微型頂管工藝（地箭式頂管法、二次頂管工法）作為一種新型施工工藝，具有占地面積小、對周圍環境影響較小、施工便利和對地面交通影響小等優勢，可以很好地彌補現有常規技術的缺點。

本期将以上海市寶山區二級管網工程為實例，對微型頂管技術予以分析和總結，以便為國内其他項目設計與施工提供經驗與技術支撐。

工程概況

寶山區二級管網工程新建污水管道總長約33km，管徑為300~400mm。新建污水管道均位于4條現狀道路下，管道平均埋深4.0m，部分埋深達到8m，以開槽埋管施工為主，另有約0.4km管道位于複雜區域，采用非開挖方法施工。

該複雜地域地下管線密集，存在燃氣、超高壓電力等管線，地面交通量大，部分路段污水管道需穿越河道、地鐵、鐵路。

采用水平定向鑽技術會存在無造斜距離、因施工精度不高而無法穿越管線密集區域等問題。

采用常規頂管技術會因圍護結構大而造成重要管線的搬遷或工期加長等問題。

采用傳統明挖法需采取支護措施和協調多家管線的搬遷，進而影響工期和交通，且費用大。

綜合考慮采用新型微型頂管工藝

管材選用

目前，适用于小口徑頂管的管材有鋼筋混凝土管、樹脂混凝土管和離心澆鑄玻璃鋼夾砂管等。其中小口徑玻璃鋼夾砂管在國内已有成功應用，管道采用“FS”型不鏽鋼整體膠圈接頭方式連接。綜合對比以上3種管材性能和造價可知，樹脂混凝土管工程綜合造價低、效益好。因此該工程采用改進型樹脂混凝土管，其規格參數見下圖，玻璃鋼套筒F型接口。

微型頂管施工工藝

工藝原理

微型頂管的出土方式常使用地箭式。地箭式工法按排土與不排土又分為标準地箭式和改良地箭式，前者為有排土步驟，後者為不排土的壓密推進。地箭式工法是利用液壓裝置，以前導管作為導體，在其末端連接螺旋出土管和擴孔切削頭，再将拟鋪設的管材接在前導管的後面，然後按照設計軌迹頂進，最終完成新管道的鋪設。

适用條件

微型頂管工藝作為一種非開挖新興施工工藝，适用于施工場地小、周邊環境和地下管線複雜的地區，頂管管道以埋深較深、重力流排水管道為佳，可以在砂性、黏性等松軟土層地質條件下使用；根據國内外相關經驗，單段頂距不宜大于80m，工作井深度最大不宜超過15m；該工藝适用于管徑≤600mm規格的小口徑管道。

施工方法确定

在地質較硬（标準貫入試驗錘擊數N>15）處宜采用标準地箭式工法施工，N<15的地質處宜采用改良式地箭式工法施工，而該工程頂管管徑為300~400mm，管徑小，頂管處于淤泥質粉質黏土層中，地下水位較高，土壤内摩擦力較小，壓縮性高，N為6.0~9.0<15，所以綜合考慮後，确定選用改良地箭式施工方法。

微型頂管施工

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工藝流程

改良地箭式微型頂管施工流程如下：現場定線測量→工作井施工→後靠背安裝→架設機台、激光經緯儀安裝和調試→井壁開洞安裝止水裝置→箭頭和先導管頂進→黑管頂進→安裝簡易擠擴機頭→樹脂混凝土管頂進一機頭和微頂設備拆除→檢查井施工→鋼護筒拔除并回填→CCTV檢測。

2

頂力計算和設備選型

根據CECS 246:2008《給水排水工程頂管技術規程》，管道的頂進阻力可按照下式估算：

F=πD0Lfk Nf (1)

Nf=π/4·Dg2P (2)

式中：F為總頂力，kN；D0為管道外徑，m；Dg為頂進機頭外徑，m；L為頂距，m；fk為管道外壁與土單位面積平均阻力，kN/m2；Nf為頂管機的迎面阻力，kN；P為土倉壓力，kN/m2。

3

設備安裝

工作井施工完成後安裝後背。頂管後背為鋼筒井井壁，後背牆為鋼筒，後背與機台間隙采用三角鐵焊接加固以保證機台的穩定性。鋼筒中心與頂進管道的軸線應校正。後背安裝完成後根據管道中心軸線安裝推進機台、機台底座，并安裝激光經緯儀。

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止水裝置

設備安裝完後開始切割鋼筒井壁。為防止先導管和管道頂進過程中，管道出入洞口的泥水進入井内造成水土流失，井壁開洞後應立即安裝鏡面框（環形鋼片 橡膠 緊固螺栓）進行止水止泥。在頂進前将中間橡膠割開，分3次開孔（分别為導向孔、黑管孔、管道孔，開孔孔徑略小于導向管、黑管等管徑）。為避免洞口因地下水位高導緻泥水壓力過大而湧入井内，在洞口開口位置上下1m範圍内注漿加固。

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先導管頂進

激光經緯儀架設完畢并調試後開始先導管頂進施工，并通過導向箭頭的斜面調整行進方向。先導管（外徑89mm×有效長750mm）前端為導向箭頭（導向箭頭頂端為斜面箭頭），箭頭内部有測量視标，施工中通過工作井内激光經緯儀觀測觇标。

當先導管推進方向與設計軸線沒有偏差時，箭頭則必須不停地轉動并保持直線推進；當出現偏差時，則調整箭頭斜面方向，停止轉動先導管，繼續頂進；當推進方向快導正時，則立即開始轉動先導管并保持向既定方向推進。

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黑管頂進

先導管按設計軌迹頂進接收井後，将導向箭頭拆除并吊離接收井，開始連接黑管。先導管與黑管間采用變徑簡易機頭連接，連接完成後持續推進黑管。黑管頂進過程中在接收井内将對應長度的先導管拆除回收。

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樹脂混凝土管頂進

當黑管頂入接收井後，在黑管尾端安裝簡易擠擴機頭，然後緩慢推入洞内。在簡易機頭後方開始吊裝樹脂混凝土管并逐節頂進。樹脂混凝土管頂進過程中在接收井内同步進行黑管拆除。當頂管所處土層推進阻力大時，為改善土壤性質、降低推進阻力，可将高壓水管和漿液管連接到機頭上，在機頭内以高壓噴水機注入水或漿液來減小機頭和管道與土壤間的摩擦力。

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機頭和微頂設備拆除

樹脂混凝土管全部貫通後，在接收井内卸下簡易機頭并吊離，同時用堵漏材料封堵管壁，同步進行工作井内微頂設備的拆除。

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鋼筒拔出和CCTV檢測

檢查井施工并回填後可進行鋼筒的拔出回收，然後進行井座的施工。為避免對管道造成影響，僅拔出管頂50cm以上的鋼筒。對于施工場地有限、檢查井尺寸大于鋼筒直徑的，可直接将鋼筒作為井外壁使用。

為驗證微型頂管施工質量，在施工完成後對管道進行CCTV檢測，以檢驗管道接口、管材、坡度等是否符合質量要求。

施工監測

為保證施工安全和保護工程周邊環境，需要對重點部位進行施工監測。現場采用儀器監測與巡視檢查相結合的方法，監測項目包括：地表和路面下沉、基坑結構位移、基坑結構下沉、基坑支護體徑向變形、地下管線沉降和已有建築物沉降等。在完善的施工監測方案、全過程的施工監測，以及三級預警控制管理措施下，該施工區域地面、管線沉降，基坑支護變形等均符合規範要求。

改良地箭式工法注意事項

使用改良地箭式工法時：

因此，應考慮管徑大小、覆土厚度和土壤性質等因素而合理應用。

結語

新型微型頂管工藝在寶山區二級污水管網工程中取得了良好效果，在管道通水運行近3年時間未出現不良情況，有效解決了設計、施工難題。因該工藝在國内實際應用案例并不多，已實施的工程運行時間又較短，且尚無相關技術規範，所以還需在實踐中進一步總結經驗，以便為小口徑微型頂管的設計、施工提供設計施工參數、技術要求和驗收标準。

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