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摘要：本文主要结合实例探讨了顶管在市政道路下水管中的应用。主要阐述了其的设计、施工工艺的选择、管道方向的控制。供同行参考。
关键词：顶管；施工；方向控制；顶力
Abstract: this paper mainly discusses the examples pipe jacking in municipal road application of the pipe. Mainly expounds the design, construction technology of choice, pipe of the direction of control. Refers for the colleague.
Key words: top tube; The construction; Direction control; Jacking force
中图分类号：TU74文献标识码：A 文章编号：
1 顶管设计
某工程排水管道施工大部采用顶管施工，顶管全部采用钢筋混凝土管。钢筋混凝土管内径为1200mm，壁厚120mm，单管长度为2000mm，顶管总长度约2．8 km，一次顶管最长为245m，管道设计埋深5．2m～10．1m，根据岩土工程勘察报告，地质分层从上至下为：
①1层为人工填土层：该层钻孔未揭示，主要由建筑垃圾混粘土组成，分布于村庄、河堤及老路；①2层为粘土(硬壳层)层：层厚0．60m～1．50m，呈饱和、硬塑，下部软塑状态；②1层为淤泥质粘土层：层厚10．20 m～l8．30m，呈饱和、流塑状态，局部为淤泥；②2层为淤泥质亚粘土层：呈饱和、流塑状态，高压缩性，局部分布；③1层为亚砂土层：层厚4．00m～11．00m，呈饱和、软塑一流塑状态，中高压缩性；③2层为粉、细砂层：层厚5．00m～7．00m。
地下水位埋深為原地面以下0．5m～1．2m，管线位于地下水位以下。
考虑到地下水位较高，工作坑埋深大，现场开挖施工困难，设计中工作坑采用了沉井的施工方案；同时考虑到沉井穿越的淤泥质土层不易排水、沉井落在③．层为亚砂土层容易产生流砂等因素，设计时对施工要求沉井采取不排水下沉。对于沉井刃角落在淤泥质土的情况为防止沉井超沉，采用了高压喷射注浆对刃角下淤泥质土预处理的方案。
钢筋混凝土预制管的接口方法依据管口形状而定，一般有平口管、企口管、双插口管(又称“T”型套环管)、钢承口管(又称“F”型管)。依据经验，平口管和企口管属于刚性接口管，因接FI强度低、密封性能差，在长距离顶管施工中基本不用，现在使用双插口管较多，它的使用范围从200 mm～3500mm之间各种口径混凝土管都可以，但在施工中，由于纠偏力会使钢套环与管道接触处缝口张开或者钢套环变形，当朝前的张口充满泥砂后，欲向相反方向纠偏时，上述缝内的泥砂被挤实，而且不易被挤出。这时如果这种纠偏仍在进行，则钢套环的直径将会被撑大，边缘可能被撕裂，也可能使前面某部分钢套环产生卷边，从而使管道密封性失效。目前一种钢承口管(又称“F”型管)的可靠性增加、适用范围扩大，而且在砾砂土中也能使用；由于钢套环埋在混凝土中，增加了它的刚度，不易变形，同时它与混凝土内钢筋骨架焊接，为管端混凝土提供了一个很好的约束作用；“F”型钢承El管的张角达到3％左右，适用于曲线顶进，也不易产生接口渗漏；与企口管比顶进受压面积增加一倍，很适用于长距离顶进。本工程设计中采用了“F”型钢承式接E1，楔形橡胶圈止水。其接口大样见图1。
图1 F型钢承式接口大样图
a)项管出洞详图b)顶管完成后接口详图
为防止顶管工作井及接受井与钢筋混凝土管接口处的漏水，在接口处采用了钢板夹橡胶止水，其接口大样见图2。
另外对于过河顶管段，为确保管道运行安全，河床在管道上、下游各10．0m范围采用0．5m厚干砌块石护底。
2 顶管施工
2．1 工作坑的布置
本工程中根据地形、管线设计、地面障碍物情况，顶管工作坑设计在检查井位置。顶管工作坑采用现场先预制好再沉井的方法施工。
2．2 顶力的估算和顶管设备的选择
I)顶力的估算。
管子向前顶进时主要受两个方向的阻力：a．管道外壁与土壤的摩擦力；b．工作管端挤土的挤压阻力。由于工作管有刃口，其阻力大大小于摩擦力，因此挤压阻力可以略去不计。至直线顶进时可采用公式：
其中F1,F2均为顶力；D为管外径；L为管总长度、 为摩擦系数； 为土壤均布荷载； 为土壤水平荷载；F为管与土壤单位摩擦力； 为顶进管的全部自重； 为安全系数。
2)顶管设备的选择。依据经验顶进设备，目前大多数采用液压千斤顶，主要部件为千斤顶和油泵。顶管的起重设备主要有轨道式龙门起重行机和吊机两种，如果工期短、顶程不长，最好采用吊机；如果顶程长，场地好最好采用行走龙门吊，可降低成本，减少污染。
2．3 施工工艺的选择
目前使用较多的顶管施工工艺是土压平衡和泥水平衡式，两种工艺各有特点。
某市北外环路东段排水管道工程便是采用泥水平衡式施工方法，泥水平衡式顶管施工的优点是：
1)适用的土质范围比较广，如在地下水压力很高、变化范围很大的条件下，它都适用。2)可有效地保持挖掘面的稳定，对所顶管子周围的土体扰动比较小。因此，采用此方法顶管所引起的地面沉降较小。3)与其他类型的顶管比较，泥水顶管施工时的总推力比较小。尤其在粘土层就更为突出，所以特别适用于长距离顶管。4)工作坑内的作业环境较好，作业比较安全，由于它采用泥水管道输送弃土，不存在吊土、清运土等危险作业。
5)泥水输送弃土为连续作业，因此进度比较快。
2．4 管道方向控制
顶管管道方向控制首先要对中心线位置和高程进行测量，然后根据测量结果进行方向的控制。
1)中心线位置及高程测量：中心线水平误差可以用经纬仪测量或垂线检查。
2)管道方向的控制：当掘进顶管铺设的管道中心水平误差大于4-25mm，高程误差大于+10mm和-15mm时，误差范围超过允许值要进行校正，将已偏的顶进方向校正到正确的方向。
3 结束语
顶管法施工作为一种比较新的地下管网施工方法，与其他施工方法比有比较大的优势，尤其是在上海、浙江等软土地基地区，管道埋深超过一定的高度，开挖受土质、周围环境的限制较大，此时通常采用顶管施工。从经济角度考虑，在土质较差的情况下，支护开挖超过5 m，其费用已与顶管费用相差不多，但支护开挖还有受气候影响较大的缺点。顶管也有其缺点，目前泥水平衡式机械大多依靠进口，价格较为昂贵，其施工受地质条件的影响也很大。相信随着我国经济技术的发展，其机械生产将逐步国产化，它的技术、工艺将不断改进，应用将更加广泛。
参考文献：
[1] CECS 246：2008，给水排水工程顶管技术规程[s]．
[2] GB 50141-2008，给水排水构筑物工程施工及验收规范[s]
[3] 高宝林，林小兰．顶管施工在天然气管道穿越铁路中的应用[J]．山西建筑，2009，35(5)：147—148
关键词：顶管；施工；方向控制；顶力
Abstract: this paper mainly discusses the examples pipe jacking in municipal road application of the pipe. Mainly expounds the design, construction technology of choice, pipe of the direction of control. Refers for the colleague.
Key words: top tube; The construction; Direction control; Jacking force
中图分类号：TU74文献标识码：A 文章编号：
1 顶管设计
某工程排水管道施工大部采用顶管施工，顶管全部采用钢筋混凝土管。钢筋混凝土管内径为1200mm，壁厚120mm，单管长度为2000mm，顶管总长度约2．8 km，一次顶管最长为245m，管道设计埋深5．2m～10．1m，根据岩土工程勘察报告，地质分层从上至下为：
①1层为人工填土层：该层钻孔未揭示，主要由建筑垃圾混粘土组成，分布于村庄、河堤及老路；①2层为粘土(硬壳层)层：层厚0．60m～1．50m，呈饱和、硬塑，下部软塑状态；②1层为淤泥质粘土层：层厚10．20 m～l8．30m，呈饱和、流塑状态，局部为淤泥；②2层为淤泥质亚粘土层：呈饱和、流塑状态，高压缩性，局部分布；③1层为亚砂土层：层厚4．00m～11．00m，呈饱和、软塑一流塑状态，中高压缩性；③2层为粉、细砂层：层厚5．00m～7．00m。
地下水位埋深為原地面以下0．5m～1．2m，管线位于地下水位以下。
考虑到地下水位较高，工作坑埋深大，现场开挖施工困难，设计中工作坑采用了沉井的施工方案；同时考虑到沉井穿越的淤泥质土层不易排水、沉井落在③．层为亚砂土层容易产生流砂等因素，设计时对施工要求沉井采取不排水下沉。对于沉井刃角落在淤泥质土的情况为防止沉井超沉，采用了高压喷射注浆对刃角下淤泥质土预处理的方案。
钢筋混凝土预制管的接口方法依据管口形状而定，一般有平口管、企口管、双插口管(又称“T”型套环管)、钢承口管(又称“F”型管)。依据经验，平口管和企口管属于刚性接口管，因接FI强度低、密封性能差，在长距离顶管施工中基本不用，现在使用双插口管较多，它的使用范围从200 mm～3500mm之间各种口径混凝土管都可以，但在施工中，由于纠偏力会使钢套环与管道接触处缝口张开或者钢套环变形，当朝前的张口充满泥砂后，欲向相反方向纠偏时，上述缝内的泥砂被挤实，而且不易被挤出。这时如果这种纠偏仍在进行，则钢套环的直径将会被撑大，边缘可能被撕裂，也可能使前面某部分钢套环产生卷边，从而使管道密封性失效。目前一种钢承口管(又称“F”型管)的可靠性增加、适用范围扩大，而且在砾砂土中也能使用；由于钢套环埋在混凝土中，增加了它的刚度，不易变形，同时它与混凝土内钢筋骨架焊接，为管端混凝土提供了一个很好的约束作用；“F”型钢承El管的张角达到3％左右，适用于曲线顶进，也不易产生接口渗漏；与企口管比顶进受压面积增加一倍，很适用于长距离顶进。本工程设计中采用了“F”型钢承式接E1，楔形橡胶圈止水。其接口大样见图1。
图1 F型钢承式接口大样图
a)项管出洞详图b)顶管完成后接口详图
为防止顶管工作井及接受井与钢筋混凝土管接口处的漏水，在接口处采用了钢板夹橡胶止水，其接口大样见图2。
另外对于过河顶管段，为确保管道运行安全，河床在管道上、下游各10．0m范围采用0．5m厚干砌块石护底。
2 顶管施工
2．1 工作坑的布置
本工程中根据地形、管线设计、地面障碍物情况，顶管工作坑设计在检查井位置。顶管工作坑采用现场先预制好再沉井的方法施工。
2．2 顶力的估算和顶管设备的选择
I)顶力的估算。
管子向前顶进时主要受两个方向的阻力：a．管道外壁与土壤的摩擦力；b．工作管端挤土的挤压阻力。由于工作管有刃口，其阻力大大小于摩擦力，因此挤压阻力可以略去不计。至直线顶进时可采用公式：
其中F1,F2均为顶力；D为管外径；L为管总长度、 为摩擦系数； 为土壤均布荷载； 为土壤水平荷载；F为管与土壤单位摩擦力； 为顶进管的全部自重； 为安全系数。
2)顶管设备的选择。依据经验顶进设备，目前大多数采用液压千斤顶，主要部件为千斤顶和油泵。顶管的起重设备主要有轨道式龙门起重行机和吊机两种，如果工期短、顶程不长，最好采用吊机；如果顶程长，场地好最好采用行走龙门吊，可降低成本，减少污染。
2．3 施工工艺的选择
目前使用较多的顶管施工工艺是土压平衡和泥水平衡式，两种工艺各有特点。
某市北外环路东段排水管道工程便是采用泥水平衡式施工方法，泥水平衡式顶管施工的优点是：
1)适用的土质范围比较广，如在地下水压力很高、变化范围很大的条件下，它都适用。2)可有效地保持挖掘面的稳定，对所顶管子周围的土体扰动比较小。因此，采用此方法顶管所引起的地面沉降较小。3)与其他类型的顶管比较，泥水顶管施工时的总推力比较小。尤其在粘土层就更为突出，所以特别适用于长距离顶管。4)工作坑内的作业环境较好，作业比较安全，由于它采用泥水管道输送弃土，不存在吊土、清运土等危险作业。
5)泥水输送弃土为连续作业，因此进度比较快。
2．4 管道方向控制
顶管管道方向控制首先要对中心线位置和高程进行测量，然后根据测量结果进行方向的控制。
1)中心线位置及高程测量：中心线水平误差可以用经纬仪测量或垂线检查。
2)管道方向的控制：当掘进顶管铺设的管道中心水平误差大于4-25mm，高程误差大于+10mm和-15mm时，误差范围超过允许值要进行校正，将已偏的顶进方向校正到正确的方向。
3 结束语
顶管法施工作为一种比较新的地下管网施工方法，与其他施工方法比有比较大的优势，尤其是在上海、浙江等软土地基地区，管道埋深超过一定的高度，开挖受土质、周围环境的限制较大，此时通常采用顶管施工。从经济角度考虑，在土质较差的情况下，支护开挖超过5 m，其费用已与顶管费用相差不多，但支护开挖还有受气候影响较大的缺点。顶管也有其缺点，目前泥水平衡式机械大多依靠进口，价格较为昂贵，其施工受地质条件的影响也很大。相信随着我国经济技术的发展，其机械生产将逐步国产化，它的技术、工艺将不断改进，应用将更加广泛。
参考文献：
[1] CECS 246：2008，给水排水工程顶管技术规程[s]．
[2] GB 50141-2008，给水排水构筑物工程施工及验收规范[s]
[3] 高宝林，林小兰．顶管施工在天然气管道穿越铁路中的应用[J]．山西建筑，2009，35(5)：147—148