顶管施工技术研究

摘要：本文主演阐述顶管施工概述，顶管施工技术的特点与应用，顶管施工技术的发展，顶管施工技术分类，顶管施工技术发展建议。

关键词：顶管；概述；应用；技术；建议

中图分类号：TU74 文献标识码：A

1 顶管施工概述

随着经济和城市建设的发展，城市基础设施的日趋完善，城市优质道路的形成以及各种地下管线中的煤气、热力、电力、给排水管道等的交错复杂、相互影响，因而对敷设提出了较高要求。传统的明挖施工法常常会破坏道路，而且施工经常遇到地上障碍物、地下管线，导致无法实施的情况，在传统明挖施工法无法施工的场合下，非开挖施工法却不受影响，可以十分迅速地从其下方铺设，特别是在交通繁忙、居民稠密、商业密布的城市中心地区，以及旧城改造和城市扩展工程中，非开挖施工已成为城市基础设施建设中一种不可缺少的施工方法，且应用越来越多。

所谓顶管法施工，即是在工作坑内借助于顶进设备产生的顶力，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。一节管子完成顶入土层之后，再下第二节管子继续顶进。顶管施工技术显示了越来越多的优越性，已被广泛应用。

2 顶管施工技术的特点与应用

2.1 顶管施工技术的特点

2.1.1 不需开槽路面，施工面由线变点，占地面积少，可减少刨路费用约77%。18m宽公路，破浇费用需5万元以上，而顶管只需3-4万元，明开法每米造价7890元，顶管每米造价6540元，每米可节约1350元。上海南市水厂越江顶管工程，在陆地段由于避免了拆迁，节约工程费用480万元。

2.1.2 施工面移入地下，地面活动不受施工影响，减少了对交通的干扰。穿越铁路、公路、河流、建筑物等障碍物时可减少沿线的拆迁工作量，不影响正常通航，也不需修建围堰和水下作业。

2.1.3 顶进速度快，施工周期短，综合成本低。覆土深度大的情况下比开糟埋管经济。

2.1.4 施工中噪声影响小，不影响环境，不破坏现有的管线和构筑物。

2.1.5 载力较小但有一定承载力的土层中顶管是可行的，不必像深埋管那样先进行地基处理。现代技术的发展，使得浅层顶管已成为可能，如上海南市水厂过江管道仅在一倍管径覆盖层下顶管圈。不管是拥挤的城市，还是在开阔的农村路段的浅层土中，采用顶管施工都可达到低成本，破坏少，周期短。它的优越性主要取决于地质情况，掘进速度，竖井位置的可供用性，劳动成本、掘进深度，某些地下构筑物和基础的接近程度以及掘进段间机具取出的可行性等因素。

2.2 顶管施工技术的应用

2.2.1 适于非岩性土层，在岩石层、含水层施工难度大。

2.2.2 管道穿越铁路、公路、河流或建筑物时。

2.2.3 街道狭窄、两侧建筑物多时。

2.2.4 在交通量大的市区街道施工，管道既不能改线，又不能断绝交通时。

2.2.5 现场条件复杂，与地面工程交叉作业，相互干扰，易发生危险时。

2.2.6 管道扭土较深，开槽土方盘大，并需要支扭时。

3 顶管施工技术的发展

3.1 国外顶管技术的发展

国外顶管技术发展较先进的国家主要有美国、德国、日本、英国等。美国是最早采用顶管技术的国家，在1922-1947年间，美国采用顶管法累计完成铺管工程830项，铺管总长度16800m。五十年代开始长距离顶管，七十年代出现了小口径顶管，以77-84年下水道敷设看，短距离、手挖式的一次顶进方法占半数以上，长距离的顶管施工方法、半盾构方法则逐渐增加。

美国1990年以前是液压顶管占主导，随着气动钢管顶打技术出现，迅速发展并取代液压，液压顶管己由90年的80%迅速降为94年的40%。德国在大口径管顶进方面技术比较先进，一次顶进最长2.2公里，最大直径4.4m，如VS864掘进系统，用感应式激光屏幕显示顶进位置，采用快速运行的液压千顶推顶，每天进尺达40-50m。年的德国汉堡下水道顶管工程是世界上首次一次顶进超千米的砼顶管工程，87年完成的西柏林供热水钢筋砼管道，内径4.lm，一次顶进1088m，工程总长3607m，在曲线顶管方面：研制的现代陀螺仪罗盘系统可在地面上准确进行定向与定位测量，尤其在曲线场合，与光学仪器比，它无须在顶管机与起始坑间进行通视联系，开发的隧道施工中的定向和操纵系统(SAS)，对最小内径1000mm管顶进可自动地快速测盆和显示，整个顶进过程完全自动化，简化侧控减短停顿时间，提高了顶进速度。另外在小口径管方面：施密特克朗茨有限公司开发了一种新的PBA38型顶压钻进设备可有控制地敷设接户支管以及最大内径DN300mm的管道。

3.2 国内顶管技术的发展

顶管施工法是中国最早使用的非开挖施工方法，1953年首次用于北京西郊行政区污水管工程，采用人工挖掘顶进直径900mm管径的铸铁管。随后，上海等城市也相继采用这一技术，但都是手掘式顶管，设备也较简陋。20世纪90年代我国的顶管技术已处于世界先进水平。1992年上海研制成功国内第一台加泥式管径1440mm土压平衡掘进机，在排污工程中，直径DN1600mm钢筋砼管一次顶进1511m，创单向一次顶进砼管的世界记录。96年底又设计成功可调换止水带的中继间在上海黄浦江上游引水工程中，将内径3500mm的砼管，单向一次顶进1743m，再创世界之最，该工程地面用微机监控，采用无线电通讯手段传达到地下，可随时调整其偏差，减轻人工负担且确保施工准确度。目前我国顶管工程的顶管直径之大、顶进长度之长均属世界领先水平，已具备一次顶进3000m管道的能力。

顶管技术显著的优越性使它得到了广泛的应用，在给排水工程、煤气热力工程、通线电缆工程和发电厂循环水冷却系统中采用顶管施工法的愈来愈多，从经济效益和社会效益、环境效益，及三者综合比较来看，顶管施工明显具有实际的可用性。

4 顶管施工技术分类

顶管的分类方法很多，可以从不同的角度将之分类。

我国通常采用人工、机械或水力掘进顶管或不出土耐挤压土压顶管，具体的选用何种方式，还需根据管径大小、土层性质、管线长度、经济因素、施工技术等加以确定。普通顶管法即人工挖土法，是以前应用得较多的一种，它是通过在管前用人工挖土，具有简单，能适应不同的土质，但工效低，一般在穿越铁路顶管中常用，以免因障碍而引起地面沉降，且成本低。

机械顶管也是常用的一种方法，工作面采用机械挖土，工效高，通常在顶进管前面安装工具管，如三段双铰工具管，土压平衡式或泥水平衡式工具管。随着各种新型工具管的研制及各种新技术的应用，所占比重越来越大。

随着城市的发展，工业管道的大量敷设，交通的拥挤，施工环境已变得越来越不利于管道施工。目前我国及世界很多国家都在开发和推广长距离，超长距离顶管，小口径顶管、曲线顶管等特殊顶管技术。

曲线顶管是顶管的前沿技术，曲线形状多样化，如单一曲线，S形复合曲线，水平曲线，垂直曲线，水平垂直曲线等。各国都处于发展研究阶段，多用于旧城区改造、过江过河的砼管顶进，钢管顶进则需很大的弯曲半径，且须有中继环才行长距离顶管技术我国已发展到成熟的程度，管径之大、顶距之长，己居于世界领先水平，虽然从理论上讲它是一种顶进距离不受限制的施工方法，但还需考虑排泥、通风、定向测量、供电、补浆、中继间控制等，同时，这些还会影响施工管径的大小，超长距离顶管宜采用高压供电，而高压供电变压器体积较大，所以管径不宜小于2400mm。

5 顶管施工技术发展建议

5.1 顶管技术的发展必然要求各种新型管材，设备的研制与开发，特别是要提高各种减阻降摩措施效率。

5.2 目前顶管控制很大程度上受到操作人员技术水平的影响，特别是对于采用注浆工艺的顶管，注浆效果直接关系到顶管顶力的大小。

5.3 顶管技术水平的提高必然会促进顶管设计理论研究和工程质量的提高。如中继间设计理论的进一步完善，施工工艺与土质条件适应性问题的进一步解决。顶管设计理论与实际的差距将逐渐缩小，最终将能反映实际使用情况。

参考文献

[1]国家环保总局.2004年中国环境状况公报[M].2004.

[2]潘家多.给水排水管道工程管材的应用[J].特种结构，2003.

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