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摘要：随着城市化进程的不断加快以及人们对各种基础设施的追求不断提高，市政工程施工条件越来越复杂，市政管道作为城市基础设施的重要环节，其重要性不言而喻。顶管施工作为一种现代化的管道敷设技术，有着对周边建（构）筑物影响小、施工精度高、地质条件适应范围广等优点。本文以南京河西城市生态公园的污水管顶管工程为例，对长距离顶管技术在施工中出现的问题进行浅要的分析和探讨。
关键词：长距离顶管；施工技术；中继间；触变泥浆
中图分类号：TU74文献标识码： A
一前言
顶管施工技术是一项在市政管道及各种地下管道施工中使用的一项技术，它和正处于施工阶段或施工完毕的公路、管道、建筑等工程产生连接时，会使平面交叉变成立体交叉，从而尽可能的减少或避免给社会公众、经济生产、运输系统等造成干扰和不良影响。所以，顶管施工技术在地下管道施工中起着非常重要的作用。
二顶管施工技术概述
1、概念
所谓的顶管施工技术主要指的是在不开挖地面的情况下，利用液压顶进工作站从顶管工作坑中将需要铺设的管道以挤压或切削土体的方式进行铺设。这种施工技术是以顶管机为主，再其施工之后直接进行管道铺设的一种技术手段，在地下管线施工中有着不影响路面交通、环境和人民生活的优点。
2、技术特点
在当今基础工程建设中，顶管施工技术已经广泛地应用在国内各地地下管道施工中，有着不开挖、埋设经济、迅速和保护环境的功能。同时，使用顶管施工还能减少征地搬迁费用、减少环境污染、减缓交通堵塞等，说明了这种技术在应用中不仅具备显著的经济性，还具有突出的社会效益。
三工程概况
南京河西城市生态公园污水管道工程是穿越公园内部的一条南北向专用污水管道。因江东南路、黄河路交叉口拟建地铁S3号线，造成黄河路上污水管道穿越江东南路困难，所以规划在生态公园景观湖底敷设南北向污水专用管道，解决恒河路接至江东南路下游管道的问题以及公园内部的污水纳管预留接口。
本工程污水管主干管全长296m，污水管管径A1200，全线采用顶管施工。其中跨湖段单向一次顶进118m，属长距离顶管施工范围。污水管道采用内径A1200大的3级钢承口钢筋混凝土管，管道埋深最大7.98m。工作井与接收井采用圆形钢筋混凝土沉井的形式。
由于本污水管顶管工程处于正在施工的生态公园内，施工时，人工湖正处于大开挖与湖底结构层施工阶段，由于顶管施工对土体扰动较大，且顶管施工过程中需保证工作井周边一定范围内土体的稳定。因此，施工过程中，既要保证穿湖段管道的顺利顶通，又要协调好与人工湖及周边结构物的交叉作业，施工难度极大。
图3.1 生态公园污水管道走向图
四长距离顶管施工制约因素
长距离顶管就是一次连续顶进距离在100m以上的顶管施工，由于每次连续推进距离长，就产生了许多与普通顶管不同的施工方式和措施，许多因素都对长距离顶管有制约作用。
制约长距离顶管的一个重要因素是推力。一般的观点是，管道推进距离增长了，只要增加主顶油缸的推力就可以了。实际施工中并非如此，推力增加，管材和后座不一定恩能够承受住。常用的混凝土管的抗压强度为13MPa～17.5MPa，玻璃纤加强的混凝土管抗压强度90MPa～100MPa，钢管的抗压强度为210MPa。
钢管的断面、重量及与土之间的摩擦系数均比混凝土管小，頂进推力也就相对减少许多，所以钢管式长距离顶管施工中的首选。玻璃纤维加强管在混凝土管中是长距离顶管的最佳用管，在混凝土管的接口形式中，一般用F管。
后座所能承受顶力大小也是制约长距离顶管的一个因素，一般情况下用顶管管材所能承受的最大顶力来决定顶管工作坑的后座所能承受的最大顶力，再反过来验算工作坑后座是否能承受最大顶力的发作用力。为了使油缸推力的反力均匀地作用在工作坑后方的土体上，需浇筑一堵后座墙，后座墙必须能完全承受油缸总推力P的反力，受力情况如图1所示。
图4.1 顶力受力分布图
另外，为了增加后坐力，可增加后座墙的宽度B。通常，后座墙的宽度与工作坑的宽度相等。
如果后座墙的反作用力的作用点与主顶油缸合理的作用点在同一位置，而且该点又比管道的轴线低，那么，后座的高度就以这一点为中心，向上和向下的高度均为后座高度的1/2。
后座墙如果为素混凝土浇筑而成，它所能承受的最大弯矩Mr为：
Mr=0.28Bt2σt
式中，t——后座墙的厚度；
σt——混凝土的抗拉强度，一般取抗压强度的1/10～1/15。
如果经过计算后，素混凝土的强度不够，可在墙体受拉一面加入钢筋，使其强度增加达到要求。
四中继间及触变泥浆在长距离顶管施工中的应用
4.1 中继间
中继间是长距离和超长距离顶管施工的关键设置，是分段克服管壁摩阻力的一种技术。通过将管道分成数段，分段向前推顶，使主千斤顶的顶力分散，总顶力等于各分顶力之和，并使每段管道的顶力控制在允许顶力范围内。
1工作原理
中继间又称中继站或中继环（见图2），实质上是一个成环形布置的由许多短行程千斤顶组成的移动式顶推站，这些千斤顶共同产生的推顶力，必须达到为推动该中继间前方管段所需数值。
中继间工作时按先后次序逐个启动，首先借助最前面的中继间，将其前方的管路向前顶
图4.2 中继间
出一个中继间顶程，后面的中继间和工作井内的主千斤顶保持不动，形成后座。然后，最前面的中继间排放油压，将液压系统转换为自由回程状态。后面的中继间向前顶进将第一中继间的油缸缩回，前面的管段不动，重复同一动作，直到最后再由主顶油缸把最后一段管路推顶上去。管道推顶结束后，中继间按先后程序拆除其内部油缸以后再合拢。中央变达到了减少顶力的目的，管外壁摩擦每次便只发生在正向前移动的一部分管路上，处于静止状态的各个管路上并不会出现任何管外壁摩阻力。
2 设计原则
中继间的设计应遵循如下原则：
1）中继间的设计要考虑一下几个方面的因素：①首先考虑主千斤顶最大设计顶力，不能超过顶进油缸的总顶力；②烤炉管材的允许抗压强度，最大顶力压强不能超过管材的允许抗压强度；③考虑后背墙的最大允许顶力，不能超过后背墙的允许顶力；④考虑一定的安全系数，为了防止遇到各种情况，必须留有充分安全的余地。
2）中继间设计顶力的确定：为便于配置，中继间的设计顶力应采用同种规格且不能大于主千斤顶的最大允许顶力，并受到油缸允许安装尺寸的限制。
3）根据管道施工段的实际地址情况，参考相近地段、同种工艺、同种管径的顶管实测经验数据，尽可能详细地估测沿途顶力变化趋势。
4）设计是选择合理的顶力公式来确定中继间的数目。一般第一中继间假设位置宜按中继间设计顶力的60%计算，其余中继间的间隔宜按中继间设计顶力的70%计算，主千斤顶所能顶推的长度应按最大设计顶力的70%。
3 设计方法
采用中继间时，总顶力可作如下分配。工具管的迎面阻力由一号中继间承担，其余中继间各承担其前面区段的管道顶进，主千斤顶承担最后一段管道的顶进。具体的设计方法如下：
1）中继间设计顶力应小于或等于主千斤顶的最大允许顶力，因主千斤顶作为后座所能承受的荷载至少应等于每个中继间可能施加的压力。
P中≤P主
式中 P中——中继间设计顶力，kN；
P主——主千斤顶的最大允许顶力，kN。
最大设计顶力由实际提供资料从技术经济角度确定，可根据管材的允许常在里或后背的最大强度确定。
2）主千斤顶最大顶进长度
Lm=P主k3/（f1πD）
式中Lm——主千斤顶顶推管道醉倒长度，ｍ；
D——管道外径，m；
K3——工作系数，取0.70；
f 1——单位面积管道摩阻力，kN/m²，因主千斤顶最大顶进长度较长，对于粘土，可取2～5kN/m²。
3）第一套中继间安装位置：
L1=（P中-PF）k1/（f2πD）
式中 L1——第一套中继间安装位置，m；
PF——工具管迎面阻力，kN；
f2——单位面积管道摩阻力，kN/m²，其中考虑注浆效果，第一套中继间考前放，f2相对大一点，对于粘土，根据实际工程总结，可取f2=50L1-0.5；
k1——工作系数，取0.60。
在计算出来的基础上，第一套中继间的位置宜稍靠前，以防前遇障碍物或土质突变引起迎面阻力加大。因为正常情况下顶力变化不会太大，而一旦顶力突然增大，多半是因前有物体堵住。迎面阻力增大，周边摩阻力基本无太大变化，中继间作用的效果会更显著，宜充分发挥中继间的作用。
4）设置间距：
ΔL=P中K2/（f1πD）
式中ΔL——中继间的间距，m；
K2——工作系数，取0.70。
4.2 触变泥浆
在顶管施工过程中，顶进系统需克服工具管迎面阻力与管道摩阻力，而在长距离顶管及超长距离顶管中，管道摩阻力远大于迎面阻力。施工过程中注浆减摩是减小顶管阻力，增大一次顶进距离的重要措施，尤其是在超长距离顶管中，它更是顶管成功与否的关键环节。
顶管顶进时，通过工具管及管节上预留的注浆孔，向管道外壁压入一定量的减阻浆液，在管道外围形成一个浆液套，减小管节外壁和土层间的摩阻力，从而减小顶进时的顶力。浆液套形成的好坏，直接关系到减阻的效果。如果注入的浆液能在管道外周形成一个比较完成的浆套，则其减摩效果将比较理想。在实际施工过程中，采用在管节四周注触变泥浆，减少阻力是比较常用的方法。
1 触变泥浆和泥浆系统概述
所谓触变泥浆，是膨润土分散在水中，其片状颗粒表面带负电荷，端头带正电荷。如膨润土的含量足够多，则颗粒之间的电键使得分散系形成一个机械结构，膨润土水溶液呈固态，一经触动（摇晃、搅拌、振动或通过超声波、电流）颗粒之间的电键即遭到破坏，膨润土水溶液就随之变为流体状态。如果外界因素停止作用，水溶液又变作固态。该特性称作触变性，该水溶液成为触变泥浆。
泥浆系统有二个作用：第一：送走被掘进产生的渣土和平衡地下水。泥浆系统是由密封的管道组成，通过机头循环，形成泥浆混合物，由排泥管送走，最后沉淀在地面上的泥浆池内，泥浆通过众多的排泥泵被排出。再由进水泵进水送入机头，排泥由变速的排泥泵进行控制。机坑旁通装置可控制进排泥浆的速度、方向，以防止泥渣堵塞管道，淤积现场。当挖粘土时，可能使普通粘土，有一定的粘合度，可以直接将泥浆排入泥浆池内，但是当挖沙土时，泥浆中必须添加一定的粘合剂(如膨润土等)以增加泥浆粘度，以达到排渣的最终日的。夹带泥砂的泥浆，可通过振动筛、循环沉淀器、干燥器等，处理分离渣质，泥浆被再用，渣质被积累后处理。处理渣土用翻斗车，泥浆用罐车运出场区，堆置于郊外，处理时注意不得污染路面等环境。进排泥水系统起着第二个作用：在有地下水存在的地方，掘进机表面的压力可以降低Nd,于水中的压力。这样避免了抽地下水的需要。进排泥水系统中的压力感应器可测出地下水的压力。机内泥水循环系统、电磁阀旁通装置及载水阀可以起到调节水压的作用。机内电磁阀和旁通系统，可以阻止水压的变化，保持水压，在加管道时，不至于减小机头的水压，保证内部压力平衡。
2触变泥浆拌合要求
采用触变泥浆顶管应包括以下设备：泥浆封闭设备、注浆泵、输浆干管、分浆罐及注浆孔等灌浆设备；拌和机及储浆罐等调浆设备。混凝土管材顶进时，应在接口处衬垫辫，防止接口漏浆。垫放防漏材料。灌浆前，应通过注水检查灌浆设备，确认设备正常、无渗漏现象后方可灌注。灌浆应按灌浆孔断面位置的前后顺序依次进行，并应与管道的顶进同步。灌注用注浆泵进行。输浆管宜用钢管或高压胶管，布设至注浆孔，加装注浆闸门。注浆孔个数根据管径而定，一般为4m一处，均匀布置，并具备排气功能。触变泥浆宜采用膨润土配制。膨润土在使用前应测定其胶质价。测定方法符合下列规定：
1）将蒸馏水注入直径25mm、容量100ml的量简中，至刻度60～70ml刻度处。
2）称膨润土试料159，放入量筒中，再加水至95ml刻度，加盖封闭，摇动5分钟，使膨润土与水混合均匀。
3）加入氧化lg，再加入水至100ml刻度，加盖封闭摇动1分钟。
4）静置24小时，使之沉淀，沉淀物的界面刻度即为膨润土的胶质价。
触变泥浆拌和采用下列要求：
1）按试验确定的触变泥浆配合比，称量水、膨润土及碱的质量。
表1 触变泥浆配比（重量比）
膨润土的胶质价 膨润土 水 碱（碳酸钠）
60～70 100 524 2～3
70～80 100 524 1.5～2
80～90 100 614 2～3
90～100 100 614 1.5～2
2）取称量水的一部分与碱配制碱溶液。
3）将剩余水与膨润土拌和均匀。
4）将制配好的碱溶液，注入膨润土浆内，继续搅拌至均匀，形成触变泥浆。
5）拌制好的触变泥浆应静置12小时后方可使用。
为了在顶进完毕后使触变泥浆固结增强，可掺入凝固剂(石膏灰)。但为了在施工使用时保持流动性，还必须掺入缓凝剂(工业六糖)和塑化剂(松香酸钠)。
表2 触变泥浆掺入剂配比（重量比，以膨润土为100）
石灰膏 工业六糖 松香酸钠（干重） 水
42 1 0.1 28
掺入凝固剂时的拌和程序：
1）用规定比例的水分别将工业六糖及松香酸钠溶化。将溶化的工业六糖放入石灰膏内，拌和成均勻的石灰浆。将溶化的松香酸钠放入石灰浆内，拌和均匀。
2）将上述拌和好的掺入剂，按规定比例倒入已拌和好并放置12小时的触变泥浆内，搅拌均匀，即可使用。
3）灌浆遇机械故障、管路堵塞、接头渗漏等情况时，经处理后方可继续顶进。
顶管终止顶进后，应对管外壁与土层之间形成的空隙或触变泥浆层进行充填、置换，保障被穿越的地面构筑物安全，注浆应符合下列要求：在顶进过程中，将对管外壁的土壤造成松动和空洞，顶管施工完毕，为不造成今后的事故需对管外壁压入填充物。压入物可选水泥粉煤灰液，其配比为10：1，使用定量水稀释水泥粉煤灰，置入压力罐中，使用高压空气压入，压入口使用触变泥浆孔管。如在压浆孔加固不当，则采用从地面打孔的方法压浆加固。
五实例应用
生态公园污水管顶管工程中继间的设计如下：
（1）中继间设计顶力应小于或等于主千斤顶的最大允许顶力,因主千斤顶作为支座所能承受的荷载至少应等于每个中继间可能施加的压力。
P中≤P主；
式中P中———中继间设计顶力,kN;
P主———主千斤顶的最大允许顶力,本工程为2500kN。
（2）主千斤顶最大顶进长度:
Lm=P主k3/(f1πD)
式中Lm———主千斤顶顶推管道最大长度,m;
D———管道外径,m;k3———工作系数,取k3=0.80;
f1———单位面积管道摩阻力,kN/m2,因主千斤顶最大顶进长度较长,对于粘土,可取5kN/m2。
计算可得Lm=2500×0.80/（5×3.14×1.5）=84.9m，因最长段长118m，需加设中继间。
（3）第一套中继间安装位置:
L1=(P中-PF)k1/(f2πD)
式中L1———第一套中继间安装位置,m;
PF———工具管迎面阻力,取500kN;
f2———單位面积管道摩阻力,kN/m2,其中考虑注浆效果,第一套中继间靠前放,f2相对大一点,对于粘土,根据实际工程总结,可取f2=50L1-0.5;
k1———工作系数,取k1=0.60。
计算可得L1=（2500-500）0.60/（50L1-0.5 ×3.14×1.5），L1=26m。
在计算出来的基础上,第一套中继间的位置宜稍靠前,以防前遇障碍或土质突变引起迎面阻力加大。因为正常情况下顶力变化不会太大,而一旦顶力突然增大,多半是因前有物体堵住,迎面阻力增大,周边摩阻力基本上无太大变化,中继间作用的效果会更显著,以充分发挥中继间的作用。
（4）设置间距：
ΔL=P中K2/(f1πD)
式中ΔL———中继间的间距,m;
k2———工作系数,普通中继环取k2=0.7,组合密封中继环取k2=0.8。
计算ΔL=2500×0.8/（5×3.14×1.5）=85m。
由于，L1+ΔL=26+85=111m<118m，
综合考虑，跨湖段顶管需设置一套中继间。
在施工过程中，通过中继间及触变泥浆的应用，解决了跨湖段顶力不足的问题，该118m长顶管段顺利顶通，顶进偏差5cm。施工时，利用公园六区湿地水池基坑作为泥浆沉淀池与造浆池，解决了泥浆循环的问题；通过对人工湖进行分区施工，为顶管工程争取了作业时间，保证了整个生态公园施工的连续性。
六总结
顶管施工离不开一些辅助的施工方法，不同的顶管方式以及不同的土质条件应采用不同的辅助施工方法。顶管常用的辅助施工方法有井点降水、高压旋喷、注浆等多种，要因地制宜地使用才能达到事半功倍的效果。
总之，在地下管道施工中，采用长距离顶管施工技术是一种具有很大经济性、安全性、实用性的管道施工技术。
【参考文献】
1.CECS 246：2008 给水排水工程顶管技术规程[S].北京：中国计划出版社，2008：
2.李俊勇. 市政给排水施工中的长距离顶管施工技术分析[电子版].：城市建设理论研究（电子版），2013（31）：
3.段孟春. 市政给排水施工中的长距离顶管施工技术分析[电子版].：科技资讯，2010（27）：
4.何莲. 长距离顶管中继间设计方法的研究[电子版].：给水排水，2004,30（6）：
5.冯鼎华. 简述顶管工程中的触变泥浆的使用[电子版].：中国房地产业，2012（1）：
关键词：长距离顶管；施工技术；中继间；触变泥浆
中图分类号：TU74文献标识码： A
一前言
顶管施工技术是一项在市政管道及各种地下管道施工中使用的一项技术，它和正处于施工阶段或施工完毕的公路、管道、建筑等工程产生连接时，会使平面交叉变成立体交叉，从而尽可能的减少或避免给社会公众、经济生产、运输系统等造成干扰和不良影响。所以，顶管施工技术在地下管道施工中起着非常重要的作用。
二顶管施工技术概述
1、概念
所谓的顶管施工技术主要指的是在不开挖地面的情况下，利用液压顶进工作站从顶管工作坑中将需要铺设的管道以挤压或切削土体的方式进行铺设。这种施工技术是以顶管机为主，再其施工之后直接进行管道铺设的一种技术手段，在地下管线施工中有着不影响路面交通、环境和人民生活的优点。
2、技术特点
在当今基础工程建设中，顶管施工技术已经广泛地应用在国内各地地下管道施工中，有着不开挖、埋设经济、迅速和保护环境的功能。同时，使用顶管施工还能减少征地搬迁费用、减少环境污染、减缓交通堵塞等，说明了这种技术在应用中不仅具备显著的经济性，还具有突出的社会效益。
三工程概况
南京河西城市生态公园污水管道工程是穿越公园内部的一条南北向专用污水管道。因江东南路、黄河路交叉口拟建地铁S3号线，造成黄河路上污水管道穿越江东南路困难，所以规划在生态公园景观湖底敷设南北向污水专用管道，解决恒河路接至江东南路下游管道的问题以及公园内部的污水纳管预留接口。
本工程污水管主干管全长296m，污水管管径A1200，全线采用顶管施工。其中跨湖段单向一次顶进118m，属长距离顶管施工范围。污水管道采用内径A1200大的3级钢承口钢筋混凝土管，管道埋深最大7.98m。工作井与接收井采用圆形钢筋混凝土沉井的形式。
由于本污水管顶管工程处于正在施工的生态公园内，施工时，人工湖正处于大开挖与湖底结构层施工阶段，由于顶管施工对土体扰动较大，且顶管施工过程中需保证工作井周边一定范围内土体的稳定。因此，施工过程中，既要保证穿湖段管道的顺利顶通，又要协调好与人工湖及周边结构物的交叉作业，施工难度极大。
图3.1 生态公园污水管道走向图
四长距离顶管施工制约因素
长距离顶管就是一次连续顶进距离在100m以上的顶管施工，由于每次连续推进距离长，就产生了许多与普通顶管不同的施工方式和措施，许多因素都对长距离顶管有制约作用。
制约长距离顶管的一个重要因素是推力。一般的观点是，管道推进距离增长了，只要增加主顶油缸的推力就可以了。实际施工中并非如此，推力增加，管材和后座不一定恩能够承受住。常用的混凝土管的抗压强度为13MPa～17.5MPa，玻璃纤加强的混凝土管抗压强度90MPa～100MPa，钢管的抗压强度为210MPa。
钢管的断面、重量及与土之间的摩擦系数均比混凝土管小，頂进推力也就相对减少许多，所以钢管式长距离顶管施工中的首选。玻璃纤维加强管在混凝土管中是长距离顶管的最佳用管，在混凝土管的接口形式中，一般用F管。
后座所能承受顶力大小也是制约长距离顶管的一个因素，一般情况下用顶管管材所能承受的最大顶力来决定顶管工作坑的后座所能承受的最大顶力，再反过来验算工作坑后座是否能承受最大顶力的发作用力。为了使油缸推力的反力均匀地作用在工作坑后方的土体上，需浇筑一堵后座墙，后座墙必须能完全承受油缸总推力P的反力，受力情况如图1所示。
图4.1 顶力受力分布图
另外，为了增加后坐力，可增加后座墙的宽度B。通常，后座墙的宽度与工作坑的宽度相等。
如果后座墙的反作用力的作用点与主顶油缸合理的作用点在同一位置，而且该点又比管道的轴线低，那么，后座的高度就以这一点为中心，向上和向下的高度均为后座高度的1/2。
后座墙如果为素混凝土浇筑而成，它所能承受的最大弯矩Mr为：
Mr=0.28Bt2σt
式中，t——后座墙的厚度；
σt——混凝土的抗拉强度，一般取抗压强度的1/10～1/15。
如果经过计算后，素混凝土的强度不够，可在墙体受拉一面加入钢筋，使其强度增加达到要求。
四中继间及触变泥浆在长距离顶管施工中的应用
4.1 中继间
中继间是长距离和超长距离顶管施工的关键设置，是分段克服管壁摩阻力的一种技术。通过将管道分成数段，分段向前推顶，使主千斤顶的顶力分散，总顶力等于各分顶力之和，并使每段管道的顶力控制在允许顶力范围内。
1工作原理
中继间又称中继站或中继环（见图2），实质上是一个成环形布置的由许多短行程千斤顶组成的移动式顶推站，这些千斤顶共同产生的推顶力，必须达到为推动该中继间前方管段所需数值。
中继间工作时按先后次序逐个启动，首先借助最前面的中继间，将其前方的管路向前顶
图4.2 中继间
出一个中继间顶程，后面的中继间和工作井内的主千斤顶保持不动，形成后座。然后，最前面的中继间排放油压，将液压系统转换为自由回程状态。后面的中继间向前顶进将第一中继间的油缸缩回，前面的管段不动，重复同一动作，直到最后再由主顶油缸把最后一段管路推顶上去。管道推顶结束后，中继间按先后程序拆除其内部油缸以后再合拢。中央变达到了减少顶力的目的，管外壁摩擦每次便只发生在正向前移动的一部分管路上，处于静止状态的各个管路上并不会出现任何管外壁摩阻力。
2 设计原则
中继间的设计应遵循如下原则：
1）中继间的设计要考虑一下几个方面的因素：①首先考虑主千斤顶最大设计顶力，不能超过顶进油缸的总顶力；②烤炉管材的允许抗压强度，最大顶力压强不能超过管材的允许抗压强度；③考虑后背墙的最大允许顶力，不能超过后背墙的允许顶力；④考虑一定的安全系数，为了防止遇到各种情况，必须留有充分安全的余地。
2）中继间设计顶力的确定：为便于配置，中继间的设计顶力应采用同种规格且不能大于主千斤顶的最大允许顶力，并受到油缸允许安装尺寸的限制。
3）根据管道施工段的实际地址情况，参考相近地段、同种工艺、同种管径的顶管实测经验数据，尽可能详细地估测沿途顶力变化趋势。
4）设计是选择合理的顶力公式来确定中继间的数目。一般第一中继间假设位置宜按中继间设计顶力的60%计算，其余中继间的间隔宜按中继间设计顶力的70%计算，主千斤顶所能顶推的长度应按最大设计顶力的70%。
3 设计方法
采用中继间时，总顶力可作如下分配。工具管的迎面阻力由一号中继间承担，其余中继间各承担其前面区段的管道顶进，主千斤顶承担最后一段管道的顶进。具体的设计方法如下：
1）中继间设计顶力应小于或等于主千斤顶的最大允许顶力，因主千斤顶作为后座所能承受的荷载至少应等于每个中继间可能施加的压力。
P中≤P主
式中 P中——中继间设计顶力，kN；
P主——主千斤顶的最大允许顶力，kN。
最大设计顶力由实际提供资料从技术经济角度确定，可根据管材的允许常在里或后背的最大强度确定。
2）主千斤顶最大顶进长度
Lm=P主k3/（f1πD）
式中Lm——主千斤顶顶推管道醉倒长度，ｍ；
D——管道外径，m；
K3——工作系数，取0.70；
f 1——单位面积管道摩阻力，kN/m²，因主千斤顶最大顶进长度较长，对于粘土，可取2～5kN/m²。
3）第一套中继间安装位置：
L1=（P中-PF）k1/（f2πD）
式中 L1——第一套中继间安装位置，m；
PF——工具管迎面阻力，kN；
f2——单位面积管道摩阻力，kN/m²，其中考虑注浆效果，第一套中继间考前放，f2相对大一点，对于粘土，根据实际工程总结，可取f2=50L1-0.5；
k1——工作系数，取0.60。
在计算出来的基础上，第一套中继间的位置宜稍靠前，以防前遇障碍物或土质突变引起迎面阻力加大。因为正常情况下顶力变化不会太大，而一旦顶力突然增大，多半是因前有物体堵住。迎面阻力增大，周边摩阻力基本无太大变化，中继间作用的效果会更显著，宜充分发挥中继间的作用。
4）设置间距：
ΔL=P中K2/（f1πD）
式中ΔL——中继间的间距，m；
K2——工作系数，取0.70。
4.2 触变泥浆
在顶管施工过程中，顶进系统需克服工具管迎面阻力与管道摩阻力，而在长距离顶管及超长距离顶管中，管道摩阻力远大于迎面阻力。施工过程中注浆减摩是减小顶管阻力，增大一次顶进距离的重要措施，尤其是在超长距离顶管中，它更是顶管成功与否的关键环节。
顶管顶进时，通过工具管及管节上预留的注浆孔，向管道外壁压入一定量的减阻浆液，在管道外围形成一个浆液套，减小管节外壁和土层间的摩阻力，从而减小顶进时的顶力。浆液套形成的好坏，直接关系到减阻的效果。如果注入的浆液能在管道外周形成一个比较完成的浆套，则其减摩效果将比较理想。在实际施工过程中，采用在管节四周注触变泥浆，减少阻力是比较常用的方法。
1 触变泥浆和泥浆系统概述
所谓触变泥浆，是膨润土分散在水中，其片状颗粒表面带负电荷，端头带正电荷。如膨润土的含量足够多，则颗粒之间的电键使得分散系形成一个机械结构，膨润土水溶液呈固态，一经触动（摇晃、搅拌、振动或通过超声波、电流）颗粒之间的电键即遭到破坏，膨润土水溶液就随之变为流体状态。如果外界因素停止作用，水溶液又变作固态。该特性称作触变性，该水溶液成为触变泥浆。
泥浆系统有二个作用：第一：送走被掘进产生的渣土和平衡地下水。泥浆系统是由密封的管道组成，通过机头循环，形成泥浆混合物，由排泥管送走，最后沉淀在地面上的泥浆池内，泥浆通过众多的排泥泵被排出。再由进水泵进水送入机头，排泥由变速的排泥泵进行控制。机坑旁通装置可控制进排泥浆的速度、方向，以防止泥渣堵塞管道，淤积现场。当挖粘土时，可能使普通粘土，有一定的粘合度，可以直接将泥浆排入泥浆池内，但是当挖沙土时，泥浆中必须添加一定的粘合剂(如膨润土等)以增加泥浆粘度，以达到排渣的最终日的。夹带泥砂的泥浆，可通过振动筛、循环沉淀器、干燥器等，处理分离渣质，泥浆被再用，渣质被积累后处理。处理渣土用翻斗车，泥浆用罐车运出场区，堆置于郊外，处理时注意不得污染路面等环境。进排泥水系统起着第二个作用：在有地下水存在的地方，掘进机表面的压力可以降低Nd,于水中的压力。这样避免了抽地下水的需要。进排泥水系统中的压力感应器可测出地下水的压力。机内泥水循环系统、电磁阀旁通装置及载水阀可以起到调节水压的作用。机内电磁阀和旁通系统，可以阻止水压的变化，保持水压，在加管道时，不至于减小机头的水压，保证内部压力平衡。
2触变泥浆拌合要求
采用触变泥浆顶管应包括以下设备：泥浆封闭设备、注浆泵、输浆干管、分浆罐及注浆孔等灌浆设备；拌和机及储浆罐等调浆设备。混凝土管材顶进时，应在接口处衬垫辫，防止接口漏浆。垫放防漏材料。灌浆前，应通过注水检查灌浆设备，确认设备正常、无渗漏现象后方可灌注。灌浆应按灌浆孔断面位置的前后顺序依次进行，并应与管道的顶进同步。灌注用注浆泵进行。输浆管宜用钢管或高压胶管，布设至注浆孔，加装注浆闸门。注浆孔个数根据管径而定，一般为4m一处，均匀布置，并具备排气功能。触变泥浆宜采用膨润土配制。膨润土在使用前应测定其胶质价。测定方法符合下列规定：
1）将蒸馏水注入直径25mm、容量100ml的量简中，至刻度60～70ml刻度处。
2）称膨润土试料159，放入量筒中，再加水至95ml刻度，加盖封闭，摇动5分钟，使膨润土与水混合均匀。
3）加入氧化lg，再加入水至100ml刻度，加盖封闭摇动1分钟。
4）静置24小时，使之沉淀，沉淀物的界面刻度即为膨润土的胶质价。
触变泥浆拌和采用下列要求：
1）按试验确定的触变泥浆配合比，称量水、膨润土及碱的质量。
表1 触变泥浆配比（重量比）
膨润土的胶质价 膨润土 水 碱（碳酸钠）
60～70 100 524 2～3
70～80 100 524 1.5～2
80～90 100 614 2～3
90～100 100 614 1.5～2
2）取称量水的一部分与碱配制碱溶液。
3）将剩余水与膨润土拌和均匀。
4）将制配好的碱溶液，注入膨润土浆内，继续搅拌至均匀，形成触变泥浆。
5）拌制好的触变泥浆应静置12小时后方可使用。
为了在顶进完毕后使触变泥浆固结增强，可掺入凝固剂(石膏灰)。但为了在施工使用时保持流动性，还必须掺入缓凝剂(工业六糖)和塑化剂(松香酸钠)。
表2 触变泥浆掺入剂配比（重量比，以膨润土为100）
石灰膏 工业六糖 松香酸钠（干重） 水
42 1 0.1 28
掺入凝固剂时的拌和程序：
1）用规定比例的水分别将工业六糖及松香酸钠溶化。将溶化的工业六糖放入石灰膏内，拌和成均勻的石灰浆。将溶化的松香酸钠放入石灰浆内，拌和均匀。
2）将上述拌和好的掺入剂，按规定比例倒入已拌和好并放置12小时的触变泥浆内，搅拌均匀，即可使用。
3）灌浆遇机械故障、管路堵塞、接头渗漏等情况时，经处理后方可继续顶进。
顶管终止顶进后，应对管外壁与土层之间形成的空隙或触变泥浆层进行充填、置换，保障被穿越的地面构筑物安全，注浆应符合下列要求：在顶进过程中，将对管外壁的土壤造成松动和空洞，顶管施工完毕，为不造成今后的事故需对管外壁压入填充物。压入物可选水泥粉煤灰液，其配比为10：1，使用定量水稀释水泥粉煤灰，置入压力罐中，使用高压空气压入，压入口使用触变泥浆孔管。如在压浆孔加固不当，则采用从地面打孔的方法压浆加固。
五实例应用
生态公园污水管顶管工程中继间的设计如下：
（1）中继间设计顶力应小于或等于主千斤顶的最大允许顶力,因主千斤顶作为支座所能承受的荷载至少应等于每个中继间可能施加的压力。
P中≤P主；
式中P中———中继间设计顶力,kN;
P主———主千斤顶的最大允许顶力,本工程为2500kN。
（2）主千斤顶最大顶进长度:
Lm=P主k3/(f1πD)
式中Lm———主千斤顶顶推管道最大长度,m;
D———管道外径,m;k3———工作系数,取k3=0.80;
f1———单位面积管道摩阻力,kN/m2,因主千斤顶最大顶进长度较长,对于粘土,可取5kN/m2。
计算可得Lm=2500×0.80/（5×3.14×1.5）=84.9m，因最长段长118m，需加设中继间。
（3）第一套中继间安装位置:
L1=(P中-PF)k1/(f2πD)
式中L1———第一套中继间安装位置,m;
PF———工具管迎面阻力,取500kN;
f2———單位面积管道摩阻力,kN/m2,其中考虑注浆效果,第一套中继间靠前放,f2相对大一点,对于粘土,根据实际工程总结,可取f2=50L1-0.5;
k1———工作系数,取k1=0.60。
计算可得L1=（2500-500）0.60/（50L1-0.5 ×3.14×1.5），L1=26m。
在计算出来的基础上,第一套中继间的位置宜稍靠前,以防前遇障碍或土质突变引起迎面阻力加大。因为正常情况下顶力变化不会太大,而一旦顶力突然增大,多半是因前有物体堵住,迎面阻力增大,周边摩阻力基本上无太大变化,中继间作用的效果会更显著,以充分发挥中继间的作用。
（4）设置间距：
ΔL=P中K2/(f1πD)
式中ΔL———中继间的间距,m;
k2———工作系数,普通中继环取k2=0.7,组合密封中继环取k2=0.8。
计算ΔL=2500×0.8/（5×3.14×1.5）=85m。
由于，L1+ΔL=26+85=111m<118m，
综合考虑，跨湖段顶管需设置一套中继间。
在施工过程中，通过中继间及触变泥浆的应用，解决了跨湖段顶力不足的问题，该118m长顶管段顺利顶通，顶进偏差5cm。施工时，利用公园六区湿地水池基坑作为泥浆沉淀池与造浆池，解决了泥浆循环的问题；通过对人工湖进行分区施工，为顶管工程争取了作业时间，保证了整个生态公园施工的连续性。
六总结
顶管施工离不开一些辅助的施工方法，不同的顶管方式以及不同的土质条件应采用不同的辅助施工方法。顶管常用的辅助施工方法有井点降水、高压旋喷、注浆等多种，要因地制宜地使用才能达到事半功倍的效果。
总之，在地下管道施工中，采用长距离顶管施工技术是一种具有很大经济性、安全性、实用性的管道施工技术。
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