供水工程中顶管的施工技术分析范文

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摘要：阐述大型地下管网式枢纽型供水工程中顶管施工技术，着重阐述顶管顶进施工中工作坑内顶管设备安装、工作坑地面设备安装、顶管参数选择、管道顶进、钢管防腐、焊接钢管顶进、顶管出洞、管道内通风、有害气体监测、顶管接口、顶管超挖注浆处理措施、闭水试验等顶管顶进关键技术，快速有效建造供水枢纽工程地下管网输水管线。

关键词：供水工程；顶管；施工技术

大型地下管网式枢纽型供水工程中地下管线分布广而复杂，穿越交通繁忙的城镇、铁路、公路等建筑物。随着我国城市化进程的加快，城市人口数量增大导致城市交通拥挤等系列问题。穿越城市的管线明挖，必将会使拥堵的城市交通更加雪上加霜，且一些建筑物下不易开挖，明挖管线还会影响到一些建筑物的使用功能。本文着重阐述大型地下管网式枢纽型供水工程中顶管施工技术，来解决地下输水管线明挖带来的系列问题。

1顶管的工作原理及技术特点

顶管施工从各个不同的施工特点来进行分析，它属于非开挖施工的一种方法。在这个过程中对于施工条件来说，是可以不开挖或是少开挖的管道埋设施工技术，对公路建设、铁路建设和地面建筑及其地下建筑等都有显著的施工技巧。顶管施工就是在工程坑内借助顶进设备产生的顶力，主要克服管道和周围土壤之间的摩擦力，在利用工具和掘进机从需要工作的地方进行设计坡度，直进入到整个土中，并将土方运走，在这个过程中会出现一节管子完成顶入土层之后，再下第二节管子继续顶进。因此，顶管的技术要点主要是缓解因为地下延伸中出现的偏差。需要顶管设计的一般都属于大型管径的铺设，利用顶管设计就是可以保证不拆迁，不破坏地面建筑和环境等因素。

2大型地下管网式枢纽型供水项目中顶管的施工技术应用分析

2.1工作坑内顶管设备安装

顶管设备主要包括后背、油缸支架、主顶油缸、主顶泵站、导轨、穿墙止水等（见图1）。图1工作井内主顶设备安装图图2导轨安装导轨安装。针对导轨安装首先是利用型钢和钢轨来操作的，把钢轨焊于型钢上，然后再利用螺丝来进行加固，置顶钢梁上，然而在这个过程中钢横梁置于工作底板上，安装过后还要进行焊接，主要就是稳定导轨不发生移动现象，牢固整个根基（见图2）。导轨安装在顶管中至关重要，在安装过程中不仅要求安装的牢固性，同时还要确保安装的精度，每个导轨都是直行的，当然也是T字型的，根据施工情况来确定轨道的高度和形状，这样纵坡与管道设计也要保持一致；降低整个轨道的偏差和顶面高差及其两轨之间的距离。

2.2工作坑地面设备安装

（1）在进行工作坑地面设备安装过程中，需有效的控制液压系统，例如高压油泵和压力表等一些常见的保护装置。这些保护装置不仅可以使得液压工作顺利完善，还可以对中途出现的压力不稳定问题进行检修维护，对于故障可以有效的进行排除障碍；

（2）注浆系统。在这个过程是顺着压力泵来进行注浆，有效的控制好整个管道的压力和管道内供应减阻泥浆。在注浆过程中，要合理进行配料，防止因为周围土体的扰动和地层的损失，导致地表沉降；

（3）就是选用适合安装的设备电动空压机。该设备的主要用途是使整个空气在压缩的状况下进行净化，有效的利用空压管道将其空气送到工作地方，使得管道内施工人员在安全的环境下工作，对身体也没有影响。

2.3顶进施工

管道顶进主要内容：顶管参数确定，顶进施工，施工记录与管理，管道顶进超挖灌浆等。

（1）顶管参数选择。①顶管工艺选择：在一个工作坑内安装设备向相邻工作坑顶进，完成后转向顶进或转移设备至另外的工作坑；②顶管顶进力的计算（采用技术规程估算公式法）。顶管的顶进力按《给排水工程施工及验收规程》（GB50268-2008），推荐式计算Fp=πD0Lfk+NF；③管道允许顶力验算：总顶力标准值应满足顶力计算要求；④千斤顶的选择：针对千斤顶的选择是按照设计图纸计算出工程在承受范围内的数据，来选择液压千斤顶；⑤顶管机安装。在这个过程中需要千斤顶固定在支架上，将整个横梁进行焊接，在焊接过程中要把千斤顶的管轴进行对称布置，合力的作用下选择管道圆心来进行。同时在这个过程中千斤顶安装要合理按照坡度的情况，减少因为坡度不合理导致倾斜和颠覆。这样不仅不利于工程操作，还对限压闸、滤油器、溢流阀和压力表等保护装置带来隐患，因此安装坡度也是需要考虑的。最后安装完毕后试车，检验设备完好情况，利用千斤顶启动开关，控制好速度，对整个阀门的控制也要在合理的情况下操作，这样可以加快顶进的速度。

（2）管道顶进。施工工序：设备调试试行→下管→管道就位→管道焊接→管道顶进→校正。①设备调试运行：设备安装完成后，在管道顶进前对设备再次进行调试试运行，并对设备安装精度再次校核，保证在规范允许精度范围方可正式进入管道顶进施工；②下管：下管前对管道进行外观检查，合格管道，吊至工作井井底。管道吊至距井底高度小于50cm时操作人员方可进行工作；③管道就位：当第一节管道放至导轨上后，复测管道中心轴线及管道前后端高程，确保符合规范要求后方可顶进。第一节管道为工作管，顶进方向和高程的准确是保证整段管道顶进质量的关键，必须严格按规范要求控制；④管前挖土：管前挖土主要采用人工挖土作业方式；⑤管道顶进：管道顶进的操作过程需用千斤顶来进行。因为每个管道的顶端无法预测，因此在这个过程中必须预测管道的高度和中心线，在千斤顶进入时，需要严格按照操作标准，避免出现误差，同时高低的误差也要在控制范围内，如果误差差距大则需要固定时候进行纠正。

（3）管道顶进允许误差（见表1）。表1管道顶进允许误差项次项目单位允许偏差1中心线毫米502相邻管间错口毫米15%壁厚且不大于203管底标高毫米±404内腰箍无渗漏

（4）管道纠偏：顶管施工中，为使管道按照规定方向前进，在管道轴线上安装激光靶，顶进过程中不断观测管节轨迹，出现偏离设计位置时，及时校正。必须在误差很小时进行校正，要求顶管始终在测量工作的严格控制下进行。

（5）钢管防腐及焊接钢管顶进。①钢管防腐：钢管外壁采用两油一布，沥青加玻璃纤维布。钢管内壁用管内注浆防腐；②管道顶进：焊接钢管顶进方法同钢管顶进。由于顶坑条件有限，钢管运至施工现场切割成6m/节，防止钢管焊接处现接缝出错和顶管轴线偏位。钢管顶进时，坑内设简易焊接坑，设置在距离工作坑墙身80cm位置，先焊接再顶进；③管道焊接要求：首先，管节焊接前清理管道内污垢，修口，管口边缘和焊口的范围内打磨露出金属光泽，管端端面坡口角度，钝边，间隙，满足规范规定。其次，不得在对口间隙夹焊帮条或用加热法缩小间距施焊，缝内外侧面均应施焊。对口调节好后进行对口、焊接，避免钢管重量集中在焊缝位置。最后，纵向焊缝应放在管道中心垂线上半圆45度左右处，纵向焊缝错开，管道任何位置不得出现十字焊缝。

（6）顶管出洞。顶管出洞就是在进行操作时的第一个钢管，这个钢管是在外力的作用下破土而出，这就是所谓的顶管。当内、外准备工作完成后，需要调整方向，开始操作，对于常出现的工作壁前的管道需要预留出口，防止外水土经过缝隙流入，预留的洞口还要与管道之间设置密封装置。出洞工艺：从结构和出洞的情况来进行操作，一般在结构上会出现水泥的管节与洞口间的定位作用，同时还要考虑整个机头前端的预留位置，在顶前用风镐凿除部分封堵墙体或直接用机头刀盘破碎堵墙，只有这样才能将整个顶管根据正常的力度来推进。

（7）管道内通风。管内通风：改善管道内工作环境是顶管施工的重要技术措施之一。在进行顶进施工时，严格要求管道内强制进行通风，首先考虑的是工作坑地面需要应用无油空压机来进行换气，在这个过程中明确该技术的主要优势是对恶劣空气的施工、除湿、降温的新鲜空气，通过供气管强制送入管内作业面，浑浊空气自然排出管内有害气体监测：①空气质量标准：保证顶管内的氧气浓度≥20%，二氧化碳不得高于0.5%。有毒有害气体、灰尘浓度不大于有害于身体健康浓度；②配置XPO-317气体检测仪，每天对管内气体检测4次，若上述二个极限有一个超出，检测次数增加，并立即改善通风。

（8）顶管接口。采用的砼顶管专用III级钢筋混凝土钢承插管，其接口自带密封橡胶圈，方便接口进行密封，密封性好，采用防水水泥砂浆进行管内接口抹带处理。

（9）顶管超挖注浆处理措施。顶管结束后及时对管体四周的缝隙和局部超挖地段灌注水泥砂浆，使其密实并与周边岩土结合紧密。填充水泥砂浆设备与填充触变泥浆设备相同。灌注水泥浆必须自一个方向顺序压浆。压浆分两次进行，第一次注满土层和管壁之间孔隙，等24小时后进行二次压浆，二次压浆重新布孔。

（10）闭水试验。雨水管道所有井段都需作闭水实验，含井在内同时闭水（即闭水），闭水水头为2.0m，具体按照《给水排水管道工程施工及验收规范》GB50268-2008来执行。闭水试验程序（见图3）。图3闭水试验程序

3结束语

综上所述，本文针对大型地下管网式枢纽型供水工程中顶管的施工技术应用，通过顶管的工作原理及技术特点来进行分析，同时延伸出该技术对铁路建设、公路建设的地下管理施工有很大的意义。城市供水地下管线错综复杂，穿越城镇、铁路、公路、地面建筑物等技术问题彻底解决，要采取地下管网管道埋设，能有效的缓解城市建筑物的破坏及其对于道路交通的堵塞等难题，并通过顶管施工技术的相关应用来进行分析、来深化顶管技术的优越性。

参考文献：

[1]梁健聪.顶管施工技术在供水工程中的应用[J].建材技术与应用,2010(4):33-35.

[2]许琳林.供水工程管道顶管施工设计及技术分析[J].东北水利水电,2017,35(9):12-14+71.

作者：孟繁伟 单位：中国土木工程集团有限公司