顶管工程技术在管道施工中的应用

摘 要：我国建筑施工行业的迅速发展使很多新兴的技术在近些年来不断涌现.城市市政建设也使得各类公共设施不断完善.对于管道施工,我国一直采用的是传统的开挖式施工,无论是天然气还是自来水管道的施工,都会对城市正常的交通和路面带来一定的影响.顶管工程技术是一种非开挖式的管道铺设技术.这项技术可以解决以往管道施工中对城市道路的破坏和对交通的影响,利用少开挖或不开挖的方式进行地下管道的铺设.顶管技术目前已经在我国的发达地区有了广泛的应用,在地下排水、石油天然气运输、通信电缆等管道运输方面起着至关重要的作用.文本从顶管技术的工作原理、施工技术操作要求等方面,分析其在管道施工中的具体应用.

关 键 词：顶管工程；管道施工；应用

一、引言

我国城市化建设的步伐要求不断完善城市基础设施建设.通信、能源运输是城市运作的最基本保证.这些都离不开管道工程,管道工程为城市的各项需求提供了重要的保障.管道施工往往需要对地面进行开挖工作,然后铺设管道,预埋管线.然而这种方法对于城市的正常交通和路面造成了很大的影响.顶管施工技术相对于传统的管道铺设方法而言,具有很强的优势.顶管技术是按照管道的路线要求设计相关的方案,通过设置工作井或接收井的方法,利用液压千斤顶挺近到预埋管道中,直到管道全部挺近到接收井中.顶管工程技术不需要开挖大范围的工作坑,因此,对于交通和路面的影响不大,是未来管道施工的发展方向.

二、顶管工程技术的特点及施工程序

(一)顶管技术的特点

顶管工程技术又可以被称为非开挖管道敷设技术,其最大的特点就是利用液压顶管就可以穿越路面,不需要另外进行挖槽,对于节约工程投资和工期具有很大的优势.其优点有：技术环保无污染,效率比较高,在施工期间不会产生大量的灰尘和噪音,减少对城市或重要交通干线的影响和干扰,尤其在市政给排水管道上具有重要的作用.更为突出的特点是,顶管工程技术将施工面从线变成点,减少了施工的占地面积,同时减小对于管道铺设沿线的拆迁工程,减小了工程总量,从而节约了工期.但顶管工程技术不是完美无缺的,还具备一些缺点.主要的缺点在于技术本身难度较高,施工期间对于地质的要求比较严格,另外经过河流和重要交通干道的管道需要进行严格的水文地质勘探.对于一些建筑施工企业来说,技术本身的难度较大,技术成本比较高,一般的小工程团队缺乏技术力量进行施工操作.

(二)顶管工程技术的操作流程

顶管工程施工要求先在管道的一边挖出工作坑,按照管道本身的设计路线和位置,在工作坑内进行土洞的挖掘,在地层内挖土洞时要注意预设管道的外径大小,要在挖土的同时利用千斤顶将管道分节顶入,通过反复操作将管道完全顶入到土洞内,直到管节的长度符合预设长度.

根据顶管前的挖土方式,可以将顶管工程施工的种类分为普通顶管、机械化和半机械化顶管.一般来说,在土质较为复杂,施工环境比较艰苦的地区,如西北戈壁地区,顶管前的挖土工作要由人工完成；相反在施工环境较好的平原地区,可以采用机械化顶管.

三、顶管工程技术在管道施工中的具体应用分析

对于顶管工程技术而言,最为关键的是选择合适的顶管材料和规格,结合相应的施工方式,并选择与顶管相适应的辅助机械设备.首先在顶管的选择上,一般采用钢筋混凝土管.所选择的钢筋混凝土管在规格和应力方面应当符合国家和建筑行业相关的技术标准和规程.在选择顶管时,应当着重考虑两个方面的问题,一是顶管的管径,二是顶管的长度.顶管的管径主要是指直径,尤其是其内径,要根据管道的种类和工程的性质选择合适内径的管道.管道的外径由顶管自身需要承受的外力来确定.由于顶管工程的施工特点,决定了工人要在顶管工程面上进行施工,因此顶管直径至少要大于50cm,直径过小不能承受工人施工时的压力.对于顶管的长度,应当根据路线所开挖的工程坑来决定.如果选择具有一定长度的顶管,可以减少顶管推进的次数,简化了操作流程,但是长管的缺点也十分明显.在管道的推顶过程中,如果某段长管出现了偏差,那么施工中发生的管道偏移现象就会更加严重,且不易校正.在挖掘顶压坑时也会产生较大的挖坑、支护和土方回填等费用.因此,在顶管的长度选择方面,不宜过长,因为短管在推顶过程中更便于控制.

在顶管工程施工中,顶进设备的选择也同等重要.一般来说,顶进设备包括千斤顶、高压泵、顶铁和其他辅助运土设备等.最为核心的设备就是千斤顶,其作为主要的掘进设备,在施工中,应当计算顶力,选择合适的千斤顶.另外,由于管道开挖具有一定的坡度,因此为了减小施工中的偏差,应当采用后座力挡板.

(三)施工前期准备

顶管施工工作的前期准备工作内容比较多,包括布置控制室、料具间、拌浆棚,准备起重机械,做好注水系统的筹备,准备好土料的临时堆积场地,并安排好弃土坑.

与此同时在顶管进出口要做好土体加固工作,进出口区域要采用高压喷桩技术,保障顶管过程中顶管机出入洞的安全.另外,在开挖工作井时要做好洞口的止水工作,安装止水装置,避免因顶管机工作而导致的泥浆损失,确保泥浆不流失.

(四)施工过程中的技术和安全控制

1.安装管节

在顶管进入工作坑准备安装时,首先要进行外观检查,检查项目包括管面的平直程度、管壁光洁度和裂缝.如果管面出现了马蹄形的端面或裂缝的大小超过安全标准,要立即停用.在管节安装下吊过程中,工作坑内不得站人.管节要根据预设的轨道进行下吊,管壁要与轨道面完全接触,如果有翘起或接触面不平整的情况,应当对管节进行转动调整.管节密合后要进行焊接,并及时清理焊渣.

2.挖土与顶进

挖土工作决定了管节的方向,还影响着顶进的效率.对于挖土环节的工程技术操作,应当根据工作面的土质来确定挖土的方式.如果是人工挖土必须在规定的范围内进行,不得破坏管底的地基土,顶进管节时挖出的土要及时予以清除,在挖好土方后,也要及时进行顶管,避免塌方.

顶进时要保持传力杆的平直,不能出现弯曲的情况.顶板、传力杆、管轴线要处在同一水平线上.为了使顶板与传力杆还有管节之间的接触面更加平滑,可以加入油毡或石棉板衬垫.

3.顶进过程与顶进速度

在挖土流程完成,顶铁安装完成后就可以开始顶进程序.利用油泵控制千斤顶的活塞杆长度,当快要到达临界点时,要及时关闭油泵,安装顶铁后再次操作顶进.当顶管剩余长度达到0.2――0.3m时,要停止顶进,重新安装下一个新管节.对于顶进速度,一般控制在3到4cm每分钟,最快不能超过5cm/min.

4.顶管施工的安全控制

顶进过程中要注意控制好千斤顶活塞的外伸长度,如果超出临界点,就会造成千斤顶的损坏.同时,在顶进过程中,要保证顶进的速度均衡,中间停止时间不宜过长,严格控制地下水的流量,避免因地下水渗透过快造成土方坍塌.

另外,对于顶进中的障碍物要及时排除.尤其是出现重要管道或线路时,要与相关部门取得联系,避免任意操作带来的管线破坏.

四、结语

顶管工程技术适应了现代化管道施工的发展要求,在资源和成本的节约方面取得了很大的成效.在管道施工中,尤其是市政管网,顶管技术应当得到进一步的推广与实践.顶管的过程需要人力和设备之间的充分配合,经过科学的计算.就目前而言,我国还应当继续对顶管技术进行研究,争取在技术和质量上更加完善.