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摘要：随着城市基础建设日益完善，市政地下工程越来越普遍地采用非开挖技术，其中顶管施工技术正成为地下管道工程中最主要的施工技术之一。本文现对顶管技术在市政工程建设中的应用进行了以下的探讨。
关键词：市政工程；顶管技术；应用
在市政或工业管道施工中，要铺设很多不同直径的管道。传统的挖沟埋管法具有很多的缺点，如影响交通、破坏路面、破坏地表植被、影响正常的商业活动和居民的日常生活等。如采用顶管技术不但能克服上述开挖法施工的不足，而且还具有施工速度快、安全性好的特点。
1.施工方案
1.1施工准备
①降水井：降水井是为了降低工作井及管道施工段的水位，使地下水位处于最低施工面以下30～50cm，避免地下水对施工产生不利影响。
降水井应根据土层的渗水性能确定降水井的类型，考虑到该工程施工范围内地下水位高且土质渗水性能好，故采用管井进行井点降水。该降水井采用水泥混凝土管材，直径400cm，井深8m，用公称口径75mm的潜水泵进行排水。
②工作井：工作井是顶管施工过程中的关键环节，下管、出土、顶进均在工作井内完成，因此工作井的筑砌对顶管施工质量和施工安全起到非常重要的作用。
工作井一般采用分层开挖的方法施工，首次开挖4米深，墙体砌好后，从底部悬挂式开挖直至需要开挖的深度，做基础券墙体与上部结成整体；其尺寸应能满足设备使用要求，一般直径4米，墙厚240mm，深度根据管道流水设计高程综合考虑导轨、水泥砼基础及碎石垫层而定，水泥砼浇注时应严格控制基础设计标高，并用震动棒振捣密实；严格控制后靠背与基础、后靠背与管道纵向中心线的垂直度。
③顶管施工设备：主要包括起重设备（起重架及卷扬机）或行吊（大口径管节需配用吊车）、导轨、顶进设备（高压油泵、千斤顶及顶铁等）、通风设备、照明设备、抽水泵、发电机组及斗车等，其中卷扬机或行吊和导轨为固定装置。
起重架设在工作井上方的活动式工作平台上，下部铰接在工作平台主梁上，上部两侧有缆绳固定；卷扬机设在延伸的工作平台上或设在工作井旁边，但需固定牢固。
导轨可直接放置在水泥砼基础上，并采用浇注砼予以固定，导轨长度为2～3m，间距设置为60cm；安装时应控制导轨的中心线和顶面的高程，确保管道中心及高程能符合设计要求；严格控制导轨，其纵坡与管道纵坡一致。
顶进设备的选择：顶进设备要把管节顶进土里必须克服来自于土的阻力，这就要求顶进设备必须具有足够的顶力，因此选择设备就必须进行顶力计算。
对于顶进深度范围内土质较好的，即开挖能形成稳定拱的，可采用先挖后顶的方法施工。本次施工横穿某国道，地下土质较好，根据经验公式：P=n×P0，其中：P—总顶力，n—土质系数，这里取n为2.0，P0—全部管节重，每个管节重约为2吨，此次每段需要30个管节，则总的顶力为：P=n×P0=2.0×60=120吨。管节下方135°范围内的管壁摩阻力F2=S2×K2，其中F2—顶管侧摩擦力（t），S2—顶管侧面积（m2），K2—顶管侧阻力系数（t/m2），这里取0.5t/m2，F2=S2×K2=135πDLK2/360=135×3.14×1.8×60×0.5/360=63.58吨。顶管阻力F=F1+F2=120+63.58=183.58吨，取使用安全系数1.3，则总顶力F=183.58×1.3=238.66吨，因此选用顶进力为250吨的千斤顶作为顶进设备。
通风设备的选择应先计算需风量和供风量，一般选择风量大于7000L/min的离心式鼓风机，而井内的照明设备应使用不大于12V的低压照明。
1.2施工步骤
①测量轴线及水准点的引入：将地面的管道中心桩引入工作井的侧壁上（两个点），作为顶管中心的测量基线；将地面上的临时水准点引入工作井底，作为顶管高程测量的临时水准点。
②下管：起吊管节时应严格按照安全操作规程和安全保证措施执行，确保安全；管节下放时井内工作人员应躲闪到管道内，待确定安全后方可出来，协助管节落到导轨上。
③千斤顶和顶铁的安装：千斤顶是掘进顶管的主要设备，千斤顶应固定在支架上，并与管道中心的垂线对称；千斤顶安装的高程一般宜使千斤顶的着力点位于管端面垂直直径的1/4左右处；安装顶铁时应注意保护管口；顶铁安装应无歪斜、扭曲现象，必须安装直顺；每次退回千斤顶加放顶铁时，应安放最长的顶铁，保持顶铁数目最少；顶进中，顶铁上面和侧面不能站人，随时观察有无扭曲现象，防止顶铁崩离。
④顶进施工：工作井内设备安装完毕，经检查各部分处于良好状态，即可进行试顶。首先校测设备的水平及垂直标高是否符合设计要求，合格后安放混凝土管节，再次测量标高，核定无误后进行试顶，待调整各项参数后即可正常顶进施工。等到前一个管节顶进好以后，在进行下一个管节的安装和顶进。在施工过程中，做到勤挖勤顶勤测，加强监控。
1.3顶进施工时应重点控制的关键环节
①测量：在顶第一节管时及校正顶进偏差过程中，应每顶进20～30cm，即对中心和高程测量一次；在正常顶进中，应每顶进50～100cm时，测量一次。根据工作井内设的中心桩挂中心线，利用中心尺，测量前一节管前端的轴线中心偏差。使用水准仪和高程尺，测首节管前端内底高程，以控制顶进高程；同时，测首节管后端内底高程，以控制坡度。工作井内应设置两个水准点，以便闭合之用，经常校核水准点，确保准确。
②纠偏措施：当发现偏差在10～20mm时，采用超挖纠偏法，即在偏向的反侧适当超挖，在偏向侧不超挖，甚至留坎，形成阻力，施加顶力后，使偏差回归。当偏差大于20mm时，采用千斤顶纠偏法，当超挖纠偏不起作用时，用小型千斤顶顶在管端偏向的反侧内管壁上，另一端斜撑在有垫板的管前土壁上，支顶牢固后，即可施加顶力。同时配合超挖纠偏法，边顶边支，直至使偏差回归。
③管前超挖要求：在道路和重要构筑物下，不得超越管段以外100mm，管周不得超挖，并随挖随顶。在一般顶管地段，如土质良好，可超挖管端300～500mm，在管周上面允许超挖15mm，下面135℃范围内，不得超挖。
④接口的处理：由于顶管的管材为F型接口，顶管完毕后，对于管与管之间的缝隙，采用膨胀水泥砂浆压实填抹。选用硅酸盐膨胀水泥和洁净的中砂，配合比为膨胀水泥：砂：水=1：1：0.3，随拌随用，一次拌和量应在半小时内用完。填抹前，将接口湿润，再分层填入，压实填抹平整后，在潮湿状态下养护。
1.4注浆
管道完成后，对该施工范围实施注浆处理，以防止路面沉降。
注浆工艺结束后，砌筑雨水流入宋汤河的八字出水口，并在工作井内砌筑暗井，使道路雨水排水管道与顶管连通，待筑砌和抹面砂浆达到设计强度的75%后，用石屑回填用水冲实或用6%石灰土分层回填、分层夯实到管顶以上50cm，至此完成頂管施工。
2.顶管施工技术发展及建议
（1）顶管技术的发展必然要求各种新型管材，设备的研制与开发，特别是要提高各种减阻降摩措施效率。
（2）目前顶管控制很大程度上受到操作人员技术水平的影响，特别是对于采用注浆工艺的顶管，注浆效果直接关系到顶管顶力的大小。
（3）顶管技术水平的提高必然会促进顶管设计理论研究和工程质量的提高。如中继间设计理论的进一步完善，施工工艺与土质条件适应性问题的进一步解决。顶管设计理论与实际的差距将逐渐缩小，最终将能反映实际使用情况。
参考文献：
[1]李素平，褚晓丽.顶管施工技术探讨.中国新技术新产品，2011.
[2]张宝华.有关市政给排水施工中顶管技术的应用研究.城市建设理论研究（电子版），2012.
关键词：市政工程；顶管技术；应用
在市政或工业管道施工中，要铺设很多不同直径的管道。传统的挖沟埋管法具有很多的缺点，如影响交通、破坏路面、破坏地表植被、影响正常的商业活动和居民的日常生活等。如采用顶管技术不但能克服上述开挖法施工的不足，而且还具有施工速度快、安全性好的特点。
1.施工方案
1.1施工准备
①降水井：降水井是为了降低工作井及管道施工段的水位，使地下水位处于最低施工面以下30～50cm，避免地下水对施工产生不利影响。
降水井应根据土层的渗水性能确定降水井的类型，考虑到该工程施工范围内地下水位高且土质渗水性能好，故采用管井进行井点降水。该降水井采用水泥混凝土管材，直径400cm，井深8m，用公称口径75mm的潜水泵进行排水。
②工作井：工作井是顶管施工过程中的关键环节，下管、出土、顶进均在工作井内完成，因此工作井的筑砌对顶管施工质量和施工安全起到非常重要的作用。
工作井一般采用分层开挖的方法施工，首次开挖4米深，墙体砌好后，从底部悬挂式开挖直至需要开挖的深度，做基础券墙体与上部结成整体；其尺寸应能满足设备使用要求，一般直径4米，墙厚240mm，深度根据管道流水设计高程综合考虑导轨、水泥砼基础及碎石垫层而定，水泥砼浇注时应严格控制基础设计标高，并用震动棒振捣密实；严格控制后靠背与基础、后靠背与管道纵向中心线的垂直度。
③顶管施工设备：主要包括起重设备（起重架及卷扬机）或行吊（大口径管节需配用吊车）、导轨、顶进设备（高压油泵、千斤顶及顶铁等）、通风设备、照明设备、抽水泵、发电机组及斗车等，其中卷扬机或行吊和导轨为固定装置。
起重架设在工作井上方的活动式工作平台上，下部铰接在工作平台主梁上，上部两侧有缆绳固定；卷扬机设在延伸的工作平台上或设在工作井旁边，但需固定牢固。
导轨可直接放置在水泥砼基础上，并采用浇注砼予以固定，导轨长度为2～3m，间距设置为60cm；安装时应控制导轨的中心线和顶面的高程，确保管道中心及高程能符合设计要求；严格控制导轨，其纵坡与管道纵坡一致。
顶进设备的选择：顶进设备要把管节顶进土里必须克服来自于土的阻力，这就要求顶进设备必须具有足够的顶力，因此选择设备就必须进行顶力计算。
对于顶进深度范围内土质较好的，即开挖能形成稳定拱的，可采用先挖后顶的方法施工。本次施工横穿某国道，地下土质较好，根据经验公式：P=n×P0，其中：P—总顶力，n—土质系数，这里取n为2.0，P0—全部管节重，每个管节重约为2吨，此次每段需要30个管节，则总的顶力为：P=n×P0=2.0×60=120吨。管节下方135°范围内的管壁摩阻力F2=S2×K2，其中F2—顶管侧摩擦力（t），S2—顶管侧面积（m2），K2—顶管侧阻力系数（t/m2），这里取0.5t/m2，F2=S2×K2=135πDLK2/360=135×3.14×1.8×60×0.5/360=63.58吨。顶管阻力F=F1+F2=120+63.58=183.58吨，取使用安全系数1.3，则总顶力F=183.58×1.3=238.66吨，因此选用顶进力为250吨的千斤顶作为顶进设备。
通风设备的选择应先计算需风量和供风量，一般选择风量大于7000L/min的离心式鼓风机，而井内的照明设备应使用不大于12V的低压照明。
1.2施工步骤
①测量轴线及水准点的引入：将地面的管道中心桩引入工作井的侧壁上（两个点），作为顶管中心的测量基线；将地面上的临时水准点引入工作井底，作为顶管高程测量的临时水准点。
②下管：起吊管节时应严格按照安全操作规程和安全保证措施执行，确保安全；管节下放时井内工作人员应躲闪到管道内，待确定安全后方可出来，协助管节落到导轨上。
③千斤顶和顶铁的安装：千斤顶是掘进顶管的主要设备，千斤顶应固定在支架上，并与管道中心的垂线对称；千斤顶安装的高程一般宜使千斤顶的着力点位于管端面垂直直径的1/4左右处；安装顶铁时应注意保护管口；顶铁安装应无歪斜、扭曲现象，必须安装直顺；每次退回千斤顶加放顶铁时，应安放最长的顶铁，保持顶铁数目最少；顶进中，顶铁上面和侧面不能站人，随时观察有无扭曲现象，防止顶铁崩离。
④顶进施工：工作井内设备安装完毕，经检查各部分处于良好状态，即可进行试顶。首先校测设备的水平及垂直标高是否符合设计要求，合格后安放混凝土管节，再次测量标高，核定无误后进行试顶，待调整各项参数后即可正常顶进施工。等到前一个管节顶进好以后，在进行下一个管节的安装和顶进。在施工过程中，做到勤挖勤顶勤测，加强监控。
1.3顶进施工时应重点控制的关键环节
①测量：在顶第一节管时及校正顶进偏差过程中，应每顶进20～30cm，即对中心和高程测量一次；在正常顶进中，应每顶进50～100cm时，测量一次。根据工作井内设的中心桩挂中心线，利用中心尺，测量前一节管前端的轴线中心偏差。使用水准仪和高程尺，测首节管前端内底高程，以控制顶进高程；同时，测首节管后端内底高程，以控制坡度。工作井内应设置两个水准点，以便闭合之用，经常校核水准点，确保准确。
②纠偏措施：当发现偏差在10～20mm时，采用超挖纠偏法，即在偏向的反侧适当超挖，在偏向侧不超挖，甚至留坎，形成阻力，施加顶力后，使偏差回归。当偏差大于20mm时，采用千斤顶纠偏法，当超挖纠偏不起作用时，用小型千斤顶顶在管端偏向的反侧内管壁上，另一端斜撑在有垫板的管前土壁上，支顶牢固后，即可施加顶力。同时配合超挖纠偏法，边顶边支，直至使偏差回归。
③管前超挖要求：在道路和重要构筑物下，不得超越管段以外100mm，管周不得超挖，并随挖随顶。在一般顶管地段，如土质良好，可超挖管端300～500mm，在管周上面允许超挖15mm，下面135℃范围内，不得超挖。
④接口的处理：由于顶管的管材为F型接口，顶管完毕后，对于管与管之间的缝隙，采用膨胀水泥砂浆压实填抹。选用硅酸盐膨胀水泥和洁净的中砂，配合比为膨胀水泥：砂：水=1：1：0.3，随拌随用，一次拌和量应在半小时内用完。填抹前，将接口湿润，再分层填入，压实填抹平整后，在潮湿状态下养护。
1.4注浆
管道完成后，对该施工范围实施注浆处理，以防止路面沉降。
注浆工艺结束后，砌筑雨水流入宋汤河的八字出水口，并在工作井内砌筑暗井，使道路雨水排水管道与顶管连通，待筑砌和抹面砂浆达到设计强度的75%后，用石屑回填用水冲实或用6%石灰土分层回填、分层夯实到管顶以上50cm，至此完成頂管施工。
2.顶管施工技术发展及建议
（1）顶管技术的发展必然要求各种新型管材，设备的研制与开发，特别是要提高各种减阻降摩措施效率。
（2）目前顶管控制很大程度上受到操作人员技术水平的影响，特别是对于采用注浆工艺的顶管，注浆效果直接关系到顶管顶力的大小。
（3）顶管技术水平的提高必然会促进顶管设计理论研究和工程质量的提高。如中继间设计理论的进一步完善，施工工艺与土质条件适应性问题的进一步解决。顶管设计理论与实际的差距将逐渐缩小，最终将能反映实际使用情况。
参考文献：
[1]李素平，褚晓丽.顶管施工技术探讨.中国新技术新产品，2011.
[2]张宝华.有关市政给排水施工中顶管技术的应用研究.城市建设理论研究（电子版），2012.