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摘要：顶管技术是一项用于市政施工的非开挖掘进式管道铺设施工技术。优点在于不影响周围环境或者影响较小，施工场地小，噪音小。而且能够深入地下作业，这是开挖埋管无法比拟的优点。但是顶管技术也有缺点，施工时间较长，工程造价高等。本文通过对某开发区内规划路沿线顶管施工段的工程实践经验，阐述了顶管施工技术在给排水管道工程中的应用。
关键词：顶管；平衡；泥水；工作井
给排水工程在城市中在居民、工厂、矿业、运输业中等方方面面都有着不可替代的作用，其中生活、生产用水的工程以及消防用水、城市道路绿化等更是需要城市给排水工程的保障。由给水水源、取水构筑物、原水管道、给水处理厂和给水管网组成，具有取集和输送原水、改善水质的作用。某市政规划路给排水施工项目位于某开发区内，其中工作井、接收井均采用矩形钢筋混凝土沉井结构。顶管是一项施工难度较大的工程，也是一项不易引起重视的工程，其根本原理就是非开挖施工技术，是一种不开挖或少开挖的管道埋设施工技术。
非开挖工程技术的出现彻底解决了城市管道建设和管理中对城市建筑物的影响、对城市的熬了的破坏以及造成城市道路交通堵塞等影响的问题，避免了因开挖造成的各种不利影响和缺陷，并且非开挖技术在稳定土层和环境保护方面凸显其优势。这对交通繁忙、人口密集、地面建筑物众多、地下管线复杂的城市是非常重要的，它将为城市创造一个洁净、舒适和美好的环境。
它的技术要点在于纠正管子在地下延伸的偏差。特别适用于大中型管径的非开挖铺设。具有经济、高效，保护环境的综合功能。这种技术的优点是：不开挖地面；不拆迁，不破坏地面建筑物；不影响交通；不破坏环境；施工不受气候和环境的影响；不影响管道的段差变形；省时、高效、安全，综合造价低。
随着社会的进步，非开挖技术一经出现，便在我国沿海经济发达地区广泛应用。城市地下给排水管道、天然气和石油管道、通讯电缆等各种地下管道管线的铺设都大量应用了非开挖技术。采用非开挖技术铺设的管线，不仅能穿越公路、铁路、桥梁、高山，还能顺利通过河流、海峡和地面任何建筑物，性能指标优秀，应用价值高。采用该技术施工，除了降低和节约征地拆迁费用，更重要的是将城市管道铺设施工对城市的影响降至最低，对施工周围环境的影响的程度也降到最低，具有明显经济和社会效益。
一、顶管施工技术方案选择
(1)经调查分析研究及结合本公司在设备和施工及相关的技术能力，采用了密封泥水平衡式顶管工艺进行施工。
(2)泥水式平衡顶管机相比于土压式平衡顶管机，能有效平衡地下水、对付流沙和淤泥质地层。同时泥水式平衡顶管施工比土压式平衡顶管施工具有以下优点：a、可连续顶进作业，施工速度快：b、人员不用进入管道作业，安全性高；c、在淤泥质和砂层中顶进，对地质环境影响小，能有效控制施工精度，而且成本低等。
(3)顶管施工主要设备
该工程选取了GTNS中1500泥水平衡顶管机，50T吊机1台、25T吊机1台，后座泵站2套、整体式顶进构架2套、泥水处理系统2套、激光水准仪1台、全站仪1台、水准仪1台、经纬仪1台，另外还有通用设备电焊机、水泵等。
(4)顶管施工工艺流程
施工前期准备→测量放样、复核→工作井施工→搅拌桩施工→工作井上下设备安装准备→工具头吊装下井、全套设备调试→工具头穿墙顶进→后续吊放管道一管道顶进、测量控制及纠偏→管道排泥和废泥浆外运→下→管节吊放就位→下段顶管顶进一管道贯通、回收工具头→闭水试验→竣工验收、清场。
(5)施工顺序
顶管法施工采取先施工顶管工作井及接收井，后顶进管道，然后施工检查井的施工顺序。顶管工作井及接收井施工、管节制作、顶进施工、检查井施工尽可能平行交叉进行，以缩短工期。
二、顶管工程力学参数确定
1、根据该管径钢管的要求，其不能承受的以上项力，顶力较大，需要增加中继环，顶进的后座采用4个200T的千斤顶，中继环采用10+30T千斤顶，共计300T。顶管中继环布置按照 “工具头20m—中继环一后座60m” 来布置。另外，顶管过程还要采用减阻措施，通常减少管壁摩擦阻力的措施有：管壁与泥土间压触变泥浆减阻(优质膨润土拌制而成)，注浆需要管节间的密封良好，否则浆体会在管节间泄漏起不到应有的作用，减阻效果好时，f—综合摩擦力系数可以降低到0.3－0.8T/m2左右，将触变泥浆的减阻作为保险系数。
2、管材受力计算
钢管内径d=2220mm，厚度t=18mm，每节管长度6000mm，管的端头采用焊接接头。端面受力面积s＝π×(2.238×2.238—2.22×2.22)/4＝0.063m2
可承受的最大顶力为：F=s×5000T/m2/4＝78.8T。
三、各主要工序施工方法
1、项进前准备所有机械设备交班检查
顶进前，机械工需要进行交接班手续，将记录的设备运转情况表交给下一个班组的机械工，并进行口头的设备运转状况交班，刚上班的机械工需要对控制台、各个泥浆泵、管道、测量系统、工具头等进行例行检查。
2、工具头刀盘转动、开进出渣浆泵
交班和例行检查完毕后，接通电源，将工具头的刀盘转动，当设备的参数稳定后，开进出渣浆泵，开始泥浆循环。
3、调整进出渣浆泵流量达到平衡
工具头的操作全部采用在管道外(工作井上)控制台控制，只需1个机手操作，可实现对工具头刀具的转动、纠偏控制、压力显示、时时监控(工具头安装了摄像头、控制台上安装了电视机)。顶进千斤顶，观察工作仓的土压力表，调节渣浆泵的流量达到工作仓的泥水平衡，其平衡的原理是，当进泥和吸泥泵稳定工作时，调节进泥和吸泥的泵量，使工作仓内应保持一定压力，仓内泥水压力应与地下水压力相平衡，泥水压力过大，地面隆起；泥水压力过小，地面沉陷，所以控制顶进与出泥的速度相当关键。
4、泥水处理系统处理好砂土、装车、外运
采用泥水平衡式工具头出土，需要在工具头中注入含有一定泥量的泥浆，通过大刀盘切削工具头前方的原状土，与注入的泥水搅拌，泥水通过吸泥泵排到地表泥水处理系统处理，泥浆可以反复循环使用，处理好的泥沙用泥浆车外运。
5、测量工具头的偏位、作好记录、纠偏
测量方法，在工作井后座位置设置测量机座，测量基座由地面引入地下，避免工作井的变形引起的误差，将全站仪放置在其上调平后，使全站仪发射的激光沿着顶进方向水平射出，打在工具头的测量靶位上，通过望远镜读出工具头的偏差。每隔0.5m记录一次。
6、触变泥浆系统
顶进过程中，需要经常进行压触变泥浆工作，以减少顶进的阻力，触变泥浆系统由拌浆、注浆和管道三部分组成。拌浆是把注浆材料兑水以后再搅拌成所需的浆液(造浆后应静置24小时后方可使用)。注浆是通过注浆泵进行的，根据压力表和流量表，它可以控制注浆的压力(压力控制在水深的1.1～1.2倍)和注浆量(计量桶控制)。
四、总结
顶管过程是一个复杂的力学过程，它涉及材料力学、岩土力学、流体力学、弹塑性力学等诸多学科。压力较小，大量的泥砂涌入，会造成路面破坏，地表设施受损；压力过大，会增大主千斤顶负荷，严重的可能产生冒顶现象。该工程通过了严密的顶管计算，采取了先进的顶管设备，成功高效地完成了该路段顶管施工的工作。
关键词：顶管；平衡；泥水；工作井
给排水工程在城市中在居民、工厂、矿业、运输业中等方方面面都有着不可替代的作用，其中生活、生产用水的工程以及消防用水、城市道路绿化等更是需要城市给排水工程的保障。由给水水源、取水构筑物、原水管道、给水处理厂和给水管网组成，具有取集和输送原水、改善水质的作用。某市政规划路给排水施工项目位于某开发区内，其中工作井、接收井均采用矩形钢筋混凝土沉井结构。顶管是一项施工难度较大的工程，也是一项不易引起重视的工程，其根本原理就是非开挖施工技术，是一种不开挖或少开挖的管道埋设施工技术。
非开挖工程技术的出现彻底解决了城市管道建设和管理中对城市建筑物的影响、对城市的熬了的破坏以及造成城市道路交通堵塞等影响的问题，避免了因开挖造成的各种不利影响和缺陷，并且非开挖技术在稳定土层和环境保护方面凸显其优势。这对交通繁忙、人口密集、地面建筑物众多、地下管线复杂的城市是非常重要的，它将为城市创造一个洁净、舒适和美好的环境。
它的技术要点在于纠正管子在地下延伸的偏差。特别适用于大中型管径的非开挖铺设。具有经济、高效，保护环境的综合功能。这种技术的优点是：不开挖地面；不拆迁，不破坏地面建筑物；不影响交通；不破坏环境；施工不受气候和环境的影响；不影响管道的段差变形；省时、高效、安全，综合造价低。
随着社会的进步，非开挖技术一经出现，便在我国沿海经济发达地区广泛应用。城市地下给排水管道、天然气和石油管道、通讯电缆等各种地下管道管线的铺设都大量应用了非开挖技术。采用非开挖技术铺设的管线，不仅能穿越公路、铁路、桥梁、高山，还能顺利通过河流、海峡和地面任何建筑物，性能指标优秀，应用价值高。采用该技术施工，除了降低和节约征地拆迁费用，更重要的是将城市管道铺设施工对城市的影响降至最低，对施工周围环境的影响的程度也降到最低，具有明显经济和社会效益。
一、顶管施工技术方案选择
(1)经调查分析研究及结合本公司在设备和施工及相关的技术能力，采用了密封泥水平衡式顶管工艺进行施工。
(2)泥水式平衡顶管机相比于土压式平衡顶管机，能有效平衡地下水、对付流沙和淤泥质地层。同时泥水式平衡顶管施工比土压式平衡顶管施工具有以下优点：a、可连续顶进作业，施工速度快：b、人员不用进入管道作业，安全性高；c、在淤泥质和砂层中顶进，对地质环境影响小，能有效控制施工精度，而且成本低等。
(3)顶管施工主要设备
该工程选取了GTNS中1500泥水平衡顶管机，50T吊机1台、25T吊机1台，后座泵站2套、整体式顶进构架2套、泥水处理系统2套、激光水准仪1台、全站仪1台、水准仪1台、经纬仪1台，另外还有通用设备电焊机、水泵等。
(4)顶管施工工艺流程
施工前期准备→测量放样、复核→工作井施工→搅拌桩施工→工作井上下设备安装准备→工具头吊装下井、全套设备调试→工具头穿墙顶进→后续吊放管道一管道顶进、测量控制及纠偏→管道排泥和废泥浆外运→下→管节吊放就位→下段顶管顶进一管道贯通、回收工具头→闭水试验→竣工验收、清场。
(5)施工顺序
顶管法施工采取先施工顶管工作井及接收井，后顶进管道，然后施工检查井的施工顺序。顶管工作井及接收井施工、管节制作、顶进施工、检查井施工尽可能平行交叉进行，以缩短工期。
二、顶管工程力学参数确定
1、根据该管径钢管的要求，其不能承受的以上项力，顶力较大，需要增加中继环，顶进的后座采用4个200T的千斤顶，中继环采用10+30T千斤顶，共计300T。顶管中继环布置按照 “工具头20m—中继环一后座60m” 来布置。另外，顶管过程还要采用减阻措施，通常减少管壁摩擦阻力的措施有：管壁与泥土间压触变泥浆减阻(优质膨润土拌制而成)，注浆需要管节间的密封良好，否则浆体会在管节间泄漏起不到应有的作用，减阻效果好时，f—综合摩擦力系数可以降低到0.3－0.8T/m2左右，将触变泥浆的减阻作为保险系数。
2、管材受力计算
钢管内径d=2220mm，厚度t=18mm，每节管长度6000mm，管的端头采用焊接接头。端面受力面积s＝π×(2.238×2.238—2.22×2.22)/4＝0.063m2
可承受的最大顶力为：F=s×5000T/m2/4＝78.8T。
三、各主要工序施工方法
1、项进前准备所有机械设备交班检查
顶进前，机械工需要进行交接班手续，将记录的设备运转情况表交给下一个班组的机械工，并进行口头的设备运转状况交班，刚上班的机械工需要对控制台、各个泥浆泵、管道、测量系统、工具头等进行例行检查。
2、工具头刀盘转动、开进出渣浆泵
交班和例行检查完毕后，接通电源，将工具头的刀盘转动，当设备的参数稳定后，开进出渣浆泵，开始泥浆循环。
3、调整进出渣浆泵流量达到平衡
工具头的操作全部采用在管道外(工作井上)控制台控制，只需1个机手操作，可实现对工具头刀具的转动、纠偏控制、压力显示、时时监控(工具头安装了摄像头、控制台上安装了电视机)。顶进千斤顶，观察工作仓的土压力表，调节渣浆泵的流量达到工作仓的泥水平衡，其平衡的原理是，当进泥和吸泥泵稳定工作时，调节进泥和吸泥的泵量，使工作仓内应保持一定压力，仓内泥水压力应与地下水压力相平衡，泥水压力过大，地面隆起；泥水压力过小，地面沉陷，所以控制顶进与出泥的速度相当关键。
4、泥水处理系统处理好砂土、装车、外运
采用泥水平衡式工具头出土，需要在工具头中注入含有一定泥量的泥浆，通过大刀盘切削工具头前方的原状土，与注入的泥水搅拌，泥水通过吸泥泵排到地表泥水处理系统处理，泥浆可以反复循环使用，处理好的泥沙用泥浆车外运。
5、测量工具头的偏位、作好记录、纠偏
测量方法，在工作井后座位置设置测量机座，测量基座由地面引入地下，避免工作井的变形引起的误差，将全站仪放置在其上调平后，使全站仪发射的激光沿着顶进方向水平射出，打在工具头的测量靶位上，通过望远镜读出工具头的偏差。每隔0.5m记录一次。
6、触变泥浆系统
顶进过程中，需要经常进行压触变泥浆工作，以减少顶进的阻力，触变泥浆系统由拌浆、注浆和管道三部分组成。拌浆是把注浆材料兑水以后再搅拌成所需的浆液(造浆后应静置24小时后方可使用)。注浆是通过注浆泵进行的，根据压力表和流量表，它可以控制注浆的压力(压力控制在水深的1.1～1.2倍)和注浆量(计量桶控制)。
四、总结
顶管过程是一个复杂的力学过程，它涉及材料力学、岩土力学、流体力学、弹塑性力学等诸多学科。压力较小，大量的泥砂涌入，会造成路面破坏，地表设施受损；压力过大，会增大主千斤顶负荷，严重的可能产生冒顶现象。该工程通过了严密的顶管计算，采取了先进的顶管设备，成功高效地完成了该路段顶管施工的工作。