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摘要：顶管技术，又称为非开挖管道敷设技术，指的是采用少开挖或者不开挖的技术对地下管线进行铺设、更换，施工方法安全且经济，是一项综合了电子技术、地质学、液压控制、机械冶金和化学等多门学科综合性的土建工程。
关键词：顶管技术；市政工程；优点；施工方法
Abstract: pipe jacking technology, also known as the trenchless pipe laying technology, refers to the underground pipeline laying, replacement of the less excavation or non excavation technology, construction safety and economy, is an integrated many electronic technology, geology, hydraulic control, mechanical and metallurgical and chemical comprehensive subject of civil engineering.
Keywords: pipe jacking technology; municipal engineering; advantages; construction method
中图分类号：TU99文献标识码：A文章编号：2095-2104（2013）
引言
顶管施工是继盾构施工之后而发展起来的一种地下管线管道施工方法, 由于不开挖地面，所以能够穿越公路、铁道、河川、地面建筑、堤下构筑物以及地下管线等，在给排水、燃气、电力、通信等管道施工中应用越来越广泛。它很适合运用到市政工程，是一种能安全有效地进行环境保护的施工方法，对城市环境的影响能降低到最低点。它不但能克服传统开挖法施工的缺点，而且还有很多的优越性。顶管施工分为非开挖顶管和开挖顶管。
1、非开挖顶管与开挖顶管相比较具有以下优点:
1.1工程质量好,穿越管线能够做到完全满足设计曲线和埋深,不受地下水位变化影响,质量可靠。
1.2有利于保护环境,不影响路面的正常通行, 没有粉尘污染。
1.3施工人员相对较少,采用开挖方法进行穿越至少需要10人至20人, 而采用管道定向钻穿越技术只需8人, 甚至更少。
1.4施工占地相对较少,工期相对要短。
1.5应用范围比较广泛,不受水流、气候和环境的影响。陆地、海上、市区以及铁路、河流的穿越均可采用。
1.6由于成孔孔径仅略大于管径,空隙率仅10%,且为泥浆充填,不会造成上部土层等结构下沉。因此该工艺特别适合于公路、铁路下铺设管线。
2、顶管技术施工应用过程
2.1 勘察和技术准备
首先，进行现场的踏勘和调查。包括以下几个事项：进行人、车流情况的现场观察，以确定人流和车流的交通组织路线，适当在路口设置交通导向牌，并在交通高峰期安排指挥人员疏导交通。对附近之排水系统进行摸底，以设计出最优的排泥水线路，并考虑在必要时期设置施工的临时排水管道，避免污水横流。对施工区域的煤气、供水、电力以及通讯等管道进行现场定位，后进行标示，并进行相应的临时关停和搬迁。调查附近桥梁的桥台基础、桩基间距及深度，明确附近建筑物的基坑所采取的结构形式以及长度是不是在顶管的顶进轴线内，以确定是否采取喷锚结构施工。
其次，进行技术准备。可要求顶管施工区域的业主和设计方提供详尽的地质材料，对土层的力学参数、物理性质以及分布状况等进行详尽了解。地下水状况及其变化规律应摸清，例如地下水源和水面标高是否受到了潮汐影响而产生变化。如果存在砂层，要弄清含砂量的数值、砂的细度情况、砂的级配关系。岩层要弄清是否存在裂隙发育。对于风化岩层，要弄清是强风化、中风化还是弱风化，以及岩层的抗压抗剪强度、岩层是砂岩还是粉沙质泥岩以及它的结构等。一般而言，业主和设计方提供的地质资料不详细，甚至出现截然不同的情况。因此，作为施工单位，应当要求业主补钻。在业主应承的条件下，施工单位可在顶进线路中进行补鉴别孔，局部的问题进行点补技术孔。
2.2 确定顶管的线路和井位
设备的条件和施工周边的环境，决定了顶进距离。由于工作井造价较昂贵，为节约开支要少用工作井，尽量安排向着两个方向顶进。设计院现行设计管道时多按明挖方式进行设计，因此进行现场调查后要尽量地优化路线的设计，避开结构物、树木，以及不利于顶管的一些土层。检查井位的设计，最好每个工作井都有，或者设计在接收井内。在线路设计上，要充分考虑其与附近结构物的距离，避免冲突，以便日后的检查井作业。检查井的间距，可以在现行规范的前提下与设计单位进行协商适当加长。遇到顶进深度的范围内的土层较复杂的情况，要和设计部门进行协商，采取降低或者抬高标高的措施。
2.3 管材和顶力的设计
在管材设计上，由于管材的钢筋布置、配筋量、砼的强度、端部细部处理和一般的承受纵向线的荷载的那些排水管道存在区别，因此一般可依据轴心所受的压柱来设计管材。设计过程中，遇到顶管需纠偏处理这一情况时，应当要考虑管道偏心受压以及局部的应力集中情况，从而预留一定的安全系数。顶力的大小，与土层变化情况、所采用的设备形式、是否存在纠偏、所采用的管材形式，机头切削的形式、后靠背刚度、注浆压力、工作井的形式、以及顶进的速度等等多个因素相关。而实践证明，现行可考虑的是采用整体的三维模型，可以考虑使用多参数的系统对顶管的顶进过程当中各个结构受力的情况进行模拟。
2.4 施工过程
在施工过程中，遇到管线中存有污物与施工残留物的情况，要及时进行清理，避免对阀门、仪表、设备造成严重损害。在安装前后，要对管道进行清扫，可焊一段清一段，以减少在系统封闭之后的清扫工作量。清扫后，可以整体或者分段地对系统进行打压，对系统的气密性以及强度进行检验。打压过程中，需要注意季节产生的影响。
3、实施顶管作业
3.1顶管顶力的预算。
在实施顶管作业之前，必须要对顶管顶力做一个预算，这是整个顶管作业工作胜利进行的一个保证。顶力是顶管工作中的重要因素，后背主顶千斤的顶力要克服各种阻力方能前进，顶管在施工中，影响顶管顶力的的主要因素有：①地质条件，主要包括含砂量，粘聚力，内摩擦角，地下杂质和地下水位；②管材自重，顶力随着管材重量的增大而呈现线性上升趋势，管材越重，顶力越大。③摩擦阻力，顶管管外的摩擦力影响因素很多，比如注浆效果直接关系到顶力的大小；注浆的顶力明显减小，未注浆顶管管外壁的单位面积摩阻力约为20-30kN，有时会再增大2 倍；注浆后顶力可减少1/3- 1/4；④顶进惯入阻力，顶进开始或者一直前进的情况下，顶力惯入的的阻力相对要小些，但是顶进过程中停止时间过长，重新启动顶力会增大。由于停顿时间长，四周松土会坍落在管壁上抱实，同时水分也会从减阻浆液里离析出来，失去减阻支承作用，顶进阻力则增大；⑤管道上垂直、水平的侧压力。管材如果不偏离方向，顶力的阻力相对要小，而管材线路在顶进过程中不断出现偏差，校正过多，因阻力增加也会使顶力增大。这些因素往往复杂地交织在一起，在施工现场难以及时计算出来。所以迫切需要总结、归纳、综合顶管顶力的方法。
3.2顶管出洞。
頂管出洞是顶管作业中一个很值得注意的问题，顶管出洞，即顶管机和第一节管子从工作井中破出洞口封门进入土中。开始正常顶管前的过程，是顶管技术中的关键工序，也是容易发生事故的工序。为防止管线出现偏斜，应采取工具管调零，在工具管下的井壁上加设支撑，若发现下跌立即用主顶油缸进行纠偏，工具管出洞前预先设定一个初始角弥补下跌等措施。
3.3顶管测量控制。
顶管施工发生方向偏移是时常发生的问题，因此顶管测量控制工作应是顶管施工的重点。施工时应该进行三维动态测量，其精度要求很高，在井周围布设一个高精度的控制网，用以测放、检查和修正工作井井区和井下的测量点，如轴线点、井下的测量起始点和后视点等。同时还要测量提供的机头折角、倾斜仪基数和走动趋势、前后尺读数比较、机尾处地面沉降量等等。0.50 以上的大动作纠偏须尽量避免，也应争取在非重要地段进行并注意观测。当然在实施作业时能够使用自动测量系统是最好的。自动测量系统是由顶管工作井井下一台固定于仪器墩上的激光导航仪及工具管前仓的指示板组成。而激光导航仪与安装于控制室内的计算机通过专用双向通讯电缆连接。利用工具头前方纠偏千斤顶顶进行程的控制，来实现顶进方向控制。所以说，通过各种手段加强顶管测量控制工作有利于市政工程的发展。
4、结语
时代要前进，城市要发展。市政设施配套完善，地下各种管道建设将会大量增加，顶管设计和施工也会增多。管径加大，长度加长，有直有曲，种类繁多，这将是今后大城市顶管施工的发展趋势。因此，我们要重视这个良机，进一步地完善和提高我们的顶管设计和施工技术，使之综合施工技术达到国际水平。
参考文献
1 蔡晓东；张宝铭；顶管工艺在市政给水管道施工中的应用[J]；建设科技；2012年14期
2 高峻岭；顶管技术在市政工程中的应用及施工要点分析[J]；甘肃科技；2009年11期
关键词：顶管技术；市政工程；优点；施工方法
Abstract: pipe jacking technology, also known as the trenchless pipe laying technology, refers to the underground pipeline laying, replacement of the less excavation or non excavation technology, construction safety and economy, is an integrated many electronic technology, geology, hydraulic control, mechanical and metallurgical and chemical comprehensive subject of civil engineering.
Keywords: pipe jacking technology; municipal engineering; advantages; construction method
中图分类号：TU99文献标识码：A文章编号：2095-2104（2013）
引言
顶管施工是继盾构施工之后而发展起来的一种地下管线管道施工方法, 由于不开挖地面，所以能够穿越公路、铁道、河川、地面建筑、堤下构筑物以及地下管线等，在给排水、燃气、电力、通信等管道施工中应用越来越广泛。它很适合运用到市政工程，是一种能安全有效地进行环境保护的施工方法，对城市环境的影响能降低到最低点。它不但能克服传统开挖法施工的缺点，而且还有很多的优越性。顶管施工分为非开挖顶管和开挖顶管。
1、非开挖顶管与开挖顶管相比较具有以下优点:
1.1工程质量好,穿越管线能够做到完全满足设计曲线和埋深,不受地下水位变化影响,质量可靠。
1.2有利于保护环境,不影响路面的正常通行, 没有粉尘污染。
1.3施工人员相对较少,采用开挖方法进行穿越至少需要10人至20人, 而采用管道定向钻穿越技术只需8人, 甚至更少。
1.4施工占地相对较少,工期相对要短。
1.5应用范围比较广泛,不受水流、气候和环境的影响。陆地、海上、市区以及铁路、河流的穿越均可采用。
1.6由于成孔孔径仅略大于管径,空隙率仅10%,且为泥浆充填,不会造成上部土层等结构下沉。因此该工艺特别适合于公路、铁路下铺设管线。
2、顶管技术施工应用过程
2.1 勘察和技术准备
首先，进行现场的踏勘和调查。包括以下几个事项：进行人、车流情况的现场观察，以确定人流和车流的交通组织路线，适当在路口设置交通导向牌，并在交通高峰期安排指挥人员疏导交通。对附近之排水系统进行摸底，以设计出最优的排泥水线路，并考虑在必要时期设置施工的临时排水管道，避免污水横流。对施工区域的煤气、供水、电力以及通讯等管道进行现场定位，后进行标示，并进行相应的临时关停和搬迁。调查附近桥梁的桥台基础、桩基间距及深度，明确附近建筑物的基坑所采取的结构形式以及长度是不是在顶管的顶进轴线内，以确定是否采取喷锚结构施工。
其次，进行技术准备。可要求顶管施工区域的业主和设计方提供详尽的地质材料，对土层的力学参数、物理性质以及分布状况等进行详尽了解。地下水状况及其变化规律应摸清，例如地下水源和水面标高是否受到了潮汐影响而产生变化。如果存在砂层，要弄清含砂量的数值、砂的细度情况、砂的级配关系。岩层要弄清是否存在裂隙发育。对于风化岩层，要弄清是强风化、中风化还是弱风化，以及岩层的抗压抗剪强度、岩层是砂岩还是粉沙质泥岩以及它的结构等。一般而言，业主和设计方提供的地质资料不详细，甚至出现截然不同的情况。因此，作为施工单位，应当要求业主补钻。在业主应承的条件下，施工单位可在顶进线路中进行补鉴别孔，局部的问题进行点补技术孔。
2.2 确定顶管的线路和井位
设备的条件和施工周边的环境，决定了顶进距离。由于工作井造价较昂贵，为节约开支要少用工作井，尽量安排向着两个方向顶进。设计院现行设计管道时多按明挖方式进行设计，因此进行现场调查后要尽量地优化路线的设计，避开结构物、树木，以及不利于顶管的一些土层。检查井位的设计，最好每个工作井都有，或者设计在接收井内。在线路设计上，要充分考虑其与附近结构物的距离，避免冲突，以便日后的检查井作业。检查井的间距，可以在现行规范的前提下与设计单位进行协商适当加长。遇到顶进深度的范围内的土层较复杂的情况，要和设计部门进行协商，采取降低或者抬高标高的措施。
2.3 管材和顶力的设计
在管材设计上，由于管材的钢筋布置、配筋量、砼的强度、端部细部处理和一般的承受纵向线的荷载的那些排水管道存在区别，因此一般可依据轴心所受的压柱来设计管材。设计过程中，遇到顶管需纠偏处理这一情况时，应当要考虑管道偏心受压以及局部的应力集中情况，从而预留一定的安全系数。顶力的大小，与土层变化情况、所采用的设备形式、是否存在纠偏、所采用的管材形式，机头切削的形式、后靠背刚度、注浆压力、工作井的形式、以及顶进的速度等等多个因素相关。而实践证明，现行可考虑的是采用整体的三维模型，可以考虑使用多参数的系统对顶管的顶进过程当中各个结构受力的情况进行模拟。
2.4 施工过程
在施工过程中，遇到管线中存有污物与施工残留物的情况，要及时进行清理，避免对阀门、仪表、设备造成严重损害。在安装前后，要对管道进行清扫，可焊一段清一段，以减少在系统封闭之后的清扫工作量。清扫后，可以整体或者分段地对系统进行打压，对系统的气密性以及强度进行检验。打压过程中，需要注意季节产生的影响。
3、实施顶管作业
3.1顶管顶力的预算。
在实施顶管作业之前，必须要对顶管顶力做一个预算，这是整个顶管作业工作胜利进行的一个保证。顶力是顶管工作中的重要因素，后背主顶千斤的顶力要克服各种阻力方能前进，顶管在施工中，影响顶管顶力的的主要因素有：①地质条件，主要包括含砂量，粘聚力，内摩擦角，地下杂质和地下水位；②管材自重，顶力随着管材重量的增大而呈现线性上升趋势，管材越重，顶力越大。③摩擦阻力，顶管管外的摩擦力影响因素很多，比如注浆效果直接关系到顶力的大小；注浆的顶力明显减小，未注浆顶管管外壁的单位面积摩阻力约为20-30kN，有时会再增大2 倍；注浆后顶力可减少1/3- 1/4；④顶进惯入阻力，顶进开始或者一直前进的情况下，顶力惯入的的阻力相对要小些，但是顶进过程中停止时间过长，重新启动顶力会增大。由于停顿时间长，四周松土会坍落在管壁上抱实，同时水分也会从减阻浆液里离析出来，失去减阻支承作用，顶进阻力则增大；⑤管道上垂直、水平的侧压力。管材如果不偏离方向，顶力的阻力相对要小，而管材线路在顶进过程中不断出现偏差，校正过多，因阻力增加也会使顶力增大。这些因素往往复杂地交织在一起，在施工现场难以及时计算出来。所以迫切需要总结、归纳、综合顶管顶力的方法。
3.2顶管出洞。
頂管出洞是顶管作业中一个很值得注意的问题，顶管出洞，即顶管机和第一节管子从工作井中破出洞口封门进入土中。开始正常顶管前的过程，是顶管技术中的关键工序，也是容易发生事故的工序。为防止管线出现偏斜，应采取工具管调零，在工具管下的井壁上加设支撑，若发现下跌立即用主顶油缸进行纠偏，工具管出洞前预先设定一个初始角弥补下跌等措施。
3.3顶管测量控制。
顶管施工发生方向偏移是时常发生的问题，因此顶管测量控制工作应是顶管施工的重点。施工时应该进行三维动态测量，其精度要求很高，在井周围布设一个高精度的控制网，用以测放、检查和修正工作井井区和井下的测量点，如轴线点、井下的测量起始点和后视点等。同时还要测量提供的机头折角、倾斜仪基数和走动趋势、前后尺读数比较、机尾处地面沉降量等等。0.50 以上的大动作纠偏须尽量避免，也应争取在非重要地段进行并注意观测。当然在实施作业时能够使用自动测量系统是最好的。自动测量系统是由顶管工作井井下一台固定于仪器墩上的激光导航仪及工具管前仓的指示板组成。而激光导航仪与安装于控制室内的计算机通过专用双向通讯电缆连接。利用工具头前方纠偏千斤顶顶进行程的控制，来实现顶进方向控制。所以说，通过各种手段加强顶管测量控制工作有利于市政工程的发展。
4、结语
时代要前进，城市要发展。市政设施配套完善，地下各种管道建设将会大量增加，顶管设计和施工也会增多。管径加大，长度加长，有直有曲，种类繁多，这将是今后大城市顶管施工的发展趋势。因此，我们要重视这个良机，进一步地完善和提高我们的顶管设计和施工技术，使之综合施工技术达到国际水平。
参考文献
1 蔡晓东；张宝铭；顶管工艺在市政给水管道施工中的应用[J]；建设科技；2012年14期
2 高峻岭；顶管技术在市政工程中的应用及施工要点分析[J]；甘肃科技；2009年11期