深度探讨顶管施工技术应用进展

2022-09-11

传统的顶管法主要采用人工挖掘顶进, 不能在水下施工, 一次顶进长度小, 大多在20m~30m左右, 其应用受到一定的限制, 过去顶管只被当作穿越铁道、公路、河川等的特殊施工手段, 一般不轻易采用。近几十年来随着施工技术和施工机械的研制和发展, 如各种导向仪、钻进系统、挖掘机械的出现, 中继间的应用, 触变泥浆减阻的使用, 使得长距离顶管、曲线顶管、水下顶管、小口径顶管成为可能, 且足以适应各种土质条件和施工环境, 目前正在开发更先进的技术, 以实现施工完全自动化并减少弃土的产生, 顶管施工已显出了越来越多的优越性, 原本作为特殊施工法的顶管技术现已成为普通施工方法被广泛应用。

1 顶管施工技术的应用与特点

顶管技术之所以得以广泛应用, 在于它具有如下特点。

(1) 不需开槽路面, 施工面由线变点, 占地面积少, 可减少刨路费用约77%, 18m宽公路, 破浇费用需5万元以上, 而顶管只需3~4万元, 明开法每米造价7890元, 顶管每米造价6540元, 每米可节约1350元.上海南市水厂越江顶管工程, 在陆地段由于避免了拆迁, 节约工程费用480万元。

(2) 施工面移入地下, 地面活动不受施工影响, 减少了对交通的干扰。穿越铁路、公路、河流、建筑物等障碍物时可减少沿线的拆迁工作量, 不影响正常通航, 也不需修建围堰和水下作业。

(3) 顶进速度快, 施工周期短, 综合成本低。覆土深度大的情况下比开糟埋管经济。

(4) 施工中噪声影响小, 不影响环境, 不破坏现有的管线和构筑物。

(5) 载力较小但有一定承载力 (>30kpa) 的土层中顶管是可行的, 不必象深埋管那样先进行地基处理。现代技术的发展, 使得浅层顶管已成为可能, 如上海南市水厂过江管道仅在一倍管径覆盖层下顶管圈。

不管是拥挤的城市, 还是在开阔的农村路段的浅层土中, 采用顶管施工都可达到低成本, 破坏少, 周期短。它的优越性主要取决于地质情况, 掘进速度, 竖井位置的可供用性, 劳动成本、掘进深度, 某些地下构筑物和基础的接近程度以及掘进段间机具取出的可行性等因素。根据顶管技术的特点, 顶管法通常适用于下面情况。

(1) 适于非岩性土层, 在岩石层、含水层施工难度大。

(2) 管道穿越铁路、公路、河流或建筑物时。

(3) 街道狭窄、两侧建筑物多时。

(4) 在交通量大的市区街道施工, 管道既不能改线, 又不能断绝交通时。

(5) 现场条件复杂, 与地面工程交叉作业, 相互干扰, 易发生危险时。

(6) 管道扭土较深, 开槽土方盘大, 并需要支撑时。

2 国外顶管技术的发展

国外顶管技术发展较先进的国家主要有美国、日本、英国等。

美国是最早采用顶管技术的国家, 在1922~1947年间, 美国采用顶管法累计完成铺管工程830项, 铺管总长度16800m。五十年代开始长距离顶管, 七十年代出现了小口径顶管, 以1977~1984年下水道敷设看, 短距离、手挖式的一次顶进方法占半数以上, 长距离的顶管施工方法、半盾构方法则逐渐增加。美国1990以前是液压顶管占主导, 随着气动钢管顶打技术出现, 迅速发展并取代液压, 液压顶管己由90年的80%迅速降为94年的40%。

日本于1948年首次引入顶管技术在铁路下铺设管道, 当时顶距只有6m, 主顶采用手摇液压千斤顶, 直到1957年前后才用液压油泵来驱动油缸作为主顶动力, 其后顶管技术发展较快, 主要体现在小口径顶管技术上圆, 七、八十年代下水道敷设中, 直径1000mm~1850mm者大部分是顶管, 直径2000mm的多用衬砌盾构施工法, 顶进施工法从77年到81年稍有增长, 而82年内则为增长, 其施工管道长度占下水道总长度的6.3%, 另外盾构法占2.3%, 而明挖施工法占36%。84年后, 小口径顶管得到快速发展, 主要是由于随着下水道的建设从大城市向中小城市转移, 小口径顶管的需求量增加;微型机械施工法能使原先不可能的小口径顶管进行长距离转弯施工, 且比较经济。施工机具主要分为压入式、水平螺旋钻机、水平钻孔、泥浆加压式施工, 其中前两种使用较多且可修正方向。90代日本super-mini施工法协会开发的适于大、中口径1600mm~3000mm的长距离顶管施工法, 即搜膜顶管法又一次飞跃地提高了顶管一次顶进的最大距离。日本还自行研制开发了闭水性、耐酸性好的钢筋混凝土管、聚乙烯塑料管、铸铁管、增强塑料管等顶管专用规范管材。

英国顶管技术发展也较快, 80年从日本引进泥水平衡式顶管机械与当时西德合作施工的一条内径为2489mm, 长度为3.2公里的管道已获成功, 且曾达到不用中继间最大顶距178m的记录。

3 国内顶管技术的发展

从90年代开始, 顶管技术在中国有了很大发展。81年在穿越甬江的管道工程中, 第一次应用中继间获得成功, 顶进长度达581m, 成为当时继美国依里诺斯州一次顶进585m之后, 世界一次顶进最长的顶管工程圈。甬江顶管在管道顶进长度, 管道顶进方向控制以及施工机械化, 自动化程度等各个方面都创造了国内顶管施工新记录, 标志着我国长距离顶管技术已逐渐成熟, 上海过黄浦江的给水管, 煤气管均陆续采用长距离项管, 此后我国的北京, 上海, 南京等地先后开始引进国外先进的机械式顶管设备, 使我国的顶管技术上了一个新台阶。

国内在85年引进日本的DN800mm遥控顶管掘进机, 在消化吸收基础上, 研制成功了DN1000mm的泥水土压平衡遥控掘进机, 8 8年上海研制成功我国第一台DN2720mm多刀盘土压平衡掘进机。从此我国的混凝土顶管采用的泥水平衡工具管, 土压平衡工具管先后研制成功, 并得到广泛应用。89年在上海市一期合流污水工程施工中采用引进德国的大口径混凝土顶管技术, 从此, 大口径混凝土顶管也得到了较大的发展。

90年代我国的顶管技术已处于世界先进水平。92年上海研制成功国内第一台加泥式φ1440mm土压平衡掘进机, 在奉贤排污工程中, 直径DN1600mm钢筋混

凝土管一次顶进1511m, 创单向一次顶进混凝土管的世界记录。96年底又设计成功可调换止水带的中继间在上海黄浦江上游引水工程中, 将内径3500mm的钢管, 单向一次顶进1743m, 再创世界之最, 该工程地面用微机监控, 采用无线电通讯手段传达到地下, 可随时调整其偏差, 减轻人工负担且确保施工精度, 目前我国顶管工程的顶管直径之大、顶进长度之长均属世界领先水平, 已具备一次顶进3000m管道的能力。

顶管技术显著的优越性使它得到了广泛的应用, 在给排水工程、煤气热力工程、通线电缆工程和发电厂循环水冷却系统中采用顶管施工法的愈来愈多, 从经济效益和社会效益、环境效益, 及三者综合比较来看, 顶管施工明显具有实际的可用性。

摘要：非开挖施工是某些地区管线铺设时所必须采取的方式, 顶管法是非开挖施工方法中最重要的一种方法, 笔者在工作之余, 参考大量相关文献, 研究了顶管施工方法的应用特点和国内外发展概况, 研究了顶管施工技术在国内的应用可行性, 相信对从事相关工作的领导和同行有着一定的参考和借鉴价值。

关键词：顶管施工,非开挖施工,发展,应用