[推荐]：转贴：顶管施工技术与玻璃钢夹砂管顶管工程技术总结

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广州地区顶管施工技术可行性分析

安关峰①  黄仕元②  刘学山③

前言    顶管的技术特点    广州地区地质特点    广州地区管网特点    顶管施工应注意的问题

中国地质大学工程学院，430074；广州市政集团，510060 ②日本ISEKI海外部 ③广州市建设科学技术委员会办公宝510030)

摘要：该文详尽分析了目前顶管技术特点、发展趋势、广州地区地质特点、管网系统特点， 认为目前在广州地区进行大规模管网施工的情况下，为了达到最小破坏和最大保护环境目的，采用顶管施工势在必行。另外，本文还提出了顶管施工中值得注意的问题。

关键词：顶管，管网，施工

安关峰 中国地质大学工程学院，广州市政策团 博士后 主要从事岩土工程施工、数值访真和城市情息化研究工作

An Guanfeng，Engineering School，china university of Geosciences，GuangZhou Municipal Engineering GrouP

ABSTRACT：The analysis has been made of the technical characteristic and developing trend of pipe-jacking andthe engineering geological conditions and the principles of PiPe lines distribution here．On the above base，thepipe-Jacking construction must be developed quickly and widely in order to protect the envirronment at most and spoil it at least in front of pipe lines construction in great scale．In addition，the Probems which are worthy ofbeing Paid attention to are proposed in the paper．Keywords：Pipe-jacking，pipe line net，construction

1．前言

    我们生活在一个日新月异，科学技术高度发达、又紧张忙乱的都市生活方式的世界上。人们比以往更多地渴望在都市的良好环境下得到休息，更多地满足与协调他们的需求。当今时代我们城市现存的许多设施不能满足发展的需要。需要提供更好的污水处理系统，自来水、煤气、电力和通讯设施尤其需要工程技术人员安全的安装管道并且使城市的破坏减至最小，非开控技术将完全能解决这些难题，提供安全及经济的施工方法。非开挖技术在不稳定及饱和土层中以最小的破坏和最大的保护环境等方面解决了城市施工中的难题，并在应付最恶劣的地下土壤条件中有丰富的经验，任何地方都能提供最经济、准确、支全、快速而可靠的解决问题的方法。非开挖技术的出现为创建都市的安宁环境造就了勃勃生机。

    非开挖技术是近几年才开始频繁使用的一个术语，它涉及的是利用少开挖和不开挖技术来进行地卜管线的铺设或更换的知识、工艺和应用。而顶管技术是非开挖技术重要的组成部分。由于该技术适用范围较广，但在广州地区应用甚少。故本文着重讨论这一技术。（跳转至卷首）

2．顶管的技术特点

    这种技术具有许多优势，但如今我们所了解的仅是其中的一小部分，其潜力是无法预测的，设备的施工能力和应用在不断发展。顶管技术在经济、生态和环境上又有许多优点，但仍有许多待人们认识，这正是为什么必须使用顶管方法来进行地下管线施工的原因。

    与其它技术相比，顶管技术起步较晚。但是值得注意的是在最近20多年中，顶管施工技术无论在理论上，还是在施工工艺方面，都有了突飞猛进的发展。

    顶管技术是极为更要的一种都市铺设管道的施工手段，采用顶管施工法铺设管道具有如下得天独厚的优势：

（1）顶管施工是顶管铺管技术的一种，其在国外已广泛使用，在国内也己逐渐普及。于不开挖地面，所以能穿越公路、铁路、河流，其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，堪称为环境保护施工时的环境保护。

（2）顶管施工不开挖地面，故而被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）采用房下顶管施工法能节约一大笔征地拆迁费用，减少动迁用房，缩短管线长度， 有很大的经济效益。

（4）顶管工艺不仅仅用于管线铺设，它还具有灵活的排管施工方式。更为重要的是顶 管施工作为一种工艺，它不仅仅铺设管线，它在管棚施工方面也具有优势。管棚施工是指在地下构筑物施工前，先利用密排的钢管作成各种断面形状的管棚，对地面建筑物在施工过程中起到保护作用或者是为了达到某种特殊要求而采取的一种辅助施工措施。下图是采用顶管施工的常用各种横断面的管棚[1]



（5）顶管施工范围的扩大，顶管机械的性能越来越适应各种土质。顶管特别适用中小型管径管道的非开挖铺设。与其它非开挖设备相比，其具有独特的优点，参见表l。

表1 顶管与其它非开挖技术的对照表

比较项目
气动矛
水平定向钻
机械顶管
盾构施工

管材
钢管
钢管、PVC管、PE管
钢管、钢筋混凝土管、复合管、PE管、陶管
盾构管片

管径
50—300mm
50—600mm
200—3000mm
3000mm以上

一次施工距离
20—40m
一般100m左右，特大型1km左右
管径＜800mm；130m左右，管径≥800mm；1km以上
500m以上

适用土质
软土，在混合层中困难
一般土，在砂砾，岩层中困难
粘土，砂砾至岩层全土质均可
软土为主

平衡地下水
不能
困难
好(且不用井点降水)
能

控制地面沉隆
不能
不能
好(顶进面有压力管理)
能(需有相当的深度)

机械原理
采用压缩空气、冲击型
先钻进，后扩孔回拖
前面刀盘切削土体，后方顶进
前面刀盘切削土体，顶进机头后设置管片

施工速度(同土质比)
500mm—2m／min
2m—5m/min
70mm—200mm／min
10mm—50 mm／min

施工精度
施工中无诱导
地面方向有诱导
激光定位，机头纠偏 (绝对偏差；上下±50mm，左右±30mm以内)
机内测量

曲线施工
不能
用钻管前方导向板
任意曲线，曲率半径可小于50m
任意曲线

占地面积
小
较小
管线两头需分别设置工作井和到达井
大

穿越对象
穿一般通路
穿路，过河(须设置管内导向)
穿路、过河、市区房下顶管
过河、市区穿越

用途
电缆、通信、煤气、自来水支管
电缆、通信、天然气、自来水管
所有管线，包括重力流的下水、污水，雨水管线
地下铁道、隧道

设备价格
10一40万元
100一300万元
约100万元以上
约500万以上


    顶管发展新方向是更新旧管道技术，例如由于人口量的增加，原有的河水管道需要在原来位置的基础上进行扩径，而且不能影响正常的居民排污，这时需要采用更新旧管道技术。另外，在顶管机前方安设探查前方管线或障碍物的探查仪，使得顶进施工时可提前采取防范措施。（跳转至卷首）

3．广州地区地质特点

    尽管顶管机械性能超凡，技术先进。但是在采用该施工技术进行施工时，首要做的事情是深刻了解广州土质特点。针对土质选用合适的机械。广州地区地质条件复杂，主要原因是地层比较多，在管线线路上地层经常发生变化，这无疑增大了顶管施工的难度并常常使技术人员措手不及。针对地层变化的情况，首先归纳总结出广州地区第四系地层的特点(表2)，然后选择适应多种土质的顶管设备。

表2广州地区第四系地层一览表

厚度
土层描述

1—4m
河流相沉积

中粗砂，粉细沙，局部含少量淤泥

1—16m
广州南部为三角洲相沉积

七层主要为淤泥，下部为含砂淤泥，局部夹含淤泥细沙，产腐木，贝壳，蚝壳等，淤泥含水量最大。

广州北部为河流相沉积

土层为从灰黑色粘土，亚粘土，局部夹薄细砂层，含腐木。

4—18m
河流相沉积

土层为粉砂，细砂，中砂，棚砂，砾秒，局部底部为砾石层，上部分有淤泥。

风化粘土沉积

土层为红黄、红白、黄白等杂色粘土，粉质粘土，底部含砂砾。

4—18m
三角洲相沉积

土层为淤泥、淤泥质粘土、下部含砂产腐木

河流相沉积

土层为白色黏土，高岭、粉质粘土，含丰富腐木

泥炭沼泽相沉积

土层为泥炭层，有机质粘土层

2—16m

　
河流相沉积

土层为粉砂，细砂，中砂，粗砂，砾砂，局部底部为砾石和角砾石堆积

洪积相沉积

土层为砾石和角砾石，含砾黏土，含砾砂层，分选层，砾石棱角分明，大小混杂。


    从表2可看到各类地层中含砂、含砾的地层较多。这一点不同于上海软土。此外新鲜基岩、基岩风化带在地表出露很多，所以顶管施工中还有可能遇到风化岩石类介质。此外广州地区地卜水位较浅，所以顶管施工过程中地下水问题不容忽视。顶管机械选型必须综合考虑到地层变化和止水、防水等问题。必须明确的是日本ISEKI公司制造的系列顶管设备在破碎砾石、卵石、风化岩石、硬岩方面以及止水方面具有很强优势。（跳转至卷首）

4．广州地区管网特点



    市政工程建设，切忌短期行为。在城市管网施时，许多城市都存在每条马路反复开挖的现象，严重防碍了市区的交通，困扰了居民生活，缩短了路面的寿命。配套的电讯、供屯、自来水、煤气、排水、路灯、城市坐标、候车亭、广告箱、路牌、电话亭、保安亭等诸多设施都要挖路才上。广州在这方面的问题显得比较突出。广州五年来开挖道路lOO0多宗，总长800km以上，影响路面达128k m2。目前还有300多个住宅区、3000多个建筑工地的配套工程需要挖路。广州每年管线开挖的长度，数量相当巨大。仅仅2000年一年时间，广州市开挖的管线长度就达到778km。广州市区管网有如下特点：1、在老城区各种管网相互交错，很多管线地下位置不明。2、广州最近几年建设的管网由于未能充分考虑地区经济发展的容造，使得铺设的管线不能满足发展的要求，所以造成在相同位置不同深度不断埋设相同功能的管道的现象从而引发各种施工问题。3、广州市在进行进路扩建、改建、新建的同时需要埋设大量雨水管线、河水管线，按照规划原则各种管线的位置基本在机动车道下面（图1)。4、为满足城市发展的需要，城市供水管道均排污管道的铺设量非常大，故需要领繁穿越道路、河浜、各种建筑物。先进的顶管设备与顶管施工工艺可以比较好的解决市政管线铺设所遇到的困难。（跳转至卷首）

5．顶管施工应注意的问题

在顶管施工过程中常会遇到如下值得注意的问题：

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。

3、超前探查地下管线

    尽管先进的顶管设备具有在施工时探查前进路线不远距离管线的能力，但是采用在地面提前查明地下管线仍是值得开展的，这对于保证通讯、电力、上水、排水、煤气等其它管线安全运营，确保公众正常生活仍有必要。

4、穿越建筑时对基础的探查

    顶管在建筑物基础下施工时，需要明确施工施工路线上所遇到的基础类型，对于部分基础顶管顶进前可采取托换、加固措施。

5 、顶进计算

    顶进计算其一包括准确计算顶进推力，根据计算结果选定相应的油缸类型和确定中继间的分布；其二是工作井设计，根据计算得到的最大顶力，提出工作井的加固方案。

6．基本结论

    鉴于以上顶管技术分祈、广州地区地质特点分祈以及广州地区管网的特点分析，我们认为在广州地区选择合适顶管机械进行顶管工艺的施工从技术上讲是完全可行的，从社会效益与经济效益上来讲是巨大的。我们所需要做的工作无非是针对广州土层特点选用相应的顶管设备进行施工。不可更改的是历史，着意刻画的是未来。我们认为为了从根本上改观广州市的管网乱挖现象，从政策法规方面予以规范是完全必要的；另外一方面从切实做到保护环境入手，加大推广顶管施工技术力度势在必行。我们可以预见未来的管线铺设技术将以顶管工艺为支撑。

http://www.dingguan.com/new_page_30.htm


玻璃钢夹砂管顶管工程技术总结

沈阳市崇山路道路改造工程在配套的排水改造项目中，无开挖地下顶进玻璃钢夹砂管管径DN2100㎜的长度1650米，管径DN1550㎜的长度390米。崇山路玻璃钢夹砂顶管工程顶力之大，顶进距离之长属国内首创，现从玻璃钢夹砂顶管管材的应用背景、管材特性、设计技术、生产工艺和产品质量控制等方面做一技术总结。

一、应用背景

崇山路上有两座立交桥，在道路改造工程排水改造项目实施过程中，受立交桥下已有的地下管网和构筑物等地下障碍很多，以及立交桥引桥高度的影响，无法采用地面开槽铺设管涵施工方法，而只能采取无开挖地下顶进的施工方案，同时又考虑到顶进过程中不能对桥墩基础造成影响，应保证管材与桥墩之间的最小安全距离，只有玻璃钢夹砂管材内壁光滑，流通能力高，输送相同流量的液体其管径较其它管材的管径要小得多，更能确保桥墩基础不受影响。经过专家从技术、经济、施工等方面进行反复论证，最终决定使用玻璃钢夹砂管作为顶管，在保证流量的前提下，将管径缩小到DN2100㎜和DN 1550㎜。



二、管材特性

沈阳市崇山路道路改造工程排水管DN2100㎜和DN1550㎜玻璃钢夹砂管顶管施工项目于2002年6月15日开始施工，截止到8月31日全部完工，平均单坑日进度6米以上，在施工过程中体现了许多优点，具体如下：

1.施工进度快：单坑日进度不低于6米，而同流量砼管日单坑进度小于1米，钢管为2米。

2.顶力小：外表光滑，顶力小。目前最大顶力为DN2100㎜的800t，DN 1550㎜的500t。而砼管外表粗糙，顶力大，顶进难度大，顶进机械要求高。

3.流通能力高：玻璃钢夹砂管的内壁非常光滑，粗糙度为n=0.0084，流量系数Cp=150，明显高于钢管、铸铁管、砼管的流量系数Cp=100。因此，压力相同时，玻璃钢夹砂管的管径可以减小一档，降低造价。

4.由于管径缩小（由DN2400㎜   DN2100㎜），管壁薄（砼管为200㎜，而玻璃钢夹砂管仅为55㎜），避免了顶管过程中与其它管线交叉而形成的困难。

5.纠偏简单：由于自身重量轻，管节之间采用钢套管连接，待施工完后再用手糊玻璃钢密封，使得顶进过程中纠偏特别容易。

6.连接方便：各工作坑或接受坑内管的连接由于不是整数长度，如用砼管则不可能截成任意长度对接，如用钢管则两条焊缝也需24小时才能焊接，而采用玻璃钢夹砂管则可截取任意长度，并在2~3小时内连接好。

7.可带土顶进：由于外表光滑，顶力较小，即使带土顶进顶力也不是太大，在实际施工中，由于土质大部分是砂土，以及考虑对桥墩的影响，一般采用带土顶进方法通过，而如采用砼管则势必低头而无法通过。

8.管外表与土之间基本无内聚力，顶进中不死管。而砼管外表与土之间有很大的内聚力，顶进中易死管。

9.使用机具简单，不需大型设备。重量轻，运输吊装费用少。本次工程卸管使用小型汽车吊车，下管用5t电动葫芦，顶进用2个400t油压千斤顶，大大节省了机具费用。而砼管的重量约是玻璃钢夹砂管的10~15倍，运输、吊装费用高。

10玻璃钢夹砂管耐腐蚀性能优异，寿命长，几乎不用保修，无需维护，确保使用寿命达50年。而砼管的钢筋锈蚀问题严重影响使用寿命。

玻璃钢夹砂顶管在使用过程中显示出了众多的优越性，尤其是在城市立交桥下面这样复杂地段的试用成功，解决了传统管材所不能解决的技术困难，值得总结经验，大力推广使用。

三、设计技术

1.设计参数的确定

根据沈阳市崇山路顶管工程玻璃钢夹砂顶管的具体使用条件，确定管径、管材刚度级别、土壤参数、设计载荷（包括内压、负压、管顶垂直静土压载荷、地面车辆活载荷、堆土载荷）等设计参数，为玻璃钢夹砂顶管的结构计算提供理论计算依据。

2.玻璃钢夹砂顶管结构计算

依据已选定的设计条件和设计参数，按照我国建材行业标准《玻璃纤维缠绕增强热固性树脂加砂压力管》（JC/T838-1998）和《顶管施工技术》以及计算机非线性有限元数值计算进行玻璃钢夹砂顶管的结构计算。管材结构计算包括顶力强度、刚度、挠曲变形、弯曲强度、稳定性分析、地震强度分析等计算、分析与校核，本工程设计各项性能指标全部达到国家有关玻璃钢夹砂管道标准要求，以及本工程玻璃钢夹砂顶管的特殊要求，主要技术参数和检验报告见附件。

四、生产工艺

采用纯玻璃钢与玻璃钢夹砂复合增强一体化的设计方案和生产工艺。

1、工艺路线

采用12米长定长缠绕玻璃钢夹砂管生产工艺，在每根模具上一次生产出4段3米长的玻璃钢夹砂顶管。按设计层数间断夹砂，每段顶管两端300~800mm的纯玻璃钢部分采用玻璃纤维织物局部增强的办法实现。每段顶管间采用特制的设备磨削和切断，修整达到规定形状和尺寸后一次性脱模即可。生产效率完全可以满足规定的工程进度要求。



2、生产设备

采用本公司新购置的2套可生产DN3000mm玻璃钢夹砂管微机自动控制生产线，针对玻璃钢夹砂顶管的特点和具体要求，对缠绕设备稍加改造，添置必要的磨削修整装置即可生产出达到规定要求的玻璃钢夹砂顶管。

3、生产工艺

1）确定并认可设计生产方案；

2）内衬制作；

3）玻璃纤维环向和交叉缠绕内结构层；

4）用特种夹砂布间断夹砂（夹砂布在纯玻璃钢处连续但停砂）；

5）每层夹砂后及时制作纯玻璃钢部分；

6）玻璃纤维环向和交叉缠绕外结构层；

7）修整、切断达到统一的形状和规定的尺寸；

8）脱模，检验合格后上钢套环出厂。

五、质量控制

1、 玻璃钢夹砂顶管企业标准

目前玻璃纤维增强塑料夹砂管行业标准中，无“顶管”品种，且在“初始挠曲性的径向变形率”数据中，仅规定了10000N/m2以下管刚度等级。为满足市场需要与用户要求，现参照行业标准，结合顶管产品的特点，制定该产品的企业标准，作为组织生产与质量检验的依据。玻璃钢夹砂顶管企业标准附后。

2 质量控制要点

2.1 原材料

必须按规定要求选择优质原材料，特别是原材料的工艺性，这在顶管制作中格外重要。

2.2严格执行工艺

每层间断夹砂后及时将纯玻璃钢处用玻璃纤维织物补平，与砂层形成良好的连接状态，以保证端面轴向压力的传递和延伸，使管尽可能整体受力不致损坏；否则，如夹砂数次后再补纯玻璃钢，纯玻璃钢和砂层间势必出现界面，形成挤压和剪切，导致管材于纯玻璃钢和加砂层交界处损坏。

2.3 外表面光滑程度

必须十分重视和保证顶管的外表面光滑程度。只有外表面达到一定的光滑程度，才能减小摩擦阻力和顶力，使管材顺利顶进不致损坏。

2.4 端面垂直度

必须满足管材端面垂直度要求并使误差尽可能小，只有这样，才能保证顶进方向，保持顶力不致过快增加。

2.5纯玻璃钢部分的长度必须保证或略有增加，其固化度应达到规定的要求（固化度对夹砂段同样重要），以满足实际施工顶力的要求。

2.6针对崇山路玻璃钢夹砂顶管这一工程项目，我们编制了《顶管连接部位尺寸单》、《顶管产品外观及尺寸质检验收标准》、《顶管接头内壁密封裱糊处理作业及验收规程》和《顶管技术设计书》等质量计划性文件来指导生产和施工，以便进一步确保产品质量和施工质量。

3、连接方式：管段间采用嵌入式钢套环连接定位方式，顶

进到位后内糊玻璃钢口密封。顶管两端车出一个平台，以便钢套环套上管端后钢套环外径与顶管本身外径一致。外钢套环内塞厚度相当的高弹性止水橡胶环，两管对接后起封水作用，钢套环起定位作用，并增加部分抗不均匀沉降的能力。

结束语

在各方面的大力支持下，本公司顺利完成了沈阳市崇山路道路改造工程玻璃钢夹砂顶管供应项目。通过实施该项目，公司积累了宝贵的玻璃钢夹砂顶管的生产经验：在今后生产类似顶管任务时，应及早准备维向加强的无碱玻璃纤维布来补缠管两端的纯玻璃钢部分，以便进一步加强管端所能承受的轴向顶力；通过设备技术改造，进一步提高生产自动化程度，以确保顶管的外径一致，减小顶力。我们有理由相信，通过我们的不断努力，在以后的类似工程中辽宁水业玻璃钢管道有限公司会做得更好。

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