浅谈人工顶管的主要施工技术及应用价值

浅谈人工顶管的主要施工技术及应用价值
　　摘 要：介绍了人工顶管的主要施工技术，分析了人工顶管的优点、存在问题及应对措施，用例子比较分析了人工顶管及机械顶管的经济效益，得出人工顶管的应用价值。
　　关键词：人工顶管 施工技术 机械顶管 应用价值人工顶管 即手掘式顶管是最早发展起来的一种顶管施工工艺，由于它采用了一定的辅助措施后便具有施工操作简便，设备少，施工成本低、施工进度快等优点[1]，所以目前还具有一定的应用价值。本文简单介绍广州市某截污工程运用人工顶管的主要施工技术，并作简单的经济比较分析，得出其相应的应用价值。

　　1　施工技术
　　1．1施工顺序
　　人工顶管的施工顺序为：工作井施工——顶进设备安装调试——吊装砼管到轨道上——连接好工具管——装顶铁——开启油泵顶进——出泥——管道贯通——拆工具管。
　　人工顶管的实施，先建立一个工作井和接收井，工作井中在浇底板时同时布设导轨，在井面安装一个支架式的起重设备以做出土用，井下共需二人，其中一人挖土，另一人负责用斗车将挖掘出的土运到洞口，井上也需二人，其中一人负责卷扬机的操作，另一人则负责将井下的吊上来的土运到特定的场地。图1即为人工顶管顶进过程中的照片。


图１　某人工顶管顶进照片

　　1．2顶管工作井内设备安装
　　导轨安装。严格控制导轨的中心位置和高程，确保顶入管节中心及高程能符合设计要求。
　　(1)由于工作井底板浇注了砼，地基稳定，导轨直接放置在工作井的底板上。
　　(2)严格控制导轨顶面的高程，其纵坡与管道纵坡一致。
　　(3) 导轨采用浇注砼予以固定，导轨长度采用2~3m，间距可根据管径要求做相应调整，一般以便于测量为宜。
　　(4)导轨必须直顺。
　　下管、顶进、出土和挖土设备 一般小于φ1000的管可采用电动卷扬机下管，大于φ1200的管以吊机下管比较安全。顶进设备采用千斤顶、高压油泵，出土设备用斗车、垂直牵引的卷扬机，一般的粘性土可用铁锹挖土，遇到较硬的土层时，可用空气压缩机加风镐作为挖土设备。
　　照明设备：井内使用电压不大于12V的低压照明。
　　通风设备：人工挖土前和挖土过程中，采用轴流鼓风机通过通风管进行送风，以保证管内的含氧率满足供人呼吸的要求。
　　1．3引入测量轴线及水准点
　　将地面的管道行淖牍ぷ骶牟啾谏?两个点)，作为顶管中心的测量基线。
　　将地面上的临时水准点引人工作井底不易碰撞的地方，作为顶管高程测量的临时水准点。
　　1．4下管
　　下管前，先严格检查管材，龄期未到、强度不够及有明显缺陷的不合格管材的严禁使用。
　　第一节管下到导轨上时，应测量管的中线及前后端管底高程，以校核导轨安装的准确性。
　　要安装户口铁或弧形顶铁保护管口，以防止管周被破损。
　　1．5千斤顶和顶铁的安装
　　千斤顶是人工顶管的主要设备，先根据每段顶进长度及土质情况计算所需顶力，根据顶力再选用
相应较合适吨位的千斤顶。
　　千斤顶的工作坑内的布置一般采用并列式，顶力合力作用点与管壁反作用力作用点应在同一轴线，防止在顶进行过程时有力偶存在，造成顶进偏差。根据施工经验，采用机械挖运土方，管上部管壁与土壁有间隙时，千斤顶的着力点作用在管子垂直直径的1／4~1／5处为宜。
　　安装顶铁应无歪斜、扭曲现象，并且必须安装直顺。
　　每次退千斤顶加放顶铁时，应安放最长的顶铁，保持顶铁数目最少。
　　顶进中，顶铁上面和侧面不能站人，随时观察有无扭曲现象，防止顶铁崩离。
　　1．6顶进施工
　　工作坑内设备安装完毕，经检查各部分处于良好状态。即可进行试顶。首先校测设备的水平及垂直标高是否符合设计要求，合格后即可顶进工具头，然后安放混凝土管节，再次测量标高，核定无误后进行试顶，待调整各项参数后即可正常顶进施工。
　　在施工过程中，做到勤挖勤顶勤测，加强监控。顶进施工时，主要利用一边人工在前面取土，千斤顶出镐在后背不动的情况下将污水管向前顶进，其操作过程如下：
　　安装好顶铁挤牢，工具管前端破取一定长度后，启动油泵，千斤顶进油，活塞伸出一个工作行程，将管子推向一定距离。
　　停止油泵，打开控制阀，千斤顶回油，活塞回缩。
　　添加顶铁，重复上述操作，直至需要安装下一节管子为止。
　　卸下顶铁，下管，用环形橡胶环连接混凝土管，以保证接口缝隙和受力均匀，保证管与管之间的连接安全。
2　人工顶管存在的优点
　　2．1施工成本低　
　　仅需要少量设备，依靠几个劳动力便可完成顶管施工。而机械顶管不但顶管机及相应配套设备贵，而且折旧费及损耗也大大高于人工顶管。
　　2．2工作井及接收井占用场地小
　　对机械顶管，由于顶进设备及配套设备多，占用场地大，并且工作井及接收井要求的尺寸大，对市政交通影响不言而喻，有时甚至会造成整条道路交通瘫痪。人工顶管不但防止了“拉链路”的产生，在一定程度上也能保证交通要求。
　　2．3容易发现地下管线，清楚地做出判断，防止出现不必要的损失
　　由于市政工程地下管线复杂，还可能出现高架桥桩基础及城市供水管等情况，机械顶管在顶进过程中无法分辨地下管线，而且容易将现有的管线破坏，有时损失还不小，尽管目前可在顶进前可做管线探测，但一般只能探出金属管，对混凝土管等非金属管则无法探测出来，而人工顶进可第一时间发现管线，并做相应的处理措施。
　　2．4施工过程简单，可多个工作面同时开展
　　由于机械顶管的机械及成本费用高，对于造价不是很高的项目，通常用多台机械顶管机不现实，而人工顶管则弥补这一不足，在任何有工作面的地方都可以开展顶进工作，整体顶进进度常常不亚于机械顶管。

　　3　人工顶管存在的问题及相应的应对措施
　　(1)一般只适用于短距离施工，由于长距离顶进出土的距离加大，效率降低，而且对千斤顶的顶力要求加大，增加了工作井后靠背的负担。
　　应对措施：可根据土质的实际情况做顶进长度计划，通常每段顶进以40m左右为宜，对土质好的
情况，以前我公司顶进的最长距离达89m。
　　(2)安全隐患大，对于腐质有机土，人工顶进时呼吸困难，对于流砂严重的土体，很难操作。
　　应对措施：先在开挖前做洞内及挖掘面的含氧探测，目前可通过氧气探测仪探测含氧量，一般不宜体积百分比不小于18％，如氧气不足，操作人员可通过井外鼓风机送风的方法以达到氧气含量满足要求，对于流砂，可先进行降水，并要在管内准备足够的砂包、稻草，用来防止流砂面扩大。或用改装后带网格的工具头配合施工，以防万一，确保施工人员的生命安全。
　　(3)施工精度不高。对于地质条件复杂情况，顶进过程较难控制，由于人工顶管测量纠偏方法不够先进，偏差较机械顶管大。
　　应对措施：通过“勤测勤纠“方法，将偏差控制在最小限度。
　　(4)管径受到限制。由于人工顶管需要人在洞内进行掘土，管径太小不但在挖土时很难操作，而且如发生意外时，人身安全得不到保证。
　　应对措施：要求进行人工顶管的管径不低于9800管。
　　(5)地面沉降控制。由于人工顶管属于敞开式的施工工艺，挖掘面不存在外力来平衡土压力，对覆土浓度浅、地下水位高或砂性土，均较难控制挖掘面的稳定，造成埸方，而引起地面沉降。
　　应对措施：可选择地下水位不高或自身稳定性较好的粘性土作为人工顶管。

　　4　经济分析
　　我们选广州市某截污工程做一实例，该工程共有91500顶管584m，下表中分别列出了以人工顶管及机械顶管进行施工时顶管的造价及所需的工作井和接收井数量及相应的报价。并作简单的经济分析。
　　从表1可以看出：人工顶管的工作井及接收井的数量均较机械顶管多，这是由于机械顶管的每段顶距较人工顶管长的缘故，但是考虑到普通顶管机不能进行曲线及折线顶管，顶距也受到一定程度上的限制，故井的数量也不是按比例递增。
　　人工顶管工作井及接收井的单价和总价均较机械顶管的低，而且工作井的总造价仅占机械顶管总造价的1／3左右。
　　人工顶管的顶管造价也较低，约占机械顶管的71％。
　　整个584m的91500顶管及工作井与接收井的总造价，采用机械顶管需2651822元。而人工顶管仅需1623002元，仅占机械顶管的61％，节约造价达103万元。

　　5　结语
　　综上所述，我们可以初步得出以下几个结论：
　　(1)人工顶管存在许多优点，如施工成本低、对交通影响较小、清楚的辨别地下管线及施工过程简单等优点。
　　(2)用人工顶管进行施工还存在许多不足之处，如安全隐患大，施工精度不高及造成路面沉降等等，但是可以采取相应的应对措施克服它的不足之处并增加其实用性。
　　(3)通过上述实例可发现人工顶管的经济效益可观，对土质较好的地方或较贫困地区，在能保证施工人员安全的前提下，人工顶管在很大程度上还有其发展空间和应用价值。