即可进行试顶。首先校测设备的水平及垂直标高是否符合设计要求，合格后即可顶进工具头，然后安放混凝土管节，再次测量标高，核定无误后进行试顶，待调整各项参数后即可正常顶进施工。在施工过程中，做到勤挖勤顶勤测，加强监控。顶进施工时，操作过程如下：
3.10.1安装好顶铁挤牢，工具管前端破取一定长度后，启动油泵，千斤顶进油，活塞伸出一个工作行程，将管子推向一定距离。
3.10.2停止油泵，打开控制阀，千斤顶回油，活塞回缩。
3.10.3添加顶铁，重复上述操作，直至需要安装下一节管子为止。卸下顶铁，下管，用环形橡胶环连接混凝土管，以保证接口缝隙和受力均匀，保证管与管之间的连接安全。
3.11 顶进施工中的重点工序
3.11.1测量
1)测量次数：在顶第一节管时及校正顶进偏差过程中，应每顶进20～30cm，即对中心和高程测量一次；在正常顶进中，应每顶进50～100cm 时，测量一次。
2)中心测量：根据工作井内测设的中心桩、挂中心线，利用中心尺，测量头一节管前端的轴线中心偏差。
3)高程测量：使用水准仪和高程尺，测首节管前端内底高程，以控制顶进高程； 同时，测首节管后端内底高程，以控制坡度。工作井内应设置两个水准点，以便闭合之用，经常校核水准点，提高精度。
4)一个管段顶完后，应对中心和高程再作一次竣工测量，一个接口测一点，有错口的测两点。
3.11.2纠偏：
当测量发现偏差在10～20mm 时，采用超挖纠偏法，即在偏向的反侧适当超挖，在偏向侧不超挖，甚至留坎，形成阻力，施加顶力后，使偏差回归。
当偏差大于20mm 时，采用千斤顶纠偏法，当超挖纠偏不起作用时，用小型千斤顶顶在管端偏向的反侧内管壁上，另一端斜撑在有垫板的管前土壁上，支顶牢固后，即可施加顶力。同时配合超挖纠偏法，边顶边支，直至使偏差回归。
3.11.3管前挖土要求
1)在道路和重要构筑物下，不得超越管段以外100mm，管周不得超挖，并随挖随顶。
2)在一般顶管地段，如土质良好，可超挖管端300～500mm，在管周上面允许超挖15mm，下面135 度范围内，不得超挖。
3.11.4接口的处理：管与管之间的缝隙，采用膨胀水泥砂浆压实填抹。填抹前，将接口湿润，再分层填入，压实填抹平整后，在潮湿状态下养护。
3.12工作井内管道施工
管道完成后，按设计图在井内用砖砌筑检查井，井内外批防水砂浆。
4、结束语
在给排水管道顶管施工过程中，管道施工工序及质量的控制是管道安全、可靠地运行的关键所在，是确保整个工程施工质量的重要因素。本文仅针对市政给排水管道顶管施工技术进行了论述，仅供各位工程施工人员参考，以便能在以后的施工中借鉴和参考。
参考文献
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[3] 给水排水管道施工及验收规范，2009.02(1): 15-16.
论文作者:杭嫄嫄
论文发表刊物:《基层建设》2018年第27期
论文发表时间:2018/10/17
标签：顶管论文; 导轨论文; 高程论文; 管道论文; 工作论文; 测量论文; 土质论文; 《基层建设》2018年第27期论文;