西安管道修复公司:几种顶管施工方法的比较

西安管道修复公司：几种顶管施工方法的比较及应用
前言

目前，非开挖铺管施工的分类方法很多。按成孔时对周围岩土的影响，非开挖方法可分为：挤土法、部分挤土法和非挤土法。其中的挤土成孔铺管又包括静压挤土法（小口径顶管法）、振动挤土法、冲击器挤土法（冲击矛和夯管锤）和滚压挤土法等。按非开挖工艺和设备分类有夯管锤法、气动矛法、振动冲抓法、顶管法、跟管法以及热钻法等多种。在目前常用的10余种非开挖铺管方法中，根据设备、施工环境、施工地质条件以及目标管线种类不同，每种方法都有其适应性。这里重点讨论水平孔顶管施工方法。

1、顶管法
1、1顶管法简介
顶管施工主要应用于Ⅲ级以下土层。在顶管施工中，通常采用大吨位的顶管机直接顶入管道或边排土边顶入，为了减小阻力，第一节管的前端一般制成楔形，对于大直径的管道施工时，人可直接进入前部进行排土作业，楔形面处于上部，有利于防止地层坍塌，保护作业人员安全。如图1所示。排土作业时，根据土层的稳定程度，可以进行一定程度的超挖，以减小顶入阻力和加快顶管速度。对于小直径顶管，可以采用螺旋钻、水力等方法辅助排土。该方法铺管精度较难控制，特别是管道较重时问题尤为突出。
1、2顶管法分类及比较
根据顶进时的工艺方法，传统的顶管法可以分为以下几种：
(1)静压式顶管，即单纯利用给进油缸顶推及后拉套管；
(2)水力冲刺静压式顶管，即采用高压水力冲刺破土，油缸顶推套管，管外少量排渣；
(3)回转式顶管，即钻头切削土层，套管同步跟进，管内排渣，它可分给水钻进和无水钻进两种，又可分套管回转和不回转两种。静压式顶管工法最为简单，设备要求具有一定的顶推力和拔力即可。静压式顶管一般顶进深度为50m～70m，还可以进行多级顶管。其顶管力计算公式为：
式中：F——顶管阻力（kN）；T0——顶管端部起始阻力（kN)；D——顶管外径（m）；q——管周边均布荷载（KPa）；μ——管与土层之间摩擦系数；c——管与土层之间的粘着力（kPa)；L——顶管长度（m)；从上式可以看出：顶管直径和顶管长度越大，顶管阻力越大；水平管埋设越深，顶管阻力越大。此外，在工程实践中发现顶管速度与顶管阻力之间也存在有正比关系。若取静压式顶管管径127mm，深20m，顶管长度20m，顶管阻力达720KN。
可见由于静压式顶管不排渣，对土层产生挤密压实作用，顶管的阻力较大。

水力冲刺静压式顶管施工，即钻头部位给高压水冲削土层，油缸给进推力顶进套管，水力冲削的土屑一部份从管外流入井内，套管内保持干净。水力冲刺静压式顶管施工设备相对静压式顶管较为复杂。关键是钻头的加工及水力给与问题。钻头应大于套管，起扩孔和封堵冲削下来的土层进入套管。钻头的前端装有给水喷头,喷头四周均布有3mm～ 4mm、8～10个向心角为30°～45°的喷嘴，高压水泵将水通过钻杆，由喷嘴射入土中，高压水压力一般为0.5Mpa～3.0Mpa。高压水具有两个作用：

(1)冲削土层，对土层起着暂时的扰动和液化，以减少阻力；

(2)高压水能带动管周的尾砂流动，起排渣降阻作用。水量、水压应根据顶进的深度而进行调节。一般0m～5m以内水压为0.5Mpa；5m～15m以内水压为1.0Mpa～2.0Mpa；15m以上水压为2.0Mpa～3.0Mpa。水量大约为25l/min～100l/min。回转式顶管工作原理与跟管钻进方法有许多相似之处，设备一般包括掘进机工作头、控制系统、泥水输出系统、后方顶进系统等。被顶推的管道接在掘进机工作头后，顶进系统一般为一套4～6只成规律布置的液压千斤顶，需设置反力墙。其适用管径为 250～ 3000ｍｍ。该工法具有以下特点：

(1)顶管机前端部分采用条幅刀盘进行偏心回转，从而能破碎岩石，因而能在粘土、淤泥、砾石等地层施工；

(2)顶管机具有纠偏功能，操作员通过定位系统来预测顶管机偏离顶进计划线的偏差值，从而进行方向修正。偏差在30ｍｍ以内；

(3)一次顶进距离可达100ｍ以上，顶进速度为70～200ｍｍ/ｍiｎ。

在顶管施工技术中顶力是选用施工工法，确定后背墙加固方案和确定施工进度的重要依据。根据施工实践，静压式顶管阻力最大，需要的顶力最大，水力静压式次之，回转式最小。但回转式工法对机具要求最高，静压式顶管对机具的要求最简单。因此，在选择顶管施工时，应根据顶进需要的顶力和设备能力来选择合适工法。
2、工程应用
为降低某灰坝灰场内的地下水对初期土坝的影响，在距初期坝93米处平行布置四口内径3m、间距60m的辐射井，井间铺设Φ127导流钢管相连，进行辐射井对接。工程采用顶管施工方法。开始采取静压式顶管，但导流钢管大量

挤土，排渣困难，管径摩阻力大，施工困难。因此改用水力冲刺静压式顶管施工，但水力冲蚀导致施工地层“涌灰”严重。最后采取钻机和顶管机结合作业的施工方法，完成对接井施工。
2、1顶管工艺方法及工序
（1）进行初次顶管，按照设计图纸及现场平面布置图，在一号井内测定开孔位置后用空压机开孔；测定顶管机的安装位置和走向，安装、固定顶管机；将顶管就位。尤其要注意第一节管作为工具管，其顶进方向与高程准确与否是保证整段顶管质量的关键；顶进时控制压力在8－12MPa。顶进困难时，回抽一段顶管后再顶进，施工时需反复多次顶进25～35m。
（2）换用钻机以低于40r/min的转速均匀钻进，钻进25～35m。压力控制在7～8 MPa 。钻进过程中应保证均匀给进。一旦进尺缓慢，可能导致钻孔偏斜。
（3）吊起钻机，将顶管机下到工作井定位后，顺着钻杆进行顶进，以到达二号井。在二号井内通过变径接头将需铺设的Φ127导流管连接在顶管后，缓慢回拖完成导流管铺设。
2、2注意事项
在实际施工中应注意，顶进时，为防止“涌灰”，采用一块钢板固定在井壁上。钢板中央开孔保证顶管穿过；遇到地下水时，可以选择适当提高开孔位置，以避开地下水位。由于辐射井水平孔施工阻力大，套管顶进后需反拔出来，套管系采用丝扣方式连接,而丝扣部位的抗扭、抗压、抗拉强度相对要小得多。因此，顶管施工的管材需根据施工的最大顶推力和反拔力来选择，管材选择包括:材质、管径、壁厚、丝扣类型、规格和尺寸。实际施工中选择了厚壁的优质地质钢管。
3、结束语
陕西顶管施工是非开挖施工中的一种重要工法。各种顶管施工方法各有其优缺点，在实际施工中，应结合工程实际，选取合适的顶管施工方法。在同一工程中，也可以根据施工地层的变化特点选取不同的顶管施工方法。