頂管施工

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在兩井之間，以期實現(xiàn)非開挖敷設地下管道的施工方法。

經(jīng)過多年的發(fā)展，頂管技術在我國已得到大量地實際工程應用，且保持著高速的增長勢頭，無論在技術上、頂管設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鍵工程，也是世界上復雜地質(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)設備直徑2200mm鋼管雙管同步頂進2500米。以上工程均標志著我 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備及施工技術水平相比，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性問題。針對不同的地質(zhì)情況、施工條件和設計要求，選用與之適應的頂管施工方式，如何正確地選擇頂管機和配套輔助設備，對于頂管施工來說將是非常關鍵的。

非開挖工程技術徹底解決了管道埋設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。

非開挖技術是才開始頻繁使用的一個術語，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，即管道不開挖技術來進行地下管線的鋪設或更換，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。具有經(jīng)濟、高效，保護環(huán)境的綜合功能。這種技術的優(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。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。

頂管技術在我國的存在的主要問題是，機械設備技術比較落后 ，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)，但技術仍落后于國際先 進水平，掘進機型號種類不足以適應工程需要，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，頂管技術的發(fā)展與我國地域經(jīng)濟水平相適應，我國東部的頂管技術發(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、廣州等大城市技術水平比較高，應用比較普遍，但在中小城市應用較少，在中西部地區(qū)的城市應用更少。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)狀的有關調(diào)查發(fā)現(xiàn)，該市的頂管技術發(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，對頂管施工技術的采用不積極，往往不是管線鋪設的首選，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，也有一些應用失敗的工程，客觀上阻礙了頂管技術的推廣發(fā)展。 影響頂管技術應用的另一個因素是，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)訓練。今后仍需加強管理，努力推廣先進技術，提高施工水平和改善施工工藝 。

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攪拌而成，配合比為1：8。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

世界上第一個有據(jù)可查的關于頂管技術的記錄是在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 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的一些理論研究。當時，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技術。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。由于當時的頂管掘進機的設計還停留在比較原始的階段，既沒有完整的設計施工理論和工藝作指導，也不考慮具體的地層條件，所以當時的頂管掘進機還不夠完善。土壓式頂管機當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備，使我國的頂管技術上了一個新臺階。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的一些理論研究。當時，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，對頂管技術的理論研究的關注逐年增強，開始出現(xiàn)了比較專業(yè)的技術人員，90年代后，以當時的頂管掘進機還不夠完善。2000年后，同濟大學等高校對頂管技術方面進行了不少專項課題研究，也取到了不少成果。在1998年，中國非開挖技術協(xié)會成立，標志著我國的頂管行業(yè)開始進入規(guī)范化發(fā)展。2002年中國非開挖技術協(xié)會批準成立北京、上海、廣州和武漢四個非開挖技術研究中心，非開挖管線技術列入科技的研究進一步深入。

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。非開挖技術的發(fā)展必將向規(guī)?；?、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。在適應性方面，發(fā)展寬范圍、全土質(zhì)型頂管機是必然趨勢，適應范圍將大為延伸，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、工業(yè)傳感技術、實時控制技術和現(xiàn)代化控制理論與機械、液壓技術綜合運用于頂管機械上是頂管技術的發(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技術的發(fā)展也將繼續(xù)擴 ，主要用于管道鋪設將發(fā)展管道鋪設、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的基礎上，應用管套式、氣泡式等等各種形式的頂管施工技術。隨著高精度長距離測量技術進一步的發(fā)展應運，通風系統(tǒng)的完善，中繼間技術、注漿減摩技術的進步，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)、測量導向系統(tǒng)，等一系列技術的突破，現(xiàn)有的一次性頂進距離將不斷刷新，各種復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研究中心，我國國際非開挖技術協(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，我國的頂管技術的必將迎來一個嶄新的階段。

通常人們把負責頂管施工的人員以及施工所需的各種設備組合體統(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施工技術。

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在兩井質(zhì)檢，以期實現(xiàn)非開挖敷設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性問題。針對不同的地質(zhì)情況、施工條件和設計要求，選用與之適應的頂管施工方式，正確地選擇頂管機和配套鋪助設備，對于頂管施工來說將是非常關鍵的 。