1、非开挖技术中机掘顶管法的认识和应用探讨摘要：本文简单介绍了非开挖技术和顶管法的概念，及其优势和应用范围，并就机掘顶管法的具体应用和施工要点进行了分析和探讨。 关键词：非开挖技术；顶管法；应用；要点 Abstract: This paper introduces the concept of trench less technology and pipe jacking method, and the advantages and the application scope, application and key points of construction dig pipe jacking
2、method on the machine are analyzed and discussed. Key words: trench less technology; pipe jacking method; application; points 中图分类号：TU74 文献标识码：文章编号： 一、非开挖技术概述 1、概念 非开挖技术是指在地表不开挖的情况下，利用岩土钻掘手段铺设、修复和更换地下管线的施工技术。通常采用铺设管线施工技术包括：水平定向钻进法、夯管锤法、推挤顶进法、微型隧道法和顶管法等。 非开挖技术在排水工程中有铺设新管线和修复置换旧管线二方面的应用。 2、优势 与开挖施工技术相
3、比，其主要优势是： 2.1 不阻断交通，不破坏绿地、植被，可以避免对居民正常生活的干扰。 2.2 在开挖施工无法进行或不允许的场合，如河流、湖泊、交通干线、重要建筑物等，可选择工程量最小的地点，用非开挖技术从其下方穿越铺设管线。 2.3 可高精度地控制管线的铺设方向、埋深，绕过地下障碍 （如巨石和地下构筑物） 。 2.4 有较好的经济、社会效益。在可比条件相同时，非开挖技术的综合经济效益和社会效益均低于开挖施工，管径越大、埋深越大越明显。 二、顶管法 1、概念 隧道或地下管道穿越铁路、道路、河流或建筑物等各种障碍物时采用的一种暗挖式施工方法。在施工时，通过传力顶铁和导向轨道，用支承于基坑后座上
4、的液压千斤顶将管压入土层中，同时挖除并运走管正面的泥土。当第一节管全部顶入土层后，接着将第二节管接在后面继续顶进，这样将一节节管子顶入，作好接口，建成涵管。顶管法特别适于修建穿过已成建筑物、交通线下面的涵管或河流、湖泊。顶管按挖土方式的不同分为机械开挖顶进、挤压顶进、水力机械开挖和人工开挖顶进等。本文着重介绍机械开挖顶进法，又称机掘法顶管。 2、施工范围 一般在城市中心区域、商业繁华街道、文物古迹遗址等特殊地段，不能进行空中架线、开槽埋管来实施作业施工，管径 8006000mm 的地下埋管工程可使用顶管法施工。或在敷设城市污水管道直径大于 5m 时，现场无法采用明沟开挖埋管施工而管道沿线又无其
5、它建筑物基础时，也可使用顶管法施工作业。 3、工作原理 所谓机掘法顶管，即采用掘进机代替人工挖土进行顶管铺设。由于掘进、运土、管道顶进等全部工作都实现了机械化和自动化，所以施工效率、施工质量和施工安全都得以大大提高。其具体的施工工艺原理是：机掘法顶管采用专门的机械化掘进机头破碎管前岩土，取得进尺。机头破碎岩土的轴向压力由位于主顶工作坑内的液压顶进油缸产生，并通过管道传递，所以在进尺的同时，后续管道也就顶了进来。掘进时，破碎下来的弃土使用管道或传送带输送出去。掘进机钻孔施工时，掘进面、刀盘和壳体储泥仓可构成一个相对密闭的空间，因而常应用压力平衡原理对掘进面进行稳定。目前，常用的压力平衡原理有泥水
6、式、土压式和气压式，而前两者使用最多。 三、机掘法顶管具体应用分析 3.1 工作坑的开挖 机掘法顶管也需要开挖两个工作坑。其中，主顶工作坑主要用于安装管道和顶进油缸；终点工作坑主要用于接受工具管和连接前方管道，故又被称为接受坑或接管坑。主顶工作坑尺寸较大，且坑壁、后壁要作为顶管后靠墙，所以一般都需要采用特殊的支护和加固措施。坑底作为导轨的安装基础，一般也需要作混凝土承台浇筑处理。坑口作为下管和提土的通道，需要安装起重设备（如塔架、卷扬机等） ，成为施工中的操作平台。工作坑内应干燥无水，如果当地地下水位高，工作坑开挖前就必须降水。 3.2 设备的安装 顶进设备由一台高压油泵和两台 200500t
7、 千斤顶组成，千斤顶安在后背梁与管节之间，管节后端和千斤顶之间有专用钢护圈及麻辨或橡胶垫对混凝土管端保护，管外壁涂石蜡做润滑剂，减少顶进摩阻力，千斤顶通过传力柱将管节顶入路基。 3.3、进洞问题 掘进机头在接受坑进洞，是一项关键工序。进洞时必须确保地下水和泥土不涌人坑内，造成地面塌陷。 3.4、顶进问题 设备安装后经试运转无异常即可掏土顶进，掏土视土质及管顶上部覆土厚度而掌握进尺深度，土质较密而且覆土较厚，有利于形成卸力拱，可以适当多挖，土质松散或覆土厚度较小，则要少挖，勤挖勤顶，挖土直径不可超过管节的外径。 挖土及运土的工具根据管径的大小而定，内径在 8801500mm 的制做专用小车，内径
8、在 1500mm 以上的可用双轮小车直接出土，土的垂直运输可用吊车或电动葫芦。 顶进过程要时刻测量，每一顶程过后，要对管的高程及左右偏差测量一次，发现问题及时纠偏，纠正左右偏及抬头扎头的措施，可以在管的前端设一斜撑支于管前的土壁上，结合一侧超挖土方，随顶随纠偏。前两节的衔接处，用钢板焊制的钢胀圈加固，做为防止偏差的一项措施。3.5、出洞问题 掘进机头的出洞，直接关系到顶管施工的轨迹精度，故施工中应反复检查和调整。另外，机掘法顶管可在地下水位之下进行，一般不需降低地下水位，所以，机头出洞还必须确保坑壁洞口密封圈的密封，严格防止地下水和坑外泥土进入工作坑，造成坑外地面沉降。 四、施工要点 1、管接
9、头密封 顶管法施工决定了任何管线段都要承受巨大的推顶力。最大顶进荷载与混凝土实际局部应力相关，与管接头偏角也有关联，而不能基于管子全断面面积上的应力作计算。密封材料承受多次循环荷载以后的性能，与第一次受载的性能完全不同。这一特点也应考虑在内。 管子钢圈接头套管，管端常规定要作二级密封。在顶进时，喇叭状的管端将二级密封压缩，如果钢圈锈蚀而一级密封的压缩力丧失时，由二级密封起密封作用。法兰式的密封圈用于管子离开或进入井筒，以保证管与井壁之间的密封。可按地质条件确定用何种合成橡胶制成，还需要另一些密封件用于盾构的盾尾和中间顶进站。不使水进入的防护方法可以最后用缠麻线、灌浆以及缠麻线加灌浆等不同方法。
10、另外，还要为管道曲线段专门设计端接头与密封件。 2、顶进时的阻力与应力集中现象 顶管法施工中，管道、隧道机具、地层三者之间的相互关系，相互影响。隧道机具主要是主顶进千斤顶、中间顶进千斤顶、加上作业面掘进机械或者盾构。千斤顶的顶进力由管道顶进时需克服的顶进阻力来确定。此外，顶管阻力又与掘进方法、洞孔超挖量、推顶的精确性、洞孔是否用泥浆支护与润滑等因素有关。由于管子制造误差、管线水平面内纠偏、垂直面内纠编、管线经曲线段等缘由，顶进中的管子不可避免地有小角度的偏差。这样，就出现了应力发生在一侧，出现应力集中现象。管子破坏几乎总是发生在管接头处，局部压碎或剥落。因为混凝土管接头的剥落会发生在管子外侧，
11、完工的实际管线也就不能检测出来。但如果混凝土管中的钢筋暴露，或者接头密封元件破坏，就会造成长期难以解决的问题。如果由于地层条件改变或者由于别的因素，顶管时顶偏了，通常做法是逐步减小管接头部的偏角，使之逐步回位。尤其重要的是要在开始顶进时仔细检查管子的对中情况。由于种种原因，良好的控制常常是顶推管道前进最困难的。因为顶推长度不断增长，如果不用中间千斤顶，管道受的力会很大。仔细检查实际的对中情况，合理决定是否需要与何时设置中间千斤顶，用负荷传感器或千斤顶上校准好的压力表准确测量顶推力。 3、触变泥浆减阻 触变泥浆是减少顶进阻力、提高顶进速度的重要一环，减阻泥浆采用膨润土配制而成。膨润土一般要求胶质
12、价在 80 以上。膨润土进场后，先测定其胶质价，根据胶质价确定配合比。膨润土泥浆的拌和时间一般为 10 至 20 分钟。泥浆制备后，须静置 24 小时可以使用，使其充分吸水，膨润成胶体，使用比重计测其比重，掌握在 1.15g/cm3 为宜。在每节混凝土管道的尾部设置有触变泥浆注浆孔，顶进施工的同步注入触变泥浆，以形成原始浆套；在每节混凝土管均有三个注浆孔，顶进过程中，通过注浆孔持续补浆。注浆使用挤压式注浆泵，注浆口压力控制在0.130.22 MPa。视储浆池内触变泥浆下降的速度及顶镐压力表读数调节注浆压力。 五、结束语 随着国民经济的发展，城市化和城镇化的推进，对城市给排水工程等的施工也提出了更高的要求。非开挖技术，尤其是顶管法，越来越受到人们的重视。但，相比国外，我们的技术还存在一定的差距，因此，在工程实践中不断地总结创新具有重要意义。
