打开文本图片集

摘要：曲线顶管施工的质量会直接影响到市政给排水工程的运行效果，在这样的背景下必须严格把握曲线顶管施工的质量，最终让曲线顶管施工工艺在应用的过程中发挥出应有的价值。现在曲线顶管工艺已经成为城市给排水网络建设中最终要的工具之一。

关键词：曲线顶管施工;市政给排水;应用

引言

随着我国城市化进展的不断加快，地下基础设施建设作为城市发展的必要配套，也在快速发展。在地下管线密布、地上建筑林立的城市中，完成污水管线新建工程，显然明挖施工将受到约束，而以顶管施工技术为主的暗挖技术，特别是曲线避障顶管技术，将为城市内部管道系统新建完善提供较为理想的施工方式。顶管施工技术具有效率高、成本较低、工期短、对周边环境影响小等优势，现已成为城市地下管线建设的重要施工技术。

1曲线顶管施工特点和简介

曲线顶管施工技术的主要原理就是根据设计方案在管道沿线周围安装一定的工作井和接收井，工作井内部需要设置相应的后座，设置完成之后要做好接线、照明等处理，然后通过压浆系统形成管道外的泥浆套，管道在泥浆套中能够自由的滑行，在顶进施工工作进行的时候要边顶进边调整，最终将管道接到井内。曲线顶管施工技术又叫做非开挖性管道敷设技术，在应用的过程中不需要进行开挖工作就可以直接穿越地下管线和地下公路，大大降低了整个投资的成本和施工的时间，曲线顶管施工技术在应用的过程中还可以起到降低噪音的作用，同时也不会受到外界环境和城市交通的影响是一种无污染、高效率的施工技术。曲线顶管施工技术在市政给排水工程应用过程中也有很多的优点，这些优点包括：整个施工进行的时候占地面积比较小;施工产生的噪音不会影响到附近居民的生活;施工在进行的时候可以直接安全的穿过公路和建筑物降低整个施工的成本;施工在进行的过程中不会影响到施工地区的交通。虽然曲线顶管施工法有很多的优点，唯一的一个缺点就是整个施工过程中的施工技术难度比较大，要想顺利的完成施工还需要借助到工程地质工作者和水文地质勘探工作者的帮助。

2曲线顶管施工管节接头性能要求

相比于直线顶管施工而言，曲线顶管施工涉及管节的曲线顶进过程，其对管节接头提出较高的性能要求，具体包括如下几个方面。（1）前后管节的接头搭接部位应能够进行一定的角度偏转，从而满足管节曲线顶进的基本要求。诚如上述所言，曲线段管道线路是由多段直线管节相继进行角度偏转后实现的，这就要求相邻管节在接头搭接部位有一定的角度偏转能力。（2）角度偏转后的管节在接头搭接部位应保证有一定的顶进受压面积，从而有效预防管节接头在顶进过程中的局部破坏现象。顶管施工的前进动力来源于布设于始发井或中继间的千斤顶，并通过中间管节传递给前端的掘进机，故管节承受着数值较大的轴向顶推力。曲线顶管施工中，管节接头部位受力情况复杂，若因角度偏转导致管节间顶进受压面积锐减，管节接头易出现较为严重的应力集中现象，进而导致管节局部破损。（3）偏转后的管节在接头部位的防水性能应得到保证。曲线顶管的管节接头因存在角度偏转，其前后管节的搭接形态不断变化。相对于直线顶管而言，管节接头防水应考虑接头部位所有可能的搭接形态，确保管节接头在任何情况下都能滴水不漏。（4）管节的接头部位应有防止管节横向错动的防护结构。曲线段的管节因存在一定的角度偏转，在顶推力的作用下，前后管节在接头部位存在横向错动趋势，若无相应的防护结构，可能出现管节偏离设计曲线的问题，进而影响曲线顶管施工的顺利进行。

3曲线顶管施工的方案

3.1曲线顶管施工技术的轨迹调控和轨迹纠正

顶管施工的路线在设计的时候一般都是通过自动检测的方法来完成整个调控工作，要想保证整个施工的合理性就需要在调控工作进行的时候把顶管路线调控到可控的范围内，如果在调控的过程中出现轨道偏移的情况要马上利用纠偏特殊管来控制顶管曲线的路线。

3.2线型设计

在进给过程中，应在初始进给过程中设置直线段的特定长度，然后逐渐过渡到曲线段。同时，根据障碍物，考虑到管道周围的地面承载力、施工动力传输、管道连接界面形状、管道连接直径、管道连接长度、管道端面木质密封厚度等因素，尽量设置不小于最小计算曲线半径的较大曲线半径。最小曲线半径按公式（1）计算;如果公式计算的结果不能实现，可以采用缩短预制管道连接长度的方法来满足要求：

其中，弯管头转动时相邻管路接头之间的许用控制角度（）一般为管路接头接口许用角度的1/2，f形钢套管接头应小于0.3;rmin为最小曲率半径，m;l是管件连接的长度，m;d是管道外径，m;ε是相邻管道连接m的界面上允许的最大距离和最小距离之差，这与管道连接的界面形状和密封弹性模量有关。

3.3顶力预计算

顶管施工过程中的顶力主要是指在顶管顶进过程中推动管道及相关机械设备前进运动的顶进力，主要通过克服顶进过程中的各种阻力及外界扰动影响。图1为顶力计算示意图，根据轴力平衡，为了简单计算分析，一般可将顶进力简化为由迎面阻力PF与管道摩阻力F两部分组成，

参照CECS246—2008给水排水工程顶管技术规程总顶力可按下式估算：

其中，F0为总顶力标准值，kN;D1为污水管道的外径，m;L为污水管道的设计顶段长度，m;fk为污水管道的外壁与周围土体的平均摩阻，kN/m2;NF为顶管机迎面阻力。

W1～W2区间顶距438m，穿越地层主要为⑤-2粉细砂;W3～W2区间顶距502.8m，穿越地层主要为⑤-1粉砂;W3～W4区间顶距475.6m，穿越地层主要为④-1，⑤-1粉砂;W5～W4区间顶距473.7m，穿越地层主要为④-1，⑤-1粉砂。其物理力学参数如表1所示，各顶进区间顶力估算结果图如表2所示。

2.4顶管自动测量引导系统的应用

在施工进行的时候严格把控顶管的路线，主要是因为施工中的测量设备在使用的过程中有时不会和相应的机头进行对视，这时顶管就会处于不确定运动中，在运动的过程中就会发生顶管偏移现象。传统的人工测量设备在使用的过程中虽然也能达到调控的目的，但是在使用的过程中不仅会增加工作人员的工作量，还会影响到整个施工的进度，为了避免这种情况出现在顶管施工的过程中引入了自动测量系统，自动测量系统既能自动的测量顶管的轨迹，又能实时的对机头的轨迹进行跟踪，最终达到提高整个顶管施工速度的目的。

2.5“组合密封中继间”技术

“组合密封继电器空间”技术被应用于工程中。继电室采用具有两个截面和一个铰链的伸缩轴结构，铰链上设置了两个可径向调节密封间隙的密封装置。其中，第一个密封装置设计为可拆卸。继电器环的结构形式为专用管，其主要优点如下：（1）采用径向可调式水位装置。橡胶水圈磨损后，可通过调整径向蜥蜴角螺栓再次达到密封性能。即使橡胶止水环磨损严重，不能再使用，也可以先充气紧急止水环，然后更换磨损的橡胶止水环，恢复良好的密封性能。（2）由于密封装置的钢法兰由大型车床加工并集成到成品管中，因此具有较高的尺寸均匀度、良好的刚度和简单的密封性能。（3）顶管施工后，拆下继电室内的油缸，切掉轮胎并将其平磨，继电环可关闭，无需将混凝土倒入此间隙，质量可靠，操作方便。

2.6轨迹偏差分析

顶管施工过程中，由于受机头不断运动、纠偏等影响，管道轨迹是一条不规则的曲线，管道也会因此而发生曲线扭转，被Haslemt称之为“蠕动”（wriggle）。但是如果顶进过程中不能够控制管道曲线扭转幅度，导致过大的轨迹偏差将会引起机头接收困难，更会因为管道扭转而造成顶进困难，并在过大顶力的施加下破坏管道，此外在覆土较浅或地质条件不佳的地区，也容易引起地面变形等次生事故。为此，在工程施工过程中，为了能够合理控制管道运动及顶力控制，项目采用连续测量与间断测量相结合的方式，保证管道姿态可控，顶力不发生较大幅度变化。连续测量即在工作坑后方安放一台全站仪，全站仪按照设计顶进轴线方向发出一束激光，照射到顶管顶进机头的光靶上，操作员按照激光指示路线操控机械顶进。间断测量则是每顶进一节管后，测量人员通过对激光经纬仪进行校核，并且采用水准仪和水平尺分别测量已顶进管道高程、水平偏差情况。通过双层测量严格把关，全面限制管道运动姿态，以满足设计等要求。

2.7泥浆控制

由于升降距离长（455米），一次性注浆无法到达预定位置，需要继电输送。因此，在管道中设置了污泥中继站。污泥的实际用量比理论用量大得多，一般可达到理论值的4 ～ 5倍，但应根据施工过程中土壤质量、升降状态和土壤沉降的要求进行适当调整。对于区域中的特殊灌流管道，继电器空间中应使用2英寸软管，该软管留下一定的弯曲，以满足继电器空间的膨胀和收缩。污泥管的位置按句式排列。

2.8管节止转的技术措施

要想在施工的过程中发生旋转就需要借助到顶进时机头的帮助，如果机头旋转的角度过于大时就会影响到整个顶进的效果，所以在施工进行的时候要借助工具管的帮助来及时的调节旋转过程中可能出现的角度问题。不仅如此还可以通过加压一些重块的方法来减少偏移的角度。

2.9顶进纠偏

头部姿势由全站仪测量，并为每个管段测量一次。测量数据输入到Auto CAD软件中，以与设计值进行比较，并计算偏差值。当下部管段接通时，顶管机头部的四个缸用于校正偏差，校正缸的中心由控制室的控制设置。修正参数如下：水平倾斜是指鼻子向上和向下的升降高度;左右旋转是指鼻子的旋转;左上方指的是鼻子左上角小千斤顶的打击，左下方、右下方和右上依次类推。扁平指切割头左右偏差;尾指鼻尾左右偏差;高手指头上下偏差;尾部是指鼻子尾部的上下偏差。

3顶管进程中遇到障碍物的处理方法

需要注意的是：顶管施工技术并不是在任何情况下都可以顺利的进行，如果在使用的过程中遇到中风化和微风化的地质结构就会直接影响到整个施工的顶进情况，这个时候要想继续进行施工工作，就需要先在设计的时候做好地质研究工作，然后根据研究结果有针对性的对中风化和微风化的地质结构进行处理，在处理的过程中可以通过暗挖隧洞施工的帮助来完成处理工作。如果在处理的时候遇到需要在规划建设内部结构的时候，需要借助到大开挖施工或者是支护开挖施工技术的帮助来完成处理工作。必须要借助到研究内容的帮助来提高对中风化和微风化地层的处理工作。需要注意的是：如果在处理的过程中遇到有石头存在的情况一定要重新完成钻探工作，这样可以更好的了解地质的情况，当遇到孤石的时候还需要根据孤石的大小来科学、合理的设置破岩井，最终顺利完成顶进工作。

4质量控制

管理者和经营者必须持有相应的证书，并拥有特殊类型工作的特殊证书。严禁在没有证书的情况下骗取职位。管道和附件等技术材料的产品质量必须符合相关的国家标准和设计要求;接口橡胶环安装正确，无移位或浪费;控制地面沉降，确保地下管线和地面建筑安全健康。导轨安装严格控制偏差，根据实际位置确定管道顶升方向，测量结果必须得到监理工程师的批准，以确保准确的顶升方向。当管道被吸引到捕捉孔部分时，应特别提醒操作人员慢慢地敢于控制升降距离和升降行程，保证检查孔的正常构造。在管线的进给过程中，管线必须连续运行，并且在检测孔存在之前不得停止。管道转动后，内部间隙应根据设计要求填充密封胶，并与喷嘴平齐。对于管线的顶升和顶升孔，应采取持久的水位措施，以确保地下水与井绝缘。

结束语

综上所述能够发现曲线顶管施工工艺在使用的过程中要想真正发挥其价值就需要认真做好每一步施工环节，同时做好监督工作，只有这样才能在保证施工进度的基础上提高整个施工的质量，最终给市政给排水工程带来更多的帮助。

参考文献

[1]凌兴安.城市道路下超长距离曲线顶管技术优化和保障措施[J].工程质量，2019，38（02）：83-86.

[2]吴奇飞，牛小犇，宁丽艳，彭麒云.长距离曲线顶管施工技术[J].山西建筑，2019，45（14）：72-73+158.

[3]蔡文彪.大口径曲线顶管关键施工技术[J].城市道桥与防洪，2019（07）：205-208+25.

[4]陈孝湘，刘华清，贺雷，叶琦棽，张文翔.曲线顶管施工扰动土体变形理论分析及数值模拟研究[J].水利水电技术，2019，50（S1）：73-79.

[5]曾福明.长距离曲线顶管施工技术性能研究[D].江苏科技大学，2019.

[6]石敏魁.市政污水管道曲线顶管施工工艺设计及研究[J].四川建材，2018，44（06）：150-151.

[7]曾阳.大口径曲线顶管越河三维数值仿真及施工控制技术研究[D].浙江科技学院，2018.

[8]张鹏，李志宏，曾聪，马保松.曲线顶管施工引起的地表变形预测研究[J].隧道建设，2018，37（09）：1120-1125.

[9]崔红虎.曲线顶管施工过程中的施工工艺和力学分析[J].山西建筑，2018，43（10）：108-110.

[10]冯勇.给水管道施工中顶管施工技术的关键控制点[J].民营科技，2018（02）：158.