顶管穿越公路的施工法简介

　　本文主要结合《吴起-延炼输油管道工程》中多处公路穿越来介绍采用顶管施工的简易方法，此方法已大量运用于现场施工，并获得了较好的效果。

　　《吴起-延炼输油管道工程》 设计的输油干线管道起自石百万输油首站，止于延炼输油末站，线路长度272.49km。全线共穿越公路28次，穿越长度范围为10～40m。设计考虑到多数公路交通繁忙不能中断，路面等级较高尽可能不破坏路面为原则，公路穿越设计为顶管穿越，保护套管采用钢筋混凝土套管，套管内径为0.8~1 m，套管自带保护钢管环。

　　全线28处公路穿越因长度均在40m内，且穿越处地质均为黄土状土，所以施工时全部采用在公路一侧人工挖土掘进顶进钢筋混凝土套管的方法。现就具体施工法详述如下：

　　1 施工方法简介

　　1)公路顶管穿越法： 在穿越处测量放线，选择一侧平整一块场地开挖工作坑，另一侧为接收坑。将液压设备安装就位，安装铁轨，吊装混凝土管，利用液压千斤顶顶推套管，每顶进一定行程，退回顶缸，操作人员进入套管内挖土外运，然后加入顶铁或套管继续顶进，循环作业，直至套管顶至对面接收坑，然后拆除设备，清洁管内余土，进行其他施工。

　　2)顶管穿越施工机具设备：主要包括吊装机械1台、吊带2付、铁轨2付、千斤顶、液压设备一套、顶铁、顶管1套、矿灯6个、挖土设备(主要指铁锹及运土车)及1立方米木料等。

　　3)施工工艺流程图：施工准备-测量放线-开挖基坑—平整夯实—浇筑混凝土垫层—引测轴线—安装导轨—吊管并安装管节—检测—顶进—检测控制-顶进退程-加顶铁-管内运土-弃渣土提升。

　　2 施工工艺的一般要求

　　1)依据设计院所提交的公路两侧的控制点。在拟定工作坑的前后订立两个中轴控制桩，使前后两桩通视。并与拟建的管道在一条直线上，然后依据中线控制桩定出工作坑与接收坑的开挖边界。

　　2)工作坑和接收坑开挖：采用人工或机械开挖，基坑挖好后,平整、夯实，使坑底土质均匀，并在工作坑四角测设四个水准控制点，然后浇筑混凝土垫层。

　　3)设立顶管中线桩：至经纬仪于中线控制桩上，将中线引测至坑壁，并打入木桩，作为顶进时校正套管的中控线桩。另在工作坑内临时设置两个水准点，来控制套管能按设计高程和坡度顶进。

　　4)导轨、千斤顶安装：导轨为钢制的整体性导轨，安装在混凝土垫层上，导轨的两主轨必须顺直、平行、且等高,其纵坡应与管线纵坡一致, 两导轨 间的距离以管中心至两钢轨的圆心角在70- 90之间为宜。千斤顶应固定在支架上，并与管道中心的垂线对称，顶点位置，应在管子1/4~1/5处。

　　5)吊管：套管为钢筋混凝土套管(企口)，采用吊装机吊装，在吊装地面10cm左右时，应检查套管的捆扎是否牢固，机械的制动性能是否完好，确认安全后方可起吊，下管时坑内严禁站人，当套管距导轨小于50cm时，操作人员方可进入坑内工作，套管搁置在导轨上时，技术人员、质量员、安全员应检测中线和标高、坡度及各项工作无误时方可施工。

　　6)顶进：套管顶进包括挖土、顶进、测量、纠偏等工序。顶进要缓慢循序渐进，施工员要随时掌握导轨上的中心线、坡度和高程。如有偏差应立即停止顶进，待校正后方可继续顶进。套管进入土层后，削土人员自上而下分层开挖，管下部135°范围内不得超挖。管顶上部超量不得大于1.5cm，管前不得超过套管50cm，所挖土方应及时运出管外。顶进时，应防止套管转动，临时停止顶进时，应将套管头的喇叭口全部切入土层。管道的顶进应连续作业。如套管前方遇到障碍或后支座变形严重和顶铁发生扭曲现象，管位偏差超出规定范围较大且校正无效等，应暂停顶进，并应及时处理。套管顶进接收坑后套管和管端下部应设枕垫或浇筑混凝土。套管两端露在工作坑的长度应大于50cm。

　　3 技术、安全措施：

　　1)开工前，首先对所有参加施工的职工进行全面教育，对各班组进行全面的技术交底，使职工真正懂得工艺流程和了解各项机械的操作规程、操作方法。其次，对所用施工设备进行全面检查，确无故障方可使用。最后，对各班组进行安全生产交底，并落实安全责任到每位职工，提高职工的安全生产意识，严格按照操作规程进行，每处设专职安全员1人，施工中时刻检查每道工序。

　　2)该项工程均在公路两侧施工，施工时在距顶管轴线两侧各50m范围内设立安全标牌，划出安全警戒线。

　　3)公路两侧开挖顶管工作坑，依据土质情况进行放坡，必要时做支撑，使工作坑应具有足够的安全度。坑底长为6m，宽为5.5m，深度依据设计管线标高来定，挖出的土方堆积点必须距坑壁在3m以外，并离开路肩3m以外，套管管顶上部的覆土层厚度依据设计确定，但必须做到距公路顶面路面以下不小于1.2m，距公路边沟底面以下不小于1m。工作坑外应设有防止雨水浸入的挡水墙。

　　4)工作坑内千斤顶后支座处后背墙具体要求如下:①背墙表而要平直、平整，且垂直于顶进管道的轴线，以避免产生偏心受压。②在背墙要采取相应的支撑措施，如紧贴土壁加道术和垫板，以承受较大的后座力，避免因背墙不平或强度不足而发生倾斜现象。③背墙垫板要有足够的刚度，当受到千斤顶的反作用力时，应当压缩变形小，当反作用力取消时，应能基木恢复原位，以充分发挥千斤顶的有效冲程。④背墙垫板要有足够的强度，在顶进中能承受液压千斤顶的最人反作用力而不破坏。

　　5)吊装套管时，严禁在起重机械臂下及回转半径内停留，严禁在工作坑内站人。

　　6)千斤顶的顶力位置应在顶管的管底以上，顶管的直径1/4～1/5处，顶铁与顶管端面之间采用塑性材料垫层，纵向顶铁中心线必须与顶管中心线平行，与横向顶铁垂直相接。管道顶进过程中，顶铁两侧不得停留人员，但应对管道中心线和标高，随时用经纬仪和水准仪检测，发现有偏差应随时进行校正，采用挖土校正法或强制校正法校正偏差。顶进时，如发生障碍无法顶进时，应立即停止顶进，查明原因处理后方可继续进行。

　　7)测量和纠偏：测量工作应及时、准确以保证管节正确的就位于设计的管道轴线上。当第一根管就位于导轨上后，及时进行检测，符合要求后进行顶进。开始阶段管道每顶进30cm，必须测量一次，进入正常顶进作业后，每顶进100cm测量不少于一次，每次测量以测量管子的前端位置为准。如发现偏差且偏差小于20mm时，应在施工中采用在不同部位增减挖土量逐渐纠正。如偏差过大可采用圆木或方木顶在管子偏离中心一侧管壁上，另一端装在垫有木板的管前土壤上，支架稳固后，利于千斤顶给管子施力，使管子达到校正。

　　8)人工在管内挖土掘进时，要坚持“先挖后顶，随挖随顶”的施工原则。挖土掘进不得从下往上削土，每掘进一次不得大于50mm，顶管外壁周边必须紧贴土面，不得有空隙。管内土方应随挖随运，保证管内空气流通。管内挖土运土人员必须配藏矿灯及安全防护用具。

　　9)套管与套管之间的连接应严密，采用的外钢板套管长200mm，钢板套管外径和套管外径相同。在钢筋混凝土管顶进行施工中，混凝土管的接口采用柔性企口连接，当管节未进入土层前，接口外侧垫以沥青油麻丝。管口外侧留20mm空隙，顶进后管节的孔隙应为10-15mm。钢筋混凝土管节表面应光洁、平整、无沙眼、气泡。顶管结束后，管节接口的内侧间隙应采用石棉水泥密封、填平。

　　4 顶管的技术特点

　　顶管技术是一种铺设管道的施工手段，采用顶管施工法铺设管道具有如下的优势：

　　(1)顶管施工是顶管铺管技术的一种，不开挖地面，能穿越公路、铁路、水渠，甚至能在建筑物底下穿过，是一种能安全有效地进行环境保护的施工方法。

　　(2)顶管施工不开挖地面，铺设管道的上部土层未经扰动，管道的管节端不易产生段差变形，其管寿命亦大于开挖法埋管。

　　(3)顶管机械的性能越来越适应各种土质，顶管施工范围在逐渐扩大，顶管特别适用中小型管径管道的非开挖铺设。

　　5 顶管施工应注意的主要事项

　　1)工程地质和水文地质条件：沿管线土层变化频繁，所以在顶管施工前必须了解土层的变化情况：此外对于要经过回填土地段，需要提前加固处理，以防顶管施工后地表有过大的下沉。

　　2)有毒气体的检测与防护：顶管施工的地层一般会通过淤泥层，腐烂动、植物体会在地下形成有毒气体聚集体，危害施工人员的健康和生命，所以有人员在顶管内操作的情况下，需要定时监测管内有毒气体含量，采用通风装置予以解决。

　　6 结论

　　在工程建设施工中，管道穿越道路的情况时有发生。采取高效、优质的施工方法为降低工程施工成本，是工程建设的一项基本原则。通过施工实践表明，采用顶管法进行管道穿越公路的施工法是可行有效的，一方面切实能做到保护环境，另一方面施工时不中断公路交通、不破坏路面，而且施工用时少于开挖公路埋管用时，能够保证工期且节省投资。我们可以预见随着顶管施工技术的发展，施工设备不断改进。未来的管线铺设技术将以顶管工艺为支撑，顶管技术必定会在相关行业拓展应用，加大推广顶管施工技术力度不但必要而且势在必行。