頂管法簡介和施工實例

1、第3期 陳永光，韓利光：頂管法簡介和施工實例3頂管法簡介和施工實例陳永光1韓利光2（1廣東省地質(zhì)建設(shè)工程勘察院，廣州510080；2廣東省核工業(yè)地質(zhì)局二九三大隊，廣州510800）摘 要介紹了頂管法的工作原理、特點、適用條件和廣州市白云區(qū)污水處理工程截污管道的頂管施工工藝，以及對頂管法的認(rèn)識和建議。關(guān)鍵詞頂管法頂進(jìn)力施工工藝非開挖鋪管法早在19世紀(jì)末就已經(jīng)開始使用，如：頂管法、水平鉆進(jìn)法，只是當(dāng)時沒有使用“非開挖”這一術(shù)語。自20世紀(jì)70年代以來，又陸續(xù)出現(xiàn)了幾種新的非開挖地下管線鋪設(shè)方法，如：水平螺旋鉆進(jìn)法、水平定向鉆進(jìn)法、導(dǎo)向鉆進(jìn)法、小口徑頂管法、氣動矛法、夯管法等。每種施工方法都有各自的

2、適用范圍和局限性，所適用的管徑、管材、施工長度、巖土條件等各有所不同。頂管施工法是繼盾構(gòu)法之后而發(fā)展起來的一種地下管道施工方法，也是使用得最早的一種非開挖施工方法，起源于美國。本文2006年8月收到，8月改回。頂管法的工作原理頂管施工就是借助于主頂油缸以及中繼間的頂進(jìn)力，把工具管或頂管掘進(jìn)機(jī)從工作坑內(nèi)穿過土層一直頂進(jìn)到接收坑內(nèi)吊起。與此同時，把緊隨在工具管或掘進(jìn)機(jī)后的管道埋設(shè)在兩坑之間。一個完整的頂管施工主要包括以下幾個部分：混凝土管、運輸車、扶梯、主頂油泵、行車、安全扶攔、潤滑注漿系統(tǒng)、操縱房、配電系統(tǒng)、操縱系統(tǒng)、后座、測量系統(tǒng)、主頂油缸、導(dǎo)軌、弧形頂鐵、環(huán)形頂鐵、機(jī)頭等（圖1）。2頂管法鋪

3、設(shè)截污管道實例2.1 工程概述該工程是廣州市白云區(qū)污水處理系統(tǒng)某段橫穿廣從公路鋪設(shè)90 m長，管徑600 mm的玻璃鋼管。該路面車輛流量大，路面為混凝土，厚約30 cm。混凝土墊層以下為填土，層厚13 m，地下310 m主要以第四紀(jì)的砂層及粉質(zhì)粘土為主，局部淤泥質(zhì)土；地下水較豐富，管道埋置深度57 m。采用非開挖技術(shù)，管前人工挖土、頂管方式鋪設(shè)管道。2.2 施工工藝頂管施工的基本工藝為:測量放線做頂管工作坑設(shè)置平臺安裝后背鋪設(shè)道軌頂鎬、頂鐵、油泵就位復(fù)測高程及中心線安裝鋼管開挖管前土方頂進(jìn)復(fù)測、矯正管道中心線工作坑回填。2.2.1 工作坑布置本工程根據(jù)管道布置、檢查井的設(shè)置、地形及地表建筑物分

4、布，設(shè)置1個頂管工作坑和1個接受坑。工作坑確定為4 m4 m6 m，坑底兩側(cè)設(shè)置1 m1 m1 m焊接工作坑，坑內(nèi)設(shè)集水坑。工作坑基礎(chǔ)使用碎石道床、道床厚度不少于350 mm，裝枕木，枕木規(guī)格150 mm200 mm2 500 mm，間距500 mm，以防止工作坑下沉和頂進(jìn)位置的偏差。道軌采用38 kg/m重軌，左右各一根，軌長6 m，軌高134 mm，管道底部距枕木頂按40 mm設(shè)置，軌距392 mm。本工程采用1臺300 t液壓千斤頂，最大頂距不超過50 mm，管道由于受工作空間的限制每節(jié)長為2.0 m。2.2.2 頂進(jìn)設(shè)備選擇頂進(jìn)設(shè)備主要包括千斤頂、高壓油泵、頂鐵、工具管及運土設(shè)備等。千

5、斤頂是掘進(jìn)頂管的主要設(shè)備。根據(jù)理論計算和實際情況，本工程選用的千斤頂為300 t。工具管即導(dǎo)向頭，采用人工直接挖土和運土。2.2.3 頂進(jìn)施工工作坑內(nèi)設(shè)備安裝完畢后，經(jīng)檢查各部分處于良好狀態(tài)，即可進(jìn)行開挖和頂進(jìn)。管前挖土是保證頂進(jìn)質(zhì)量及地上建筑物安全的關(guān)鍵，管前挖土的方向和開挖形狀，直接影響頂進(jìn)管位的準(zhǔn)確性，因為管子在頂進(jìn)中是循環(huán)已挖好的土壁前進(jìn)的。因此，管前周圍超挖應(yīng)嚴(yán)格控制，對于密實土質(zhì)，管端上方最好留有小于等于1.5 cm空隙，以減少頂進(jìn)阻力；管端下部135中心角范圍內(nèi)不得超挖，保持管壁與土壁相平，也可預(yù)留1 cm厚土層，在管子頂進(jìn)過程中切去，這樣可防止管端下沉。在不允許頂管上部土壤下沉

6、地段頂進(jìn)時，管周一律不得超挖。管前挖土深度，一般等于千斤頂出鎬長度，如土質(zhì)較好，可超前0.5 m。超前過大，土壁開挖形狀就不易控制，容易引起管位偏差和上方土坍塌。由于本工程地層含水比較豐富，容易引起土方塌陷，因此，在每掘進(jìn)50 cm時頂進(jìn)一次，確保施工安全。管前挖出的土用牽引小車及時運出管道，用工作平臺上的卷揚機(jī)送到平臺，然后運出工作場地。2.2.4 管道頂進(jìn)誤差調(diào)整在工作坑內(nèi)設(shè)有水準(zhǔn)點和預(yù)設(shè)的方向線，采用激光水準(zhǔn)儀直接測量前端管底高程和方向。每頂進(jìn)50 cm時，測量一次，如果在頂進(jìn)中發(fā)現(xiàn)偏差，利用糾偏千斤頂進(jìn)行校正，使其復(fù)位。在頂進(jìn)過程中，頂管前面的第一節(jié)管道作為工具管，不和后面的管道焊接在

7、一起，有利于在頂進(jìn)過程中調(diào)整管道的頂進(jìn)誤差。3頂進(jìn)力的計算根據(jù)非開挖鋪設(shè)地下管線工程技術(shù)上海科學(xué)技術(shù)出版社2005年1月第1版中有關(guān)計算公式，頂進(jìn)力的計算是頂管施工中最常用的、最基本的計算之一；頂進(jìn)力為初始頂進(jìn)力與各種阻力之和。式中：F頂進(jìn)力（kN）；F0初始頂進(jìn)力（kN）；Bc頂進(jìn)管外徑（m）；q頂進(jìn)管周邊的均布載荷（kPa）；w每米頂進(jìn)管的重力（kN/m）； 頂進(jìn)管與土之間的摩擦系數(shù)，=tan/2，為土的內(nèi)摩擦角； 頂進(jìn)管與土之間的粘聚力（kPa）；L頂進(jìn)管度（m）。4 頂管法的特點和適用條件 4.1 頂管法的特點頂管施工與開挖施工法相比，具有以下優(yōu)缺點（表1）。4.2 頂管法的適用條件

8、（1）管徑：一般在2005 000 m； （2）管材：一般為混凝土管、鋼管、玻璃鋼管等； （3）管線長度：一般為50300 m，最長可達(dá)1 500 m； （4）巖土類別：各種巖土，包括含水層。表1 頂管法與開挖法比較優(yōu) 點缺 點（1）開挖部分僅僅只有工作坑和接收坑，而且安全，對交通影響小，不破壞地面建筑物；（2）在管道頂進(jìn)過程中，只挖去管道斷面部分的土，挖土量少；（3）作業(yè)人員少，工期短；（4）建設(shè)公害少，文明施工程度高；（5）在覆土深度大的情況下，施工成本低。（1）曲率半徑小而且多種曲線組合在一起時，施工就非常困難；（2）在軟土層及可液化砂層中容易發(fā)生偏差，而且糾正這種偏差又比較困難，管道容

9、易產(chǎn)生不均勻下沉；（3）推進(jìn)過程中如果遇到障礙物時處理這些障礙物非常困難；（4）在覆土淺的條件下顯得不經(jīng)濟(jì)。5 認(rèn)識和建議5.1 認(rèn)識（1）采用頂管機(jī)和卷揚機(jī)進(jìn)行非開挖鋪管施工，成本低廉、設(shè)備簡單、運輸方便、占用空間小，適合在建筑物周圍或空間較小的地方施工。（2）適合在土質(zhì)比較均勻、土質(zhì)穩(wěn)定較好的地層進(jìn)行施工。（3）采用圓錐形導(dǎo)向頭可以減少鋪管時的阻力，具有很好的導(dǎo)向性能。（4）利用十字板拖盤拖動鋪管，可以防止在鋪管時由于管道承受的拉動過大損壞管道。（5）操作簡單，效率較高。5.2 建議（1）施工前應(yīng)詳細(xì)了解工程地質(zhì)狀況，根據(jù)地層情況制定相對應(yīng)管段的施工方案，確定施工參數(shù)，尤其是地質(zhì)變層處，應(yīng)提前制定方案，調(diào)整施工參數(shù)，確保變層處能順利頂進(jìn)。（2）管道施工段經(jīng)過砂層時，在頂管前應(yīng)核算千斤頂?shù)捻斄跋鄳?yīng)設(shè)備的施工能力，對于頂管機(jī)械的施工可能性應(yīng)先充分了解。（3）據(jù)本工程情況，頂管工作井與接收井之間的距離建議不大于100 m，建議增加工具管的長度并于頂管機(jī)后殼相聯(lián)。（4）砂層（包括粉