隨著我國現(xiàn)代化建設(shè)的不斷發(fā)展，城市化的建設(shè)步伐也越來越快，許多城市需要對原有排水系統(tǒng)進(jìn)行改造，排水系統(tǒng)在市政基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中占有很大比例，對于市政排水管道埋深大及為確保既有道路的暢通和道路兩側(cè)既有房屋、電力線及供水管道等設(shè)施的安全，城市污水干管通常采用頂進(jìn)法進(jìn)行施工。采用頂管法施工具有占地面積少，施工過程控制嚴(yán)格的優(yōu)點(diǎn)，即可保證交通暢通，又能減少沿線的拆遷工作量，大幅降低工程成本。本文主要闡述市政排水管道頂管工藝的設(shè)計(jì)和應(yīng)用，從而有效保證排水管道頂管施工的質(zhì)量和使用壽命，從而為市政給排水管網(wǎng)建設(shè)和改造的順利完成做出應(yīng)用的貢獻(xiàn)。 　 

　　關(guān)鍵詞：市政排水管道；頂管工藝；設(shè)計(jì)和應(yīng)用 

　　中圖分類號：TU99文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 

　　引言 

　　近些年來，我國城市化進(jìn)程不斷發(fā)展加快，城市市政排水管網(wǎng)是城市重要的市政基礎(chǔ)設(shè)施之一，擔(dān)負(fù)著城市生活雨污水、工業(yè)廢水的收集和輸送工作，被稱為城市的“血管”。市政排水管網(wǎng)的結(jié)構(gòu)穩(wěn)固和功能完善是城市排水安全的重要保證。在城市市政工程建設(shè)過程中，地下管道工程的建設(shè)日益凸顯重要性并倍受社會(huì)各界的關(guān)注。我國傳統(tǒng)管道施工多采用開挖施工，但在施工現(xiàn)場條件受限時(shí)，多采用頂管法。頂管施工適用于不便開槽施工或開槽埋設(shè)較不經(jīng)濟(jì)的管道工程，該施工方法的優(yōu)點(diǎn)在于采用不開槽的暗挖方式，避免作業(yè)面對城市地上交通和各種活動(dòng)及地上建筑物的直接影響，同時(shí)節(jié)約工程投資，減小施工對環(huán)境的影響。市政排水管網(wǎng)頂管施工具有較高的危險(xiǎn)性，以及施工技術(shù)要求相對較高的特點(diǎn)，在管道施工過程中，由于措施不到位，技術(shù)控制不佳，容易引發(fā)各類質(zhì)量和安全事故。　　 

　　1、市政排水管道頂管工藝概述 

　　1.1 頂管施工工藝的概述 

　　污水管道頂管工藝即非開挖施工方法，它是一種不開挖或者少開挖的管道埋設(shè)施工技術(shù)。非開挖工程技術(shù)徹底解決市政給排水管道埋設(shè)施工中對城市建筑物和交通道路破壞并有效緩解城市施工地段的交通堵塞問題，在穩(wěn)定土層和環(huán)境保護(hù)方面凸顯其優(yōu)勢。這對交通繁忙、人口密集、地面建筑物眾多、地下管線復(fù)雜的城市是非常重要的。 

　　管道頂管施工通常采用的施工方法可分為敞開人工手掘式和密封機(jī)械式頂管施工方法，其中機(jī)械式頂管施工常用的施工方法又有泥水平衡式和土壓平衡式兩種，頂管施工常用的管材有砼管、鋼管、玻璃夾砂鋼管。管道頂進(jìn)施工所采用的主要設(shè)備為信息化及全自動(dòng)化泥水平衡頂管機(jī)。 

　　市政排水管道頂管施工的基本原理為：從地面開挖兩個(gè)基坑井，然后管節(jié)從工作井安放，通過主頂千斤頂或中繼間的頂推機(jī)械的頂進(jìn)，推動(dòng)管節(jié)從工作井預(yù)留口穿出，穿越土層到達(dá)接收井的預(yù)留口邊，然后通過接收井的預(yù)留口穿出，形成管道的施工。目前，在管道頂管施工中最為流行的有三種平衡理論：氣壓平衡、泥水平衡和土壓平衡理論。在我國較為常用的是泥水平衡和土壓平衡。 

　　1.2 頂管工藝施工適用的地質(zhì)條件 

　　在城市市政排水管道直徑較大（Φ800mm 以上），管道施工現(xiàn)場無法采用明溝開挖埋管施工而管道沿線又無其它建筑物基礎(chǔ)時(shí)，可考慮采用頂管法進(jìn)行市政排水管道的建設(shè)或改造施工。采用人工頂管對于頂進(jìn)面土質(zhì)有較高的要求。首先，要求頂進(jìn)面土體的自立性好；其次，要求頂進(jìn)面的地下水壓力很小，否則會(huì)導(dǎo)致正面土體局部塌方，這樣頂進(jìn)方向也就很難控制。人工頂管的糾偏通常采用頂進(jìn)面局部超挖的方式，如果頂進(jìn)面發(fā)生流沙現(xiàn)象就無法局部超挖，也就很難糾偏。因此事前應(yīng)對地勘資料進(jìn)行細(xì)致地了解，并要求在開頂前對不利地質(zhì)進(jìn)行必要的處理，從而避免無法預(yù)知的安全質(zhì)量事故的發(fā)生。例如某市竹排沖污水截流工程和雨水管渠工程在頂管施工過程中，對不利施工地質(zhì)因素采用粉噴樁和地質(zhì)注漿處理，使工程頂管能順利按合同要求完成。 

　　市政排水頂管施工一般要求承載的地面土質(zhì)具有一定的強(qiáng)度，諸如粘土、高嶺土等，另外，對地面要求高的城市等地區(qū)，頂管施工的優(yōu)勢明顯，當(dāng)然，造價(jià)也相對高，而對于大開挖管道施工主要是針對土質(zhì)松軟或如水塘、河流等地區(qū)，不僅保證管道施工的安全、科學(xué)、合理，且造價(jià)相對較低。總之，頂管施工與開槽埋管施工相比具有施工速度快、自動(dòng)化程度高、精度高、地面沉降小、對地面交通和周邊環(huán)境影響小等優(yōu)點(diǎn)。例如柳州市河?xùn)|沿江截污工程。在柳州市河?xùn)|沿江截污工程中覆土超過5米的均采用頂管施工，根據(jù)科學(xué)的經(jīng)濟(jì)經(jīng)濟(jì)核算比較，設(shè)計(jì)頂管管徑采用d1200～d1650，這樣既保證污水的流量，又能保障排水管道有效的抗壓能力。 

　　2、市政排水管道頂管工藝的設(shè)計(jì)和應(yīng)用 

　　2.1 市政排水管道頂管工藝的設(shè)計(jì) 

　　隨著我國 《給水排水工程管道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》 （GB50332-2002） 和 《給水排水工程埋地鋼管結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)程》 （CECS 141：2002） 的頒布施行，對市政排水管道頂管工藝做出了明確的要求和規(guī)定，并為市政排水管道頂管工藝的發(fā)展提出更高的要求。在市政排水管道頂進(jìn)時(shí)，封門拆除后將工具管立即切入土層。在切入過程中應(yīng)時(shí)刻注意管路的測量和糾偏。開始頂進(jìn)5m~10m 范圍內(nèi)，施工偏差超過允許偏差時(shí)（軸線位置3mm；高程0mm+3mm），應(yīng)采取措施立即糾正。施工的工具管進(jìn)入土層后的管端處理還應(yīng)注意：在進(jìn)入接收井的工具管和管端應(yīng)設(shè)枕墊；管道兩端露在工作井中的長度不得小于0.5m。由于 

　　頂管施工采用擠壓式所以在施工中還需注意： 

　　1） 每次頂進(jìn)的長度應(yīng)根據(jù)車斗的容積、起吊能力和地面運(yùn)輸條件綜合確定；2） 工具管開始頂進(jìn)和接近頂完時(shí)，應(yīng)采用手工挖土緩慢頂進(jìn)；3） 在市政管道頂進(jìn)時(shí)，應(yīng)防止工具管轉(zhuǎn)動(dòng)；4） 在臨時(shí)停止管道頂進(jìn)時(shí)，應(yīng)將管道的喇叭口全部切入土層。在市政排水管道頂管結(jié)束后，管節(jié)接口內(nèi)側(cè)間隙將按設(shè)計(jì)要求處理。 

　　2.2 市政排水管道頂管管線的設(shè)計(jì) 

　　頂管中工具、材料的設(shè)計(jì)選擇。管道頂進(jìn)工具頭的選型：根據(jù)地質(zhì)情況及周邊的地理位置，主要采用全密封式機(jī)械工具管，全斷面泥水平衡機(jī)械頂進(jìn)。頂管長度：頂管長度根據(jù)管徑和頂進(jìn)的距離劃分，約60～100 米為一井段；管道材料：采用III級鋼筋混凝土鋼承口管；頂管段單元長度為2.0m；市政排水頂管管道測量的方法：采用激光導(dǎo)航定位系統(tǒng)，并運(yùn)用攝像機(jī)全過程監(jiān)控；頂進(jìn)的糾偏方法：工具管糾偏油缸電動(dòng)液壓控制糾偏；減阻方法：高壓注漿觸變泥漿減阻。排水管道頂進(jìn)過程中的測量、糾偏控制頂管施工應(yīng)建立地面與地下測量控制系統(tǒng)。 

　　市政排水頂管施工采用土壓平衡式工藝，采用市政管道封閉式頂進(jìn)，因而對地面沉降的影響較小。在排水管道頂進(jìn)過程中，管道外圍的擾動(dòng)空隙則通過壓觸變泥漿加以有效的填充，減少土層損失。在穿越地面建筑物時(shí)不準(zhǔn)停機(jī)，控制切土口角度，適當(dāng)放慢頂進(jìn)速度以減少土層損失。在布置工作井后方的測量儀器座時(shí)，必須避免由于頂進(jìn)受力而使得儀器座產(chǎn)生位移和變形。排水管道糾偏操作必須在排水管道的頂進(jìn)中進(jìn)行。管道糾偏時(shí)采用小角度逐漸糾偏，要堅(jiān)持勤測、微調(diào)、微動(dòng)的原則，每次糾偏一般不大于0.5°，切記不要對管路進(jìn)行猛糾、硬調(diào)。 

　　在市政排水管道施工糾偏前，要根據(jù)工具管本身已存在的斜率和軌跡，經(jīng)綜合分析研究，確定校正方向及糾偏千斤頂?shù)纳炜s量。在管道糾正工具管旋轉(zhuǎn)時(shí)，宜采用挖土方法進(jìn)行調(diào)整或采用改變切入削刀盤的轉(zhuǎn)動(dòng)方向或在管內(nèi)相對于機(jī)頭旋轉(zhuǎn)的反向增加配重。在排水管道停止頂進(jìn)時(shí)，應(yīng)采取措施防止管前塌方。在排水管道頂管施工過程中，管道穿越不同土質(zhì)時(shí)由于所受阻力的變化而容易造成頂進(jìn)線路的偏差，雖然機(jī)頭自身有一段糾偏段，糾偏最大角度范圍能夠達(dá)到上下1.7°，左右1.2°，但在市政污水管道頂進(jìn)線路的控制方法上主要依靠設(shè)備的正確操作以及有預(yù)見性的防范措施。因此，在市政排水管道頂管設(shè)計(jì)中，應(yīng)對施工低端的地質(zhì)進(jìn)行科學(xué)的分析研究，并結(jié)合相關(guān)專業(yè)知識進(jìn)行綜合分析、研究，科學(xué)制定市政排水管道的頂進(jìn)路線，為使管道按照設(shè)計(jì)要求的高程和方向頂進(jìn)，在頂進(jìn)過程中應(yīng)不斷對工具管的高程方向轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行測量，并根據(jù)管道測量詳情進(jìn)行信息的反饋，實(shí)現(xiàn)對頂進(jìn)方向的科學(xué)控制，保證污水管道按設(shè)計(jì)軸線頂進(jìn)。城市市政排水管道頂管線路的測量主要是采用經(jīng)緯儀和全站儀進(jìn)行方向的測量。 

　　目前，城市市政排水管道頂管工藝施工采用電腦控制掘進(jìn)的全過程，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)可持續(xù)提供掘進(jìn)機(jī)的導(dǎo)向與定位，并隨時(shí)顯示機(jī)頭的位置，從而控制傾斜度與面向角；同時(shí)，市政排水管道頂管工程采用全自動(dòng)化模糊控制技術(shù)，并可同時(shí)完成掘進(jìn)過程中相關(guān)數(shù)據(jù)記錄的打印工作。 

　　結(jié)論 

　　隨著我國現(xiàn)代化城市的不斷發(fā)展，城市地下建設(shè)日益重要，明挖工程對管道埋深較大浪費(fèi)工程投資及城市交通、地下埋設(shè)物、城市建（構(gòu)） 筑物、城市環(huán)境等產(chǎn)生很大影響，而暗挖工程尤其是頂管工程，可節(jié)省市政工程投資并對城市外部環(huán)境影響較小。因此，頂管施工技術(shù)的優(yōu)勢越來越突出，頂管施工與開槽埋管施工相比具有施工速度快、自動(dòng)化程度高、精度高、地面沉降小、對地面交通和周邊環(huán)境影響小等優(yōu)點(diǎn)，具有廣闊的應(yīng)用前景，對提高污水管網(wǎng)施工的工作效率，創(chuàng)造更大的社會(huì)、環(huán)境和經(jīng)濟(jì)效益，具有舉足輕重的作用，但仍需更多進(jìn)行實(shí)地研究和并付諸于實(shí)踐才能使該技術(shù)得以發(fā)展和成熟。