作者：吕斌
来源：《房地产导刊》2015年第01期
摘要：顶管技术由于其在市政工程施工中的众多优点而被广泛应用，本论文在简单介绍顶管施工特点的基础上，重点分析了顶管技术在给水工程建设中的应用，并讨论了顶管施工的常见问题及处理对策，对于进一步提高顶管施工的质量水平具有一定借鉴意义。
关键词：顶管技术；给水工程；应用；常见问题及处理对策
顶管工程是一门综合地质学、机械、冶金、电子技术、液压控制及化学等多门学科的综合性土建工程。非开挖技术是指利用少开挖和不开挖技术来进行地下管线的铺设或更换的工艺。顶管技术就是在这种情况下发展起来的一种非开挖技术，其在国外已广泛使用，在国内也已逐渐普及。地下顶管施工作为非开挖施工方法，就是在顶管工作井内借助于顶进机产生的顶力，克服管道与周围土壤的摩擦力，将管道按设计的坡度顶入土中，并将土方运走。一节管完成顶入土层之后，在下第二节管继续顶进。
顶管技术具有不需要开挖工作面层，就能穿越地面构筑物和地下管线如公路、铁路、河道的特点，相比开挖敷设技术，投资和工期将大大节省。同时，顶管施工技术可以降低噪音，减少粉尘，减轻对城区的交通条件和环境状况的干扰和破坏，属于真正无污染高效率的施工技术。总之，顶管施工技术具有以下优点：1、施工占地面积小。2、地面活动不受施工影响，对交通干扰小。3、噪音和振动低，城市中施工对居民生活环境干扰小，不影响现有管线及构筑物的使用。4、可以在较深的地下或水下敷设管道，可以安全穿越铁路、公路、河流、建筑物等，减少沿线的拆迁工作量，减少工期，降低工程造价。
蒙阴县给水工程施工中也较多采用顶管技术。下面介绍几例典型的顶管施工中常见问题，并提出处理对策。
案例一、蒙阴西城区给水管道在穿越汶河大堤时路面出现约10平米塌方，由于降水冲刷，塌方面积进一步扩大至60平米，坍塌的路面将大半个道路截断，附近车辆无法通行，附近的污水管道因塌方无出水口，以致顺着附近的通信管线冲刷缝隙流入汶河。
经调查，由于施工区域汶河大堤沿线地质环境较差，流沙严重，水位较高，施工空间狭小，地下管线错综复杂，顶管施工工艺不当致地基不均匀沉降。
针对上述情况，公司寻找多种解决方案，并邀请专家论证，最终决定选用树根桩外侧旋喷桩支护的新工艺，作为顶管施工的保护措施。为防止路面再次沉陷，确保附近构筑物不受影响，在树根桩外侧每4米距离处放一根注浆管，并及时对管体四周的缝隙填充水泥浆，使其密实坚固。为了机头顶进安全，工程人员采取了机头加固措施，机头进洞时将机头与后面的五节管线用拉杆连接起来，使之成为一个整体，从而使机头沿着轨道方向顺利顶进。在全线近600米的顶进过程中，管线顺利通过了流沙层、土体松软的河道等，没有对地基以及地上建筑物造成破坏。总之，有地下水及流沙情况一般不能采用前端开敞式的工具头而要采用机械顶管。在有地下水地质条件复杂的情况下，机械化长距离顶管施工工艺更具有独特优势。
案例二、蒙阴工业园给水管道穿越云蒙路时路面一侧出现贯穿性裂缝，大量泥浆从裂缝中喷涌而出，整幅路面受到污染。原因是顶管施工方法不当造成。
经调查，施工区域地面以下除少量的杂填土层、亚黏土层以外，大部分是松散的干砂、砂砾石和砂卵石层等土壤结构。这种土壤承载力较大，但砂石层空隙率变化、级配变化都很大，含水量较小，粘聚力为零，土的内摩擦角很大。这是极不稳定的土层，对于顶管施工难度很大。砂石土层的摩擦系数小于0.6，在顶管掏土时不能形成卸荷拱，稍加扰动就出现管前塌方。在顶进过程中，由于砂卵石层是阶梯式坍塌、滚动式挤压，不仅造成顶进功效低、顶进质量难以保证或顶力很大无法保证顶管到位，严重时还会造成质量低劣、地面沉陷，严重威胁地下管线、构筑物、地上建筑物和道路交通的安全。
公司提出具体综合解决方案，对大口径管道在砂卵石顶进过程中土壤加固、触变泥浆使用、水泥浆填充三浆的配合使用，以及与之配套的顶管工具管及注浆设备，控制好施工过程，取得较好效果。针对本工程施工的复杂性，根据顶管经验采用的可调向工具管在穿越砂卵土质中有如下优点：1、穿越土层松散、稳定性差的砂卵土层时，工具管可插入土体中，可以有效的防止管外壁超挖及由于砂卵石松散而产生的坍塌，并保证切土顶进过程中的质量要求。2、严格控制了管前、管壁土方超挖，按操作规程保证了未超挖。3、操作简单，易于纠偏，纠偏效果好，安全可靠。4、工具管前方刃角可切削土方，降低劳动强度，提高顶进速度。5、工具管前端设计为斜面，其倾斜角度根据土质确定，保证土体自身稳定性，有效防止了前方土体自身滑移。6、工具管设计安装了注浆系统，可对管顶土方进行土壤加固，防止塌方，减少后继顶力。
从理论上讲，掘进机在顶进过程中，其顶进面的压力如果小于掘进机所处土层的主动土压力时，地面就会产生沉降。反之，其顶进面的压力大于掘进机所处土层的被动土压力时，地面就会产生隆起。故在实际施工过程中要保证地面无沉降和隆起，关键是要保证顶进面土压力与掘进机头保持动平衡。这有两方面基本内容：第一，顶进掘进机在顶进过程中与它所处土层的地下水压力和土压力处于一种平衡状态；第二，它的排土量与掘进机推进所占去的土的体积也处于一种平衡状态。只有同时两个条件，才能算是真正的土压平衡。所以在顶进过程中泥水压力一定要合理，要控制好泥水平衡压力并且停顿时间不能过长。压力过小，大量泥沙涌入，会造成路面破坏；压力过大，使开挖面受挤引起地面隆起或开裂，严重的可能产生冒顶现象。另外，在每一节管的顶进过程中，顶进速度值应尽量保持恒定，减少波动，保证机头切口水压的稳定和送排管的通畅；同时顶进速度的快慢必须满足每节润滑泥浆注浆量的需求，保证润滑泥浆系统始终处于良好工作状态。发生突顶时，应该逐渐降低工具管内泥水压力，使泥水压力略小于地下水压力，关闭冲泥水和吸泥泵，启动千斤顶缓慢顶进一段距离，待顶力升高，采用小水力冲泥，间歇启动吸泥泵排浆，做小量排泥。
案例三、蒙阴县蒙山水厂至山东新银麦有限公司1.8km供水管线施工中采用球墨铸铁管施工技术。该技术是在球墨铸铁管基础上，通过外包水泥和增加法兰及加强筋等措施，形成能借助顶推装置，在不开挖沟渠的情况下，将管道在地下逐节顶进的施工技术，可以保证整条管道材质的一致性，是无污染、高效率的施工技术。球墨铸铁管顶管技术相比先前普遍应用的钢管顶管技术具有耐腐蚀、抗地震、寿命长、安装方便、安全性高、顶进精度高等特点，而且进一步提高了供水清洁度，满足各种土壤（酸碱性土壤）条件下使用要求 ，提高管道使用寿命。
施工区域位于风景区内，为保护风景区，在施工中注重节能环保，实施绿色施工。在山东新银麦啤酒供水工程中，公司编制了环境保护风险评估报告。针对顶管施工中的泥浆排放问题，对泥浆池位置、泥浆排放路线、泥浆处理的土场设置规划论证，进行泥水沉淀，将沉淀后合乎标准的表层泥浆水抽至各工作面，循环利用，达到了“没有一滴污水流入风景区”的效果。
随着蒙阴县经济持续稳定增长，城镇化进程的不断加快，地下管线的需求量也在逐年增加。发布的《关于加强城市地下管线建设管理的指导意见》指出，“力争用五年时间，完成城市地下老旧管网改造。用十年左右时间，建成较为完善的城市地下管线体系。”这为顶管技术在我国地下管线的施工提供了更为广阔的空间。今后，数字化、信息化、智能型顶管机的研制将得到更多的关注。非开挖技术的发展必将向规模化、规范化、国际化的方向发展。下载本文
