頂管施工存在問題

頂管技術(shù)在我國的存在的主要問題是，機械設(shè)備技術(shù)比較落后 ，地區(qū)差異明顯，水平參差不齊，缺乏規(guī)范化，人才不足，尚待進一步宣傳推廣。對頂管機械設(shè)備我國主要依賴于進口，雖然國內(nèi)也有生產(chǎn)企業(yè)，但技術(shù)仍落后于國際先 進水平，掘進機型號種類不足以適應(yīng)工程需要，我國尚無適于 中強度巖層以上的巖盤掘進機，適應(yīng)土質(zhì)范圍不寬，且耐用性、機械化 、自動化水平不夠。 從地域上說，頂管技術(shù)的發(fā)展與我國地域經(jīng)濟水平相適應(yīng)，我國東部的頂管技術(shù)發(fā)展水平遠遠高于中西部地區(qū)，僅廣東、上海、浙江、江蘇和山東五省市就占到了非開挖鋪管工作量的 75%。而西部地區(qū)僅在西氣東輸項目下有為數(shù)不多的頂管穿越工程，中西部地區(qū)與東部沿海地區(qū)差距非常顯著。頂管施工技術(shù)在城市之間的發(fā)展不平衡，在上 海，北京、廣州等大城市技術(shù)水平比較高，應(yīng)用比較普遍，但在中小城市應(yīng)用較少，在中西部地區(qū)的城市應(yīng)用更少。在同一城市發(fā)展也不平衡，據(jù)廣州市建委 2004 年對廣州市頂管現(xiàn)狀的有關(guān)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，該市的頂管技術(shù)發(fā)展極不平衡，機械化的頂管施工不很多，手掘 式頂管仍占最大比例，對頂管施工技術(shù)的采用不積極，往往不是管線鋪設(shè)的首選，被看作是無法開挖的 無奈之舉。不同施工企業(yè)的施工水平也不平衡，有些還處在比較原始的階段，也有一些應(yīng)用失敗的工程，客觀上阻礙了頂管技術(shù)的推廣發(fā)展。 影響頂管技術(shù)應(yīng)用的另一個因素是，行業(yè)規(guī)范化不夠，存在同行低水平惡性競爭的現(xiàn)象，專業(yè)人才缺乏 ，現(xiàn)有的從業(yè)人員大多是從事一般 的土木工程施工中轉(zhuǎn)化而來，缺少專業(yè)訓(xùn)練。今后仍需加強管理，努力推廣先進技術(shù)，提高施工水平和改善施工工藝 。

經(jīng)過多年的發(fā)展，頂管技術(shù)在我國已得到大量地實際工程應(yīng)用，且保持著高速的增長勢頭，無論在技術(shù)上、頂管設(shè)備還是施工工藝上取得了很大的進步，在某些方面甚至已達到了世界領(lǐng)先水平。 2001年上海隧道股份有限公司在江蘇省常州完成了長 2050m、直徑 2m的鋼筋水泥管頂管工程，是已完成的我國最長的頂管工程。2001年 8月～12月嘉興市污水處理排海工程一次頂進 2050m超長距離鋼筋混凝土頂管，由于選擇了合理的頂管機具型式、成功地解決了減阻泥漿運用和軸線控制等技術(shù)難題，用約5個月完成全部頂進施工，創(chuàng)造了新的頂管施工記錄。全長3600m、管徑為1.8米的鋼管從23至25米深的地下于2002年9月成功橫穿黃河，無論從頂進長度、埋深、地質(zhì)條件，還是鋼管直徑在國內(nèi)尚屬首次。其中最長的一段位于黃河主河床上，長達1259 米，還要穿越較厚的礫砂層與黃河主河槽，既是我國西氣東輸項目的關(guān)鍵工程，也是世界上復(fù)雜地質(zhì)條件下大直徑鋼管一次性頂進距離最長的頂管工程。2001年的上虞市污水處理工程中，玻璃纖維夾 砂管首次成功地應(yīng)用于頂管。2008年在無錫長江引水工程中中鐵十局十公司采用國產(chǎn)設(shè)備直徑2200mm鋼管雙管同步頂進2500米。以上工程均標(biāo)志著我 國的頂管施工水平達到一個新的高度，與世界先進水平日益靠近。 然而與國外發(fā)達國家，如日本、德國等先進的機械設(shè)備及施工技術(shù)水平相比，我國仍然有著顯著的差距 。

在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。

頂管施工最突出的特點就是適應(yīng)性問題。針對不同的地質(zhì)情況、施工條件和設(shè)計要求，選用與之適應(yīng)的頂管施工方式，如何正確地選擇頂管機和配套輔助設(shè)備，對于頂管施工來說將是非常關(guān)鍵的。

頂管施工是繼盾構(gòu)施工之后而發(fā)展起來的一種地下管道施工方法，它不需要開挖面層，并且能夠穿越公路、鐵道、河川、地面建筑物、地下構(gòu)筑物以及各種地下管線等。頂管施工借助于主頂油缸及管道間中繼間等的推力，把工具管或掘進機從工作井內(nèi)穿過土層一直推到接收井內(nèi)吊起。與此同時，也就把緊隨工具管或掘進機后的管道埋設(shè)在兩井之間，以期實現(xiàn)非開挖敷設(shè)地下管道的施工方法。

非開挖工程技術(shù)徹底解決了管道埋設(shè)施工中對城市建筑物的破壞和道路交通的堵塞等難題，在穩(wěn)定土層和環(huán)境保護方面凸顯其優(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，它將為城市創(chuàng)造一個潔凈、舒適和美好的環(huán)境。

非開挖技術(shù)是才開始頻繁使用的一個術(shù)語，它涉及的是利用少開挖，即工作井與接收井要開挖，以及不開挖，即管道不開挖技術(shù)來進行地下管線的鋪設(shè)或更換，頂管直徑DN800—4500。通過工作井把要頂進的管子頂入接收井內(nèi)，一個工作井內(nèi)的管子可在地下穿行1500米以上，并且還能曲線穿行，以繞開一些地下管線或障礙物。

它的技術(shù)要點在于糾正管子在地下延伸的偏差。特別適用于大中型管徑的非開挖鋪設(shè)。具有經(jīng)濟、高效，保護環(huán)境的綜合功能。這種技術(shù)的優(yōu)點是：不開挖地面；不拆遷，不破壞地面建筑物；不破壞環(huán)境；不影響管道的段差變形；省時、高效、安全，綜合造價低。

該技術(shù)在我國沿海經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)廣泛用于城市地下給排水管道、天然氣石油管道、通訊電纜等各種管道的非開挖鋪設(shè)。它能穿越公路、鐵路、橋梁、高山、河流、海峽和地面任何建筑物。采用該技術(shù)施工，能節(jié)約一大筆征地拆遷費用、減少對環(huán)境污染和道路的堵塞，具有顯著的經(jīng)濟效益和社會效益 。

頂管施工工作井

頂進井、接收井。

頂管施工類型

手掘式、擠壓式、泥水平衡式、三段兩鉸型水力挖土式、多刀盤土壓平衡式。

世界上第一個有據(jù)可查的關(guān)于頂管技術(shù)的記錄是在1892年，最初的頂管施工作業(yè)是在1896～1900年間由美國北太平洋鐵路公 司(Northern Pacific Railroad Company)完成。我國頂管施工技術(shù) 起步較晚，自從1954年(也有認為是1953年的，無確切記載)在北京進行的第一例頂管施工以來，我國從國外引進頂管技術(shù)已經(jīng)正好半個世紀了，早期發(fā)展較慢，是以人工手掘式為主，設(shè)備非常簡陋，也無專門的從業(yè)人員，直至 1964年前后上海首次使用機械式頂管，上海的一些單位并進行了大口徑機械式頂管的各種試驗和相關(guān)的一些理論研究。當(dāng)時，口徑在2m的鋼筋混凝土管的一次推進距離可達 120m，同時也開始利用中繼間的相關(guān)技術(shù)。在此以后，又進行了多種口徑、不同形式的機械頂管試驗，其中土壓式居多。由于當(dāng)時的頂管掘進機的設(shè)計還停留在比較原始的階段，既沒有完整的設(shè)計施工理論和工藝作指導(dǎo)，也不考慮具體的地層條件，所以當(dāng)時的頂管掘進機還不夠完善。土壓式頂管機當(dāng)時分為上部出土和下部出土兩種，但都沒有引入土壓力的概念。其中，也搞了一些水沖頂管的試驗 。 1967年前后，上海已研制成功人不必進入管子的小口徑遙控土壓式機械頂管機，口徑有700mm-1050mm多種規(guī)格。在他們的施工實例中，有穿過鐵路、公路的，也有在一般道路下施工的。這些掘進機，全部是全斷面切削，采用皮帶輸送機出土。同時，已采用了液壓糾偏系統(tǒng)，并且糾偏油缸伸出的長度已用數(shù)字顯示。1978年前后，上海又研制成功適用于軟粘土和淤泥質(zhì)粘土的擠壓法頂管，這種方法要求的覆土厚度較大(大于2倍的管外徑)，但施工效率比普通手掘式頂管提高1倍以上。上世紀80年代以來發(fā)展更為迅速，頂管施工技術(shù)無論在理論上，還是在施工工藝方面，都有了長足的發(fā) 展。1984年前后，我國的北京、上海、南京等地先后開始引進國外先進的機械式頂管設(shè)備，使我國的頂管技術(shù)上了一個新臺階。尤其是在上海市政公司引進了日本伊勢機(ISEKI)公司的800mm 直徑的Telemale頂管掘進機之后，國外的頂管理論、施工技術(shù)和管理經(jīng)驗也進入中國，如土壓平衡理論、泥水平頂管的各種試驗和相關(guān)的一些理論研究。當(dāng)時，口徑在2m的鋼筋混凝土管的一次推進距離可達120m，后在1988和1992年研制成功我國第一臺多刀盤土壓平衡掘進機(DN2720mm)和第一臺加泥式土壓平衡式掘進機(DN1440mm)，均取得了較令人滿意的效果。與此同時，對頂管技術(shù)的理論研究的關(guān)注逐年增強，開始出現(xiàn)了比較專業(yè)的技術(shù)人員，90年代后，以當(dāng)時的頂管掘進機還不夠完善。2000年后，同濟大學(xué)等高校對頂管技術(shù)方面進行了不少專項課題研究，也取到了不少成果。在1998年，中國非開挖技術(shù)協(xié)會成立，標(biāo)志著我國的頂管行業(yè)開始進入規(guī)范化發(fā)展。2002年中國非開挖技術(shù)協(xié)會批準(zhǔn)成立北京、上海、廣州和武漢四個非開挖技術(shù)研究中心，非開挖管線技術(shù)列入科技的研究進一步深入。

1、機頭選型：

根據(jù)地質(zhì)報告，并結(jié)合的施工經(jīng)驗，頂管機頭決定采用氣壓平衡網(wǎng)格（水沖）式機頭進行施工。該機頭在頂進過程中，通過氣壓平衡正面土壓穩(wěn)定機頭，減少外部土體對周圍地面的影響。

2、頂進設(shè)備及頂進工藝

（1）主頂：

采用4臺200噸/臺千斤頂作為主頂，千斤頂行程為1.4米。千斤頂動力由油泵提供。千斤頂后端用道木和分壓環(huán)將反力均勻作用于工作井，前端頂進分壓環(huán)，頂鐵將頂力傳至管節(jié)。分壓環(huán)制作具有足夠的剛性，與管端面接觸相對平整，無變形。

（2）中繼間：

在長距離頂進過程中，當(dāng)頂進阻力超過容許總頂力時，無法一次達到頂進距離時，須設(shè)置中繼間分段接力頂進。本頂管工程在頂進長度超過100米時，考慮在機頭后設(shè)置一只中繼間，并采用觸變泥漿注漿工藝。

中繼間由前殼體、千斤頂及后殼體組成。前殼體與前接管連接，后殼體與后接管連接，前后殼體間為承插式連接，兩者間依靠橡膠止水帶密封，防止管道外水土和漿液倒流入管道內(nèi)。

每只中繼間安裝10個、每個頂力為30噸的千斤頂，千斤頂沿圓周均勻布置。千斤頂?shù)男谐虨?8厘米，用扁鐵制成的緊固件將其固定在前殼體上。鋼殼體結(jié)構(gòu)進行精加工，保證其在使用過程中不發(fā)生變形。中繼間殼體外徑與管節(jié)外徑相同，可減少土體擾動、地面沉降和頂進阻力。

當(dāng)管道頂通以后，拆除千斤頂及各種輔件，外殼與管節(jié)內(nèi)壁之間的間隙用細石混凝土填充。

（3）接口：

管節(jié)接口主要由外套環(huán)（鋼套環(huán)）橡膠止水帶和軟土襯墊組成。鋼套環(huán)在加工處至現(xiàn)場運輸?shù)跹b過程中不能變形，接口不損壞，以確保管節(jié)在對接過程中，橡膠帶不移位、不翻轉(zhuǎn)，確保管節(jié)的密封性。同時，鋼環(huán)套在進場前還必須做好防腐處理。

橡膠止水帶應(yīng)保持清潔、無油污，并存放在陰暗處，防止老化。施工中，將橡膠止水帶用強力膠水粘貼于混凝土管口凹槽處，并粘貼牢固，在管節(jié)對接前涂無腐蝕性潤滑油以減少摩阻，防止止水帶翻轉(zhuǎn)、移位和斷裂。

軟木襯墊采用多層膠合板（厚度1cm左右），將其夾于前后管節(jié)鋼套環(huán)間，以均勻管節(jié)間的相互作用力，減少接口損壞。管道頂通后，管道須作內(nèi)接口處理，將管節(jié)間的膠合板鑿至同樣深度（深度2～3cm即可），并用瀝青彈性嵌縫膏或水泥砂漿抹平。

（4）注漿工藝：

在長距離（大于100米）管道頂進過程中，必須采用注漿工藝，利用觸變泥漿套減少頂進過程中管壁與土體之間的磨擦力，并填充流失的土體，減少土體變形、沉降和隔水。

觸變泥漿由膨潤土和水?dāng)嚢瓒桑浜媳葹?：8。觸變泥漿經(jīng)攪拌后存入儲漿箱，通過注漿機經(jīng)管道輸送至混凝土管注漿孔，注入土體形成泥漿套 。2100433B

隨著我國經(jīng)濟持續(xù)穩(wěn)定地增長，城市化進程的進一步加快，我國的地下管線的需求量也在逐年增加。加之人們對環(huán)境保護意識的增強頂管技術(shù)將在我國地下管線的施工中起到越來越重要的地位和作 用。非開挖技術(shù)的發(fā)展必將向規(guī)模化、規(guī)范化 、國際化的方向發(fā)展。

在我國經(jīng)濟高速增長的支持下，頂管技術(shù)的發(fā)展將面臨前所未有的機遇，在加快引進國外先進技術(shù)的基本上，努力消化創(chuàng)新，加強研發(fā)和人才培養(yǎng)， 其前景是非常樂觀的?？v觀國內(nèi)外頂管技術(shù)的發(fā)展，發(fā)展方向?qū)⑹嵌嘣投鄻踊?在頂管直徑方面，除了向大口徑管的頂進發(fā)展以外，也向小口徑管的頂進發(fā)展。頂管技術(shù)最小頂進管的口徑只有75mm，最大的已達到5m(德國)，大口徑頂管有取代小型盾構(gòu)的趨勢。在適應(yīng)性方面，發(fā)展寬范圍、全土質(zhì)型頂管機是必然趨勢，適應(yīng)范圍將大為延伸，從N值為極小的土到N 值為五十多的礫石，直至軸壓強度達兩百 MPa的巖石。將微電子技術(shù)、工業(yè)傳感技術(shù)、實時控制技術(shù)和現(xiàn)代化控制理論與機械、液壓技術(shù)綜合運用于頂管機械上是頂管技術(shù)的發(fā)展趨勢。數(shù)字化、信息化、智能型頂管機的研制將得到更多的關(guān)注，糾偏精度、自動化程度也將得到大力提高。在不久的將來，一些全自動、高精度的掘進機會成為施工機械的主流。頂管的用途隨著相關(guān)技術(shù)的發(fā)展也將繼續(xù)擴 ，主要用于管道鋪設(shè)將發(fā)展管道鋪設(shè)、涵頂進、地下人行通道管棚式施工等多用途型。 頂管截面形狀基本上都是圓形，今后的發(fā)展趨勢是圓形、矩形、圓拱形、多邊形等，以適應(yīng)箱涵頂進等各種工程的需要，故截面形狀多元化是必然趨勢。頂管施工形式主要為土壓式、泥水加壓式，以后的發(fā)展將在進一步吸收國外技術(shù)的基礎(chǔ)上，應(yīng)用管套式、氣泡式等等各種形式的頂管施工技術(shù)。隨著高精度長距離測量技術(shù)進一步的發(fā)展應(yīng)運，通風(fēng)系統(tǒng)的完善，中繼間技術(shù)、注漿減摩技術(shù)的進步，排渣系統(tǒng)的發(fā)展、刀盤切削系統(tǒng)、推進系統(tǒng)、出土輸送系統(tǒng)、供電液壓系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、測量導(dǎo)向系統(tǒng)，等一系列技術(shù)的突破，現(xiàn)有的一次性頂進距離將不斷刷新，各種復(fù)雜曲線頂管也將陸續(xù)出現(xiàn)。 我國已成立北京、上海、廣州和武漢四個非開挖技術(shù)研究中心，我國國際非開挖技術(shù)協(xié)會單位會員已突破100個，數(shù)量居世界第4、亞洲第1。形成了行業(yè)協(xié)會、科研單位、研究中心和設(shè)備生產(chǎn)和施工企業(yè)組成的強大的陣營，而且每年不斷有很多人不斷加入到從事頂管等非開挖工作的行列，我國的頂管技術(shù)的必將迎來一個嶄新的階段。

通常人們把負責(zé)頂管施工的人員以及施工所需的各種設(shè)備組合體統(tǒng)稱為頂管施工隊。頂管施工就是非開挖施工方法，是一種不開挖或者少開挖的管道埋設(shè)施工技術(shù)。

頂管施工是繼盾構(gòu)施工之后而發(fā)展起來的一種地下管道施工方法，它不需要開挖面層，并且能夠穿越公路、鐵道、河川、地面建筑物、地下構(gòu)筑物以及各種地下管線等。頂管施工借助于主頂油缸及管道間中繼間等的推力，把工具管或掘進機從工作井內(nèi)穿過圖層一直推到接收井內(nèi)吊起。與此同時，也就把緊隨工具管或掘進機后的管道埋設(shè)在兩井質(zhì)檢，以期實現(xiàn)非開挖敷設(shè)地下管道的施工方法。??

在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。??

頂管施工最突出的特點就是適應(yīng)性問題。針對不同的地質(zhì)情況、施工條件和設(shè)計要求，選用與之適應(yīng)的頂管施工方式，正確地選擇頂管機和配套鋪助設(shè)備，對于頂管施工來說將是非常關(guān)鍵的 。