顶管施工技术虽然应用广泛,但也存在一些应用场景的限制,主要体现在地质条件、管径与长度、周边环境等方面,具体如下:
地质条件方面
- 岩石层硬度:遇到高硬度岩石层时,顶管施工难度极大。如花岗岩等硬度高的岩石,即使采用岩石顶管机,掘进速度也会很慢,破岩成本高昂,还可能导致设备过度磨损,影响施工进度和成本。像在一些山区或岩石地质分布较广的区域进行顶管施工,就需要充分考虑岩石硬度带来的挑战。
- 复杂地质结构:在断层、破碎带等复杂地质结构区域,土体稳定性差,易出现坍塌、涌水等问题,增加了顶管施工的风险和难度。而且,在含有大量孤石的地层中,顶管机可能会遭遇卡机、偏位等情况,严重影响施工的顺利进行。
- 高水位软土地层:在地下水位高的软土地层中,顶管施工易引发地面沉降和管节接口渗漏等问题。由于软土的力学性质差,在顶管过程中,周围土体难以提供足够的支撑力,容易造成管道周围土体变形,进而影响地面建筑物和地下管线的安全。
管径与长度方面
- 小口径管道限制:对于过小口径的管道,由于施工空间有限,顶管设备的操作和安装困难,施工精度难以保证。而且小口径管道的顶进阻力相对较大,容易出现管道顶进困难、管材损坏等问题,一般来说,小于 DN300 的管道采用顶管施工经济性和可行性会降低。
- 长距离顶进难度:随着顶进距离的增加,顶管施工的难度呈指数级上升。长距离顶进会使顶力急剧增大,对管材强度、顶管设备能力要求极高,同时,管道的轴线控制、泥浆减阻、通风和出土等问题也会变得更加复杂,施工成本大幅增加。
周边环境方面
- 地下障碍物:当施工区域地下存在大量未探明的障碍物,如旧基础、废弃管道、人防工程等时,顶管施工可能会受到阻碍,导致管道偏位、顶进困难甚至设备损坏。
- 对地表沉降控制要求极高的区域:虽然顶管施工对地面的干扰相对较小,但在一些对地表沉降控制要求极高的特殊区域,如历史文物保护区、精密仪器生产厂区等,即使微小的地表沉降也可能造成严重后果,顶管施工的应用就会受到限制。
- 空间受限区域:顶管施工需要一定的空间来设置工作坑和接收坑,如果施工场地周围空间狭窄,无法满足工作坑和接收坑的尺寸要求,或者无法进行设备的搬运和安装,顶管施工就难以开展。
成本与效率方面
- 成本因素:对于一些规模较小、距离较短的管道铺设项目,采用顶管施工的成本可能高于传统开挖施工。因为顶管施工需要专业的设备和技术人员,设备的购置、运输、调试等费用较高,在这种情况下,采用顶管施工可能不经济。
- 效率问题:在一些需要快速完成施工的项目中,顶管施工可能无法满足工期要求。虽然顶管施工在正常情况下有一定的施工速度,但在遇到复杂地质条件或技术难题时,施工进度可能会受到严重影响,而传统开挖施工可能在速度上更具优势。