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摘要： 目前，以頂管法为代表的非开挖技术由于具有施工成本低、工期短,对周围的环境影响较小,同时施工的安全性较高等优点在市政工程中应用极为广泛。论文首先介绍了顶管施工的施工原理及施工工艺，分析了现阶段市政工程中管道的顶管施工过程中出现的主要问题，并提出了应对措施，旨在对今后类似工程有一定的参考和借鉴作用。
关 键 词： 市政工程顶管施工 对策
中图分类号：TU99文献标识码：A 文章编号：
Abstract： At present, in order to pipe jacking method for trenchless technology because of its low construction cost, short construction period, less influence on the surrounding environment, while construction of the high security advantages in the municipal engineering in a wide range of applications. The thesis first introduces the pipe jacking construction principle and construction technology, analysis of the present stage of municipal engineering pipe jacking construction of the main problems in the process, put forward to answer measure, designed for future similar projects have a certain reference and reference.
Key words：Municipal Engineering; Pipe jacking construction; Countermeasure.
随着现代化城市的建设和发展的不断加快，地下空间的建设已经成为城市发展的重点对象，特别是地下管道是城市建设和发展的重要基础设施，这些设施包括作为城市给水排水、电力燃气等能源供给、废物排弃、信息传递的物质基础， 因此，做好这些地下工程的施工尤为重要。顶管法是继盾构施工之后发展起来的一种地下管道施工方法，论文重点对市政工程中管道的顶管施工技术进行简要的介绍，并对施工过程中的质量控制进行探讨。
1顶管法施工的相关概述
1.1顶管法的基本原理
顶管法施工是借助于主顶油缸等顶进设备，将工具管或掘进机从工作井穿越土层进入接收井；将紧随其后的工作管道依次连接并埋设在这两个井的管线土层中的敷设地下管线的施工方法。
图1 顶管法施工示意图
1.2顶管施工工艺
顶管施工工艺是指从机械设备开始进入场地到顶进全部结束的整个过程。一个比较完整的顶管施工大体包括以下十六大部分：工作坑和接收坑、洞口止水圈、顶管机、主顶装置、顶铁、基坑导轨、后座墙、推进用管及接口、输土装置、地面起吊设备、测量装置、注浆系统、中继站、辅助施工、供电和照明以及通风和换气。顶管的施工流程可以简单的概述为：铺设管道前，首先在管线的一端建造一个工作坑，在坑里的顶进轴线后方，布置一组左右成对的油缸。然后将需铺设管道的最前端安装工具管并放在油缸前面的导轨上。油缸顶进时，工具管在最前方，推动前面的管道穿过坑壁上预留的穿墙孔把管道压入土中，与此同时，将进入工具管的泥土运输到管外。当油缸达到最大行程后缩回，放入顶铁，油缸继续顶进，如此不断地加入顶铁，管道一直向前顶进。当坑里导轨上的管道全部进入土中后，再吊入下一节管道，继续顶进，如此循环施工，直至管道全部顶完。
2顶管法施工过程中存在的问题
在目前顶管施工中，根据破坏的形式，主要分为四类，即管节端部的破损、管土相互作用造成的管道失稳、管道连接处的破坏和挖掘面的失稳。
2.1管节端部的破损
对顶管顶进过程中出现管材破损的现象，,根据混凝土顶管的破坏状态主要分为两大类：一类是插口或承口全部(或大部分)被压碎，主要原因是：在顶管顶进过程中，因施工距离的增长，中继千斤顶应用在顶管施工过程中，管道周围土体发生位移和砂的沉聚，使得顶管外表面的径向土压力和摩擦系数增大，当再恢复顶进的初始阶段时，顶管所承受的顶进力将会成倍增大，若顶进力超过管材的承载力时,就会发生顶管管节发生压碎破坏现象。另一类是插口或承口局部被压碎，顶环尺寸过小或施工过程造成顶环变形，引起顶环与管端面接触不均匀或顶环端面不平整会引起顶环与管端面的接触无法全部贴切。这样在相同的受力状态下，管道端面的受力不均匀，有些范围接触面大或先接触，所承受的压应力也就越大，最终的破坏也就先从这些地方开始，引起管道局部破坏。
2.2管道失稳
造成管道失稳主要是由于管道施工过程中，前后管节偏离设计轴线。随着顶进距离的增长，当管道周围的土体所承受的土压力超过土的被动土压力时，管道便发生失稳。管道偏离设计轴线的在施工过程中主要表现为下沉、上浮、偏心和错口四个方面。具体表现为：当顶管施工中周围土质不均匀，顶管施工的位置正好处于两种不同土质的分界处，如果下层土质比较松软，极易造成顶管机顶进过程中下沉。或者在泥水平衡法施工中，由于排泥泵的效率低、对管内冲洗不干净，时间长了易使泥水管堵塞，造成顶管机下沉，而顶管机正面的泥水在压力作用下向后窜，泥水的浮力作用使顶管机上浮；在顶管施工注浆过程中，当局部注浆过量，浆液不能形成环状泥浆层，在隧道底部形成浆液的积聚，致使管道上浮。
2.3管道连接处的破坏
管道连接处的破坏主要引起施工中产生漏浆现象和管道的受力不均匀引起应力集中。英国牛津大学的实验研究结果表明中密实度的纤维板优于粗纸板，粗纸板优于胶合板，厚度大的密封材料优于厚度低的密封材料。密封材料随着承受循环荷载次数的增加，压缩性能逐渐降低，与第一次受载的性能完全不同。因此引起封填材料的破坏主要原因为：1）连接处材料刚度不足，在循环应力作用下引起变形，使端口混凝土局部应力集中，导致端口砼破坏；2）管子之间的接触封填材料太薄，材料不连贯密实。
2.4地面沉降
由于地质条件的变化对地面的变形的影响，开挖的过程中，导致土体应力松弛使得水平应力减小；另一方面又由于顶进推力和平衡泥浆或气体压力使水平应力增加。当这两方面引起的应力变化能够维持水平应力基本不变时，施工对领近土体的扰动最小。当掘进机通过时，掘进机外壳与土层间会形成剪切滑动面，剪切滑动面附近的土层内产生剪切应力，剪切应力引起地面变形。推进随度越快，剪切应力越大，周围土体位移也越大。覆盖层太薄是造成地面沉降的主要原因。覆盖层薄，沉降集中在管顶，沉降的绝对值就大。另外覆土太薄，掘进机的正面土体容易上拱，原状土被松动，松动后容易塌方，使土体间留有许多空隙，引起地表沉降。
3顶管工程施工质量控制
3.1施工前的准备
1）工作井的选择要点。工作井的设计主要遵循以下原则：在土质比较软，而且地下水又比较丰富的条件下，首先应选用沉井施工作为工作井。在土质条件较好，地下水少的条件下，应选用钢板桩工作井。工作井选址时首先应考虑尽量避开房屋、地下管线、河塘、架空电线等不利于顶管施工作业的场所。以免造成房屋和地下管线损坏、水土严重流失、坑的安全性降低及触电等事故，从而使增加施工成本、延误工期。其次还要根据顶管施工全线的情况，选取合理的工作井个数，保证在全线范围内工作井数量为最少。2）在施工准备阶段要全面的勘察施工地层的地质条件以及地层的变化情况，确定合理的施工方法；通过监测施工过程中地面的沉降和隆起，控制施工的推进速度；勘察地下水状况，对可能的不稳定因素采取相应措施。对地面上的荷载严格控制，对因荷载引起的挖掘面不稳定实行连续的监测。
3.2注浆工艺
合理使用触变泥浆可以保持土体稳定，减少塌方起到减阻和护壁作用。对长距离顶管其是关系到顶管成功与否的一项关键技术。浆液通过注浆系统由注浆孔注入周围土中。应该注意以下几点：1）膨润土是触变泥浆的主要材料，作为顶管施工用的膨润土应选纳基膨润土，由其拌制成的浆液，触变以后的流动性和静止下来的胶凝性、固化性都比钙基膨润土拌制的浆液要好，对土层的支承和润滑效果好。2）顶进时，及时进行跟踪补浆，确保在掘进机后面及时形成完整的泥浆环套。当管节顶进时，利用掘进机尾部环向均匀布置的压浆孔，与顶进同步进行跟踪注浆，以确保当掘进机顶进时所形成的管壁周围空隙被触变泥浆全部填充从而形成完整的泥浆环套。注浆量与开挖作业的超、欠挖量有关，原则上控制在同步跟踪压浆量为管节外理论空隙体积的8倍左右，补压浆量一般为管节外理论空隙体积。由于在曲线段的外侧存在法向分力的作用，对土体扰动和摩阻力都会增大，所以当掘进机进入曲线段时，应增加对曲线段的注浆量，尽可能形成完整的泥浆套。
3.3轴线控制及沉降监控
在顶进的过程中一定要严格监控管线的偏差，纠偏的幅度也应尽量控制在小范围内，相邻两根管的折角越小越好。同時也可以适当加大木垫板的厚度，来调整偏差。控制顶管顶力的偏心度，顶进中应使顶推合力尽可能与管道的轴线相接近，顶管误差校正,形成误差后应缓缓进行,使管子逐渐复位, 不能猛纠硬调,以防产生相反的结果。常采用:超挖、顶木、千斤顶纠偏法(根据实际需要具体选用)。为监测搅拌桩加固基础施工时对周围土体的扰动造成危房的沉降，顶管工作井、接收井及顶管顶进过程中对危房造成的影响。整个顶管施工过程中每天进行3次监测。设置报警值为当三个及以上点累计沉降大于20mm小于30mm或者日沉降速率大于5mm/d小于8mm/d时为黄色报警，提示控制施工速度，采取措施加强维护体系的可靠度，当三个及以上点累计沉降大于30mm或者日沉降速率大于8mm/d时为红色报警，要求停止施工，确定维护结构是否被破坏、居民房基础处地下水位是否发生较大变化，并加强对沉降控制点的监控，确定沉降是否收敛，通知甲方、设计及监理进行施工方案再确认，待沉降收敛后，经甲方及监理同意开工后再施工。
3.4其他质量控制措施
1）管道破损的防治措施。根据上述插口或承口整圈(或大部分)被压碎的原因分析，可采取在施工中尽量减少顶管机的停机的时间,无特殊原因要采取连续施工的方法。若不能连续施工，可以采用“短间隔短距离”的顶进方法,即每停机一段时间(如 3～6 小时)就开机顶进一小段(如 0.5～1m)，同时可以加强注浆措施减少管外壁的摩擦阻力，尽量减少顶进力。当遇到前方障碍物时，则要停止顶进，采取措施(如开挖)排除障碍后再继续顶进；若是遇到坚硬土层或强度较低的无钢筋水泥桩，则要控制好顶进力，在保证顶进压力不超过管材允许压力的前提下慢慢顶进穿越。2）管道连接处破坏的防治措施。在施工中可以选择性能较好的材料适当改变封填材料的性质，来增大顶管一次的施工距离。同时循环荷载的次数与中继站和工作井之间的距离有关。因此可以通过确定中继站的数量，工作井的距离来控制封填材料的安全性能。
4结语
总之，分析顶管施工过程中的各种存在问题，结合施工特点，重点探讨了施工中应该注意的问题，希望能够对实际工程提供借鉴。
参考文献：
[1] 李震. 泥浆平衡式顶管施工的质量控制[J]. 西南给排水, 2005,(02) .
[2] 刘高佺,万桂芬. 顶管施工工艺及关键技术[J]. 山西建筑, 2009,(15) .
[3] 何大鹏,陈磊. 顶管施工工艺及质量控制[J]. 山西建筑, 2010,(09) .
[4] 杨杰,黎衍辉. 顶管施工技术研究[J]. 科技资讯, 2010,(24) .
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
关 键 词： 市政工程顶管施工 对策
中图分类号：TU99文献标识码：A 文章编号：
Abstract： At present, in order to pipe jacking method for trenchless technology because of its low construction cost, short construction period, less influence on the surrounding environment, while construction of the high security advantages in the municipal engineering in a wide range of applications. The thesis first introduces the pipe jacking construction principle and construction technology, analysis of the present stage of municipal engineering pipe jacking construction of the main problems in the process, put forward to answer measure, designed for future similar projects have a certain reference and reference.
Key words：Municipal Engineering; Pipe jacking construction; Countermeasure.
随着现代化城市的建设和发展的不断加快，地下空间的建设已经成为城市发展的重点对象，特别是地下管道是城市建设和发展的重要基础设施，这些设施包括作为城市给水排水、电力燃气等能源供给、废物排弃、信息传递的物质基础， 因此，做好这些地下工程的施工尤为重要。顶管法是继盾构施工之后发展起来的一种地下管道施工方法，论文重点对市政工程中管道的顶管施工技术进行简要的介绍，并对施工过程中的质量控制进行探讨。
1顶管法施工的相关概述
1.1顶管法的基本原理
顶管法施工是借助于主顶油缸等顶进设备，将工具管或掘进机从工作井穿越土层进入接收井；将紧随其后的工作管道依次连接并埋设在这两个井的管线土层中的敷设地下管线的施工方法。
图1 顶管法施工示意图
1.2顶管施工工艺
顶管施工工艺是指从机械设备开始进入场地到顶进全部结束的整个过程。一个比较完整的顶管施工大体包括以下十六大部分：工作坑和接收坑、洞口止水圈、顶管机、主顶装置、顶铁、基坑导轨、后座墙、推进用管及接口、输土装置、地面起吊设备、测量装置、注浆系统、中继站、辅助施工、供电和照明以及通风和换气。顶管的施工流程可以简单的概述为：铺设管道前，首先在管线的一端建造一个工作坑，在坑里的顶进轴线后方，布置一组左右成对的油缸。然后将需铺设管道的最前端安装工具管并放在油缸前面的导轨上。油缸顶进时，工具管在最前方，推动前面的管道穿过坑壁上预留的穿墙孔把管道压入土中，与此同时，将进入工具管的泥土运输到管外。当油缸达到最大行程后缩回，放入顶铁，油缸继续顶进，如此不断地加入顶铁，管道一直向前顶进。当坑里导轨上的管道全部进入土中后，再吊入下一节管道，继续顶进，如此循环施工，直至管道全部顶完。
2顶管法施工过程中存在的问题
在目前顶管施工中，根据破坏的形式，主要分为四类，即管节端部的破损、管土相互作用造成的管道失稳、管道连接处的破坏和挖掘面的失稳。
2.1管节端部的破损
对顶管顶进过程中出现管材破损的现象，,根据混凝土顶管的破坏状态主要分为两大类：一类是插口或承口全部(或大部分)被压碎，主要原因是：在顶管顶进过程中，因施工距离的增长，中继千斤顶应用在顶管施工过程中，管道周围土体发生位移和砂的沉聚，使得顶管外表面的径向土压力和摩擦系数增大，当再恢复顶进的初始阶段时，顶管所承受的顶进力将会成倍增大，若顶进力超过管材的承载力时,就会发生顶管管节发生压碎破坏现象。另一类是插口或承口局部被压碎，顶环尺寸过小或施工过程造成顶环变形，引起顶环与管端面接触不均匀或顶环端面不平整会引起顶环与管端面的接触无法全部贴切。这样在相同的受力状态下，管道端面的受力不均匀，有些范围接触面大或先接触，所承受的压应力也就越大，最终的破坏也就先从这些地方开始，引起管道局部破坏。
2.2管道失稳
造成管道失稳主要是由于管道施工过程中，前后管节偏离设计轴线。随着顶进距离的增长，当管道周围的土体所承受的土压力超过土的被动土压力时，管道便发生失稳。管道偏离设计轴线的在施工过程中主要表现为下沉、上浮、偏心和错口四个方面。具体表现为：当顶管施工中周围土质不均匀，顶管施工的位置正好处于两种不同土质的分界处，如果下层土质比较松软，极易造成顶管机顶进过程中下沉。或者在泥水平衡法施工中，由于排泥泵的效率低、对管内冲洗不干净，时间长了易使泥水管堵塞，造成顶管机下沉，而顶管机正面的泥水在压力作用下向后窜，泥水的浮力作用使顶管机上浮；在顶管施工注浆过程中，当局部注浆过量，浆液不能形成环状泥浆层，在隧道底部形成浆液的积聚，致使管道上浮。
2.3管道连接处的破坏
管道连接处的破坏主要引起施工中产生漏浆现象和管道的受力不均匀引起应力集中。英国牛津大学的实验研究结果表明中密实度的纤维板优于粗纸板，粗纸板优于胶合板，厚度大的密封材料优于厚度低的密封材料。密封材料随着承受循环荷载次数的增加，压缩性能逐渐降低，与第一次受载的性能完全不同。因此引起封填材料的破坏主要原因为：1）连接处材料刚度不足，在循环应力作用下引起变形，使端口混凝土局部应力集中，导致端口砼破坏；2）管子之间的接触封填材料太薄，材料不连贯密实。
2.4地面沉降
由于地质条件的变化对地面的变形的影响，开挖的过程中，导致土体应力松弛使得水平应力减小；另一方面又由于顶进推力和平衡泥浆或气体压力使水平应力增加。当这两方面引起的应力变化能够维持水平应力基本不变时，施工对领近土体的扰动最小。当掘进机通过时，掘进机外壳与土层间会形成剪切滑动面，剪切滑动面附近的土层内产生剪切应力，剪切应力引起地面变形。推进随度越快，剪切应力越大，周围土体位移也越大。覆盖层太薄是造成地面沉降的主要原因。覆盖层薄，沉降集中在管顶，沉降的绝对值就大。另外覆土太薄，掘进机的正面土体容易上拱，原状土被松动，松动后容易塌方，使土体间留有许多空隙，引起地表沉降。
3顶管工程施工质量控制
3.1施工前的准备
1）工作井的选择要点。工作井的设计主要遵循以下原则：在土质比较软，而且地下水又比较丰富的条件下，首先应选用沉井施工作为工作井。在土质条件较好，地下水少的条件下，应选用钢板桩工作井。工作井选址时首先应考虑尽量避开房屋、地下管线、河塘、架空电线等不利于顶管施工作业的场所。以免造成房屋和地下管线损坏、水土严重流失、坑的安全性降低及触电等事故，从而使增加施工成本、延误工期。其次还要根据顶管施工全线的情况，选取合理的工作井个数，保证在全线范围内工作井数量为最少。2）在施工准备阶段要全面的勘察施工地层的地质条件以及地层的变化情况，确定合理的施工方法；通过监测施工过程中地面的沉降和隆起，控制施工的推进速度；勘察地下水状况，对可能的不稳定因素采取相应措施。对地面上的荷载严格控制，对因荷载引起的挖掘面不稳定实行连续的监测。
3.2注浆工艺
合理使用触变泥浆可以保持土体稳定，减少塌方起到减阻和护壁作用。对长距离顶管其是关系到顶管成功与否的一项关键技术。浆液通过注浆系统由注浆孔注入周围土中。应该注意以下几点：1）膨润土是触变泥浆的主要材料，作为顶管施工用的膨润土应选纳基膨润土，由其拌制成的浆液，触变以后的流动性和静止下来的胶凝性、固化性都比钙基膨润土拌制的浆液要好，对土层的支承和润滑效果好。2）顶进时，及时进行跟踪补浆，确保在掘进机后面及时形成完整的泥浆环套。当管节顶进时，利用掘进机尾部环向均匀布置的压浆孔，与顶进同步进行跟踪注浆，以确保当掘进机顶进时所形成的管壁周围空隙被触变泥浆全部填充从而形成完整的泥浆环套。注浆量与开挖作业的超、欠挖量有关，原则上控制在同步跟踪压浆量为管节外理论空隙体积的8倍左右，补压浆量一般为管节外理论空隙体积。由于在曲线段的外侧存在法向分力的作用，对土体扰动和摩阻力都会增大，所以当掘进机进入曲线段时，应增加对曲线段的注浆量，尽可能形成完整的泥浆套。
3.3轴线控制及沉降监控
在顶进的过程中一定要严格监控管线的偏差，纠偏的幅度也应尽量控制在小范围内，相邻两根管的折角越小越好。同時也可以适当加大木垫板的厚度，来调整偏差。控制顶管顶力的偏心度，顶进中应使顶推合力尽可能与管道的轴线相接近，顶管误差校正,形成误差后应缓缓进行,使管子逐渐复位, 不能猛纠硬调,以防产生相反的结果。常采用:超挖、顶木、千斤顶纠偏法(根据实际需要具体选用)。为监测搅拌桩加固基础施工时对周围土体的扰动造成危房的沉降，顶管工作井、接收井及顶管顶进过程中对危房造成的影响。整个顶管施工过程中每天进行3次监测。设置报警值为当三个及以上点累计沉降大于20mm小于30mm或者日沉降速率大于5mm/d小于8mm/d时为黄色报警，提示控制施工速度，采取措施加强维护体系的可靠度，当三个及以上点累计沉降大于30mm或者日沉降速率大于8mm/d时为红色报警，要求停止施工，确定维护结构是否被破坏、居民房基础处地下水位是否发生较大变化，并加强对沉降控制点的监控，确定沉降是否收敛，通知甲方、设计及监理进行施工方案再确认，待沉降收敛后，经甲方及监理同意开工后再施工。
3.4其他质量控制措施
1）管道破损的防治措施。根据上述插口或承口整圈(或大部分)被压碎的原因分析，可采取在施工中尽量减少顶管机的停机的时间,无特殊原因要采取连续施工的方法。若不能连续施工，可以采用“短间隔短距离”的顶进方法,即每停机一段时间(如 3～6 小时)就开机顶进一小段(如 0.5～1m)，同时可以加强注浆措施减少管外壁的摩擦阻力，尽量减少顶进力。当遇到前方障碍物时，则要停止顶进，采取措施(如开挖)排除障碍后再继续顶进；若是遇到坚硬土层或强度较低的无钢筋水泥桩，则要控制好顶进力，在保证顶进压力不超过管材允许压力的前提下慢慢顶进穿越。2）管道连接处破坏的防治措施。在施工中可以选择性能较好的材料适当改变封填材料的性质，来增大顶管一次的施工距离。同时循环荷载的次数与中继站和工作井之间的距离有关。因此可以通过确定中继站的数量，工作井的距离来控制封填材料的安全性能。
4结语
总之，分析顶管施工过程中的各种存在问题，结合施工特点，重点探讨了施工中应该注意的问题，希望能够对实际工程提供借鉴。
参考文献：
[1] 李震. 泥浆平衡式顶管施工的质量控制[J]. 西南给排水, 2005,(02) .
[2] 刘高佺,万桂芬. 顶管施工工艺及关键技术[J]. 山西建筑, 2009,(15) .
[3] 何大鹏,陈磊. 顶管施工工艺及质量控制[J]. 山西建筑, 2010,(09) .
[4] 杨杰,黎衍辉. 顶管施工技术研究[J]. 科技资讯, 2010,(24) .
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。