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摘要：顶管作为一种地下管道施工技术，它不需要开挖面层，并且能够穿越公路、铁道、河谷、地面建筑物、地下构筑物以及各种地下管线等，在供水管道施工中应用越来越广泛。本文分析了顶管基本原理与施工技术要点，并以实际现状为例，探讨了其在城市供水管道改造工程中的应用。
关键词：城市供水管道；顶管；施工技术
一、城市供水管道工程顶管基本原理与施工技术要点
城市供水管网是城市基础设施的重要组成部分，对城市供水管网进行改造的时候，地下管道安装工程遇到穿越公路、铁道、地面建筑物、地下构筑物以及各种地下管线时的传统施工技术对地表破坏性较大，且会影响正常的交通秩序，并且作业面积大，对地面建筑物、地下构筑物都有一定程度的破坏性，遇到这些情况时选择顶管施工技术省时、高效、安全，可以解决上述一系列难题。
（一）顶管施工的基本原理
顶管施工就是借助于主顶油缸以及中继间的顶进力，把工具管或顶管掘进机从工作坑内穿过土层一直顶进到接收坑内吊起。与此同时，把紧随在工具管或掘进机后的管道埋设在两个工作坑之间。在顶管施工中主要有三种工作面平衡理论：气压、土压和泥水平衡理论。
其施工工艺流程如下：测量放线→工作井施工→装配式后背墙安装→导轨安装→主顶千斤顶安装→油泵安装→顶铁安装→进出洞施工及密封→管道顶进→出土。
（二）顶管施工的优缺点
优点：地表施工面积小，由传统的线状缩小为点状，因此对路面破坏不严重，降低了对交通与居民生活环境的干扰；噪音污染也极小，在施工过程中不影响现有管线及构筑物的使用，对交通的干扰小、无需阻断交通，工期比开槽施工短，节约征地拆迁费用等，具有显著的经济效益和社会效益。
缺点： 尽管顶管技术具有很多优点，但在施工的过程中也存在一些缺点，主要有以下几个方面：当曲率半径比较小且多种曲线组合在一起时，顶管施工就很难顺利进行；在施工过程中，如果遇到软土层也极容易发生偏差，一旦发生偏差纠偏比较困难，从而引起管道发生不均匀的沉降；遇到障碍时处理这些障碍较困难；超长距离顶进困难；当遇到5 m以上的大口径时顶进也比较困难；如果覆土浅时经济效益并不高，没有开槽埋管的效果好，工程造价高等。
（三）顶管技术施工要点
1、采用触变泥浆，向管道外壁压入一定量的减阻泥浆，在管道外围形成一个泥浆套，减小管节外壁和土层问的摩阻力，从而减小顶进时的顶力，泥浆套形成的好坏，直接关系到减阻的效果。利用泥浆套的支承作用，减少粉质粘土坍塌，形成的地层流失，以控制地面沉降。对顶管机头尾端的压浆要紧随管道顶进同步压浆，在中继间和中部管节处须跟踪补浆，泥浆的实际用量要比理论用量大得多，一般可达到理论值的4～5倍。通过以上压浆措施，达到预期效果。
2、洞口止水，顶管工程中，为使管子能顺利从工作井内出洞，一般采取工作井预留洞口比管节外径略大些(一般为100mm)的方式，顶进时此间隙需采取有效措施进行封闭，我们采用的洞口止水方法是在沉井制做时，预先在洞口预埋一个10mm厚的钢法兰，在钢法兰上焊接螺栓，安装16mm厚的橡胶法兰，用10mm厚的钢压板压紧，在我们完成的顶管中，未发现地下水和泥砂流入工作井内，同时橡胶法兰和压板可以回收，效果很好。
3、顶管技术要点在于纠正管子在地下延伸的偏差，顶进中须严格按设计线路顶进，可利用削土刀盘上可伸缩的超提刀，结合千斤顶进行纠偏。经常对顶进轴线进行测量，检查顶进轴线是否和设计轴线相吻合。在正常情况下，每顶进l节混凝土管节测量1次，在出洞、纠偏、到达终点前，适当增加测量次数。施工时还要经常对测量控制点进行复测，以保证测量的精确度。通过及时纠偏相邻管间错口< 15％壁厚，竖向偏差控制在30—40mm 以内，水平偏差控制在50mm以内。
4、进出洞是顶管施工中的一道重要工序，因为穿墙后掘进机方向的准确与否将会给以后管道的方向控制和井内管节的拼装工作带来影响。穿墙时，首先要防止井外的泥水大量涌入井内，严防塌方和流沙。如果工程管道位于粉质粘土层较松散，在水位下呈流塑状，则必须在管子顶进方向距离工作井边一定范围，对整个土体进行改良或加固，采用了井点降水措施，以提高这部分土体的强度，防止掘进机出洞时塌方。其次要使管道不偏离轴线，顶进方向要准确。
5、顶管工程预防地下障碍物的方法
（1）做好勘察
施工单位应组织有关人员，对勘察、设计单位所提供的顶管施工沿线的工程地质及水文情况，以及地质勘察报告进行熟悉了解;尤其是对土壤种类、物理力学性质、含石量及其粒径分析、渗透性以及地下水位等的情况进行熟悉掌握。
（2）下管线调查
要对周边地下管线作调查，比如可以运用地下金属管线探测仪做周密探测，基本可查出是否有金属管线一类障碍物；多方位踏勘现场并结合规划设计图纸，查看是否有废弃污水供水等管道和其他较坚硬的地下障碍物等。
（3）设备管理
在施工前要对机械设备做全方位的检查。设备的完好率直接影响施工进度及工程质量，提高顶管掘进机的可靠性、减少关键部件的故障，使在隧道内无法维修和更换的大型部件少出故障，是保证顶管顶进成败的关键。
（4）施工过程中的预防
顶管机被困一般是在地质复杂地段，采用科学合理的操作方法， 提高掘进机司机熟练操作水平，可以避免很多风险。在这里，对施工过程中由于技术人员操作不当而引起的管道上翘、下沉、等人為事故现象不加以讨论。
二、城市供水管道工程顶管施工技术应用
（一）城市主管道采取顶管技术修复势在必行
新疆哈密市市区有部分主干道供水主管线2003年前建设的，部分是2003年供水扩建工程进行改造后的大批地下供水管网，原主管道及其供水范围内的老小区主管线建设年代久远、管道内外腐蚀严重、内壁结垢等，导致过水面积减少影响输配水能力并造成水质污染；有的渗漏超量，破坏了道路、经常发生小区跑水周围的底商进水，影响了市容，增加了运行和维修成本。为此我认为，不影响市区正常交通，不影响市容为目的，有必要对此段管道进行结构性修复来恢复该段管道的功能。并且采用顶管技术对原有管道进行有计划，分批分段更新修复势在必行。降低管道修复费用，提高施工效率和质量，是我们要努力做到的。
（二）工程实例施工方案及工艺选择
还有近几年随着哈密工业化快速发展，大部分新建重工业园区都建设在哈罗公路附近、轻工业园区建设在北出口新哈巴公路两旁，陆陆续续需要急需解决供水问题，为保证园区各矿业正常上产，哈罗公路大车正常运行，无法阻断交通的现状，更是需要通过顶管技术来接通这些企业供水主管道穿越哈罗公路阶段的施工来解决他们的用水困难。
针对哈罗公路重工业园区企业及西隔壁新开发区建设路段的实际情况，认真反复对重工业园区级西隔壁开发区供水工程项目的费用、社会经济效益分析，自来水管道穿越公路施工工艺的选择必需满足以下要求:1)遵守重工业园区管委会和西隔壁社区提出的保证接通自来水的前提下绝不允许破路的强制要求。2）非开挖施工，并减少对交通的影响;3) 尽量采用对环境因素影响小的施工工艺。
通过反复考虑，认真分析研究，经过比较多种非开挖工艺后，决定重工业园区采用DN800钢管内穿DN600PE管顶管技术穿越公路，已解决重工业园区用水紧张的局面。哈罗公路西隔壁新开发片区供水工程也通过反复考虑，认真分析研究后，决定采取使用顶管技术来完成主管道过街部分，也通过内穿400PE管顶管技术及时解决了西戈壁片区的用水困难。主要工艺流程:选择位置开挖样洞→选择工作坑位置并开挖→断管抽水，清扫旧管→管内测量确定穿管方案→顶管施工→管端封口→并网开启该段支管。
具体施工方案是先在铸铁管管线上，间隔200m，挖15m×2m的主坑，5m×2m的辅坑，2个工作坑，顶管机顶PE管，最后将同长铸铁管两端封堵，两端中间设1个检漏孔，用来检验是否泄漏。为防止PE管在顶入过程中下半部磨损，可将薄铁皮包装在PE管上防磨。PE管采用热熔焊，操作方法简便，条形码给出最佳技术参数，接口部位有直观的观察孔，可直接观察焊接情况。管沟内管道的热熔连接同地面上管道的热熔连接方式相同，但必须保证所有连接的管道在连接前必须冷却到土壤的环境温度。
结束语
市政给排水工程将地面工程转为地下工程有效地避免了施工占地的弊端，随着城市发展，加大推广顶管施工技术力度势在必行，可以预见未来的给排水管道新铺与改造都离不开顶管工艺的支撑。
参考文献
[1]杨义湘.城市供水管道工程顶管施工技术初探[J].城市建设理论研究（电子版）， 2013年20期.
[2]黎雄锋.浅谈给排水管道的顶管施工技术应用[J].中小企业管理与科技，2009年33期.
关键词：城市供水管道；顶管；施工技术
一、城市供水管道工程顶管基本原理与施工技术要点
城市供水管网是城市基础设施的重要组成部分，对城市供水管网进行改造的时候，地下管道安装工程遇到穿越公路、铁道、地面建筑物、地下构筑物以及各种地下管线时的传统施工技术对地表破坏性较大，且会影响正常的交通秩序，并且作业面积大，对地面建筑物、地下构筑物都有一定程度的破坏性，遇到这些情况时选择顶管施工技术省时、高效、安全，可以解决上述一系列难题。
（一）顶管施工的基本原理
顶管施工就是借助于主顶油缸以及中继间的顶进力，把工具管或顶管掘进机从工作坑内穿过土层一直顶进到接收坑内吊起。与此同时，把紧随在工具管或掘进机后的管道埋设在两个工作坑之间。在顶管施工中主要有三种工作面平衡理论：气压、土压和泥水平衡理论。
其施工工艺流程如下：测量放线→工作井施工→装配式后背墙安装→导轨安装→主顶千斤顶安装→油泵安装→顶铁安装→进出洞施工及密封→管道顶进→出土。
（二）顶管施工的优缺点
优点：地表施工面积小，由传统的线状缩小为点状，因此对路面破坏不严重，降低了对交通与居民生活环境的干扰；噪音污染也极小，在施工过程中不影响现有管线及构筑物的使用，对交通的干扰小、无需阻断交通，工期比开槽施工短，节约征地拆迁费用等，具有显著的经济效益和社会效益。
缺点： 尽管顶管技术具有很多优点，但在施工的过程中也存在一些缺点，主要有以下几个方面：当曲率半径比较小且多种曲线组合在一起时，顶管施工就很难顺利进行；在施工过程中，如果遇到软土层也极容易发生偏差，一旦发生偏差纠偏比较困难，从而引起管道发生不均匀的沉降；遇到障碍时处理这些障碍较困难；超长距离顶进困难；当遇到5 m以上的大口径时顶进也比较困难；如果覆土浅时经济效益并不高，没有开槽埋管的效果好，工程造价高等。
（三）顶管技术施工要点
1、采用触变泥浆，向管道外壁压入一定量的减阻泥浆，在管道外围形成一个泥浆套，减小管节外壁和土层问的摩阻力，从而减小顶进时的顶力，泥浆套形成的好坏，直接关系到减阻的效果。利用泥浆套的支承作用，减少粉质粘土坍塌，形成的地层流失，以控制地面沉降。对顶管机头尾端的压浆要紧随管道顶进同步压浆，在中继间和中部管节处须跟踪补浆，泥浆的实际用量要比理论用量大得多，一般可达到理论值的4～5倍。通过以上压浆措施，达到预期效果。
2、洞口止水，顶管工程中，为使管子能顺利从工作井内出洞，一般采取工作井预留洞口比管节外径略大些(一般为100mm)的方式，顶进时此间隙需采取有效措施进行封闭，我们采用的洞口止水方法是在沉井制做时，预先在洞口预埋一个10mm厚的钢法兰，在钢法兰上焊接螺栓，安装16mm厚的橡胶法兰，用10mm厚的钢压板压紧，在我们完成的顶管中，未发现地下水和泥砂流入工作井内，同时橡胶法兰和压板可以回收，效果很好。
3、顶管技术要点在于纠正管子在地下延伸的偏差，顶进中须严格按设计线路顶进，可利用削土刀盘上可伸缩的超提刀，结合千斤顶进行纠偏。经常对顶进轴线进行测量，检查顶进轴线是否和设计轴线相吻合。在正常情况下，每顶进l节混凝土管节测量1次，在出洞、纠偏、到达终点前，适当增加测量次数。施工时还要经常对测量控制点进行复测，以保证测量的精确度。通过及时纠偏相邻管间错口< 15％壁厚，竖向偏差控制在30—40mm 以内，水平偏差控制在50mm以内。
4、进出洞是顶管施工中的一道重要工序，因为穿墙后掘进机方向的准确与否将会给以后管道的方向控制和井内管节的拼装工作带来影响。穿墙时，首先要防止井外的泥水大量涌入井内，严防塌方和流沙。如果工程管道位于粉质粘土层较松散，在水位下呈流塑状，则必须在管子顶进方向距离工作井边一定范围，对整个土体进行改良或加固，采用了井点降水措施，以提高这部分土体的强度，防止掘进机出洞时塌方。其次要使管道不偏离轴线，顶进方向要准确。
5、顶管工程预防地下障碍物的方法
（1）做好勘察
施工单位应组织有关人员，对勘察、设计单位所提供的顶管施工沿线的工程地质及水文情况，以及地质勘察报告进行熟悉了解;尤其是对土壤种类、物理力学性质、含石量及其粒径分析、渗透性以及地下水位等的情况进行熟悉掌握。
（2）下管线调查
要对周边地下管线作调查，比如可以运用地下金属管线探测仪做周密探测，基本可查出是否有金属管线一类障碍物；多方位踏勘现场并结合规划设计图纸，查看是否有废弃污水供水等管道和其他较坚硬的地下障碍物等。
（3）设备管理
在施工前要对机械设备做全方位的检查。设备的完好率直接影响施工进度及工程质量，提高顶管掘进机的可靠性、减少关键部件的故障，使在隧道内无法维修和更换的大型部件少出故障，是保证顶管顶进成败的关键。
（4）施工过程中的预防
顶管机被困一般是在地质复杂地段，采用科学合理的操作方法， 提高掘进机司机熟练操作水平，可以避免很多风险。在这里，对施工过程中由于技术人员操作不当而引起的管道上翘、下沉、等人為事故现象不加以讨论。
二、城市供水管道工程顶管施工技术应用
（一）城市主管道采取顶管技术修复势在必行
新疆哈密市市区有部分主干道供水主管线2003年前建设的，部分是2003年供水扩建工程进行改造后的大批地下供水管网，原主管道及其供水范围内的老小区主管线建设年代久远、管道内外腐蚀严重、内壁结垢等，导致过水面积减少影响输配水能力并造成水质污染；有的渗漏超量，破坏了道路、经常发生小区跑水周围的底商进水，影响了市容，增加了运行和维修成本。为此我认为，不影响市区正常交通，不影响市容为目的，有必要对此段管道进行结构性修复来恢复该段管道的功能。并且采用顶管技术对原有管道进行有计划，分批分段更新修复势在必行。降低管道修复费用，提高施工效率和质量，是我们要努力做到的。
（二）工程实例施工方案及工艺选择
还有近几年随着哈密工业化快速发展，大部分新建重工业园区都建设在哈罗公路附近、轻工业园区建设在北出口新哈巴公路两旁，陆陆续续需要急需解决供水问题，为保证园区各矿业正常上产，哈罗公路大车正常运行，无法阻断交通的现状，更是需要通过顶管技术来接通这些企业供水主管道穿越哈罗公路阶段的施工来解决他们的用水困难。
针对哈罗公路重工业园区企业及西隔壁新开发区建设路段的实际情况，认真反复对重工业园区级西隔壁开发区供水工程项目的费用、社会经济效益分析，自来水管道穿越公路施工工艺的选择必需满足以下要求:1)遵守重工业园区管委会和西隔壁社区提出的保证接通自来水的前提下绝不允许破路的强制要求。2）非开挖施工，并减少对交通的影响;3) 尽量采用对环境因素影响小的施工工艺。
通过反复考虑，认真分析研究，经过比较多种非开挖工艺后，决定重工业园区采用DN800钢管内穿DN600PE管顶管技术穿越公路，已解决重工业园区用水紧张的局面。哈罗公路西隔壁新开发片区供水工程也通过反复考虑，认真分析研究后，决定采取使用顶管技术来完成主管道过街部分，也通过内穿400PE管顶管技术及时解决了西戈壁片区的用水困难。主要工艺流程:选择位置开挖样洞→选择工作坑位置并开挖→断管抽水，清扫旧管→管内测量确定穿管方案→顶管施工→管端封口→并网开启该段支管。
具体施工方案是先在铸铁管管线上，间隔200m，挖15m×2m的主坑，5m×2m的辅坑，2个工作坑，顶管机顶PE管，最后将同长铸铁管两端封堵，两端中间设1个检漏孔，用来检验是否泄漏。为防止PE管在顶入过程中下半部磨损，可将薄铁皮包装在PE管上防磨。PE管采用热熔焊，操作方法简便，条形码给出最佳技术参数，接口部位有直观的观察孔，可直接观察焊接情况。管沟内管道的热熔连接同地面上管道的热熔连接方式相同，但必须保证所有连接的管道在连接前必须冷却到土壤的环境温度。
结束语
市政给排水工程将地面工程转为地下工程有效地避免了施工占地的弊端，随着城市发展，加大推广顶管施工技术力度势在必行，可以预见未来的给排水管道新铺与改造都离不开顶管工艺的支撑。
参考文献
[1]杨义湘.城市供水管道工程顶管施工技术初探[J].城市建设理论研究（电子版）， 2013年20期.
[2]黎雄锋.浅谈给排水管道的顶管施工技术应用[J].中小企业管理与科技，2009年33期.