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【摘 要】 本论文介绍了泥水平衡法顶管施工原理及其优点，工作井尺寸、混凝土标号及配筋要求方面的内容。
【关键词】 工作井尺寸；各参数；工作井沉井
如今高速公路、国道、省道和县道遍布祖国大地，各种地下输水管线、输油管线、输气管线和其他通讯管线等需在现有道路下穿过，若道路交通因客观条件无法中断，这种情况下，大多使用顶管的施工方法。
顶管工程施工包括人工顶管施工和机械顶管施工。若穿越区域地下水位较高，地质条件较差，施工工期较紧，属于国道或省道等主要交通要道，这时一般选择机械顶管施工。现我简要介绍其中一种泥水平衡法机械顶管施工的原理和其沉井的施工工艺。
一、泥水平衡法顶管施工原理及其优点
1、泥水平衡顶管机原理
泥水平衡法管是利用加压的泥水及刀盘推动切削刀进行挖掘施工的。压力泥水在挖掘面泥土的表面形成一层泥膜，同时通过压力的作用与挖掘面的土压和地下水压力保持动态平衡，有效的稳定挖掘面，将顶管施工对地面的影响即地面沉降减少到最小。当掘进机正常工作时，进排泥阀均打开，机内旁通阀关闭。泥水从进泥管经过进泥阀进入顶管机挖掘面的泥水仓里，挖掘的泥土和砂土经泥水搅拌后，通过排泥管和排泥泵送到地面的泥水分离装置。泥水分离装置将泥砂和水分离以后，泥水再次送入刀盘循环使用。
2、泥水平衡法顶管施工具有的优点
泥水平衡法顶管施工，具有如下优点：①适用的土质范围比较广，如在地下水压力很高以及变化范围较大的条件下也可适用；②可有效的保持挖掘面的稳定，对所顶管周围的土体扰动比较小，因此施工引起的地面沉降很小；③与其他类型顶管相比，泥水顶管施工时的总推力比较小，尤其是在粘土、砂土层表现得更为突出；④工作坑内的作业环境比较好，作业也比较安全。⑤泥水输送弃土的作业连续不断地进行，其施工进度快，能有效的保证工期。
二、泥水平衡法顶管沉井的施工过程
1、沉井的作用
沉井分为接收井和工作井，工作井墙体直接提供顶管施工过程中顶力的反作用力，其侧墙出现变形、裂缝、下沉或偏移等情况，对顶管工程的施工产生决定性影响，甚至直接影响到本次顶管工程施工的成败，接收井可对顶进过程中测量，纠正偏差。
工作井和接收井在顶管工程完成后，为减少占地，一般需要拆除，所以，要求工作井既必须保证安全可靠，又能够最大限度的降低施工成本。
2、沉井的尺寸要求
工作井内要有足够的空间和工作面，保证下管、安装顶进设备和操作间距，工作井内坑长、宽尺寸及导轨间距，可按如下公式：
①工作井内两导轨铺设内间距A
A=2×SQRT[（D-h+e）×（h+e）]
A：两导轨内间距；h：导轨高；D：顶进管子外径；e：管外底距枕木面的距离
②工作坑宽度B
B=D+2b+2c
B：工作坑宽度；D：顶进管子外径；
b：导道两侧的工作宽度，当D≥1000mm时，b=1.6m；当D<1000mm时，b=1.0m；
c=撑板的厚度，c=0.05～0.07m
③工作坑长度L
L=L1+L2+L3+L4+L5
L：工作坑长度；
L1：管子顶进后，顶管管节留在导轨上的最小长度，钢筋混凝土管L1=0.3～0.5m；钢管L1=0.6m
L2：管节长度；L3：出土工作区长度，手推车L3=1.2～1.8m，小土斗车L3=0.6～1.0m
L4：千斤顶长度；L5：后背墙所占工作坑厚度
3、顶管推力计算
F=F1+F2
F：总推力；F1：迎面阻力；F2：顶进阻力
F1=π/4×D2×P
D：顶进管子外径；P：控制土压力
P=Ko×r×Ho
Ko：静止土压系数，一般取0.55
Ho：地面至掘进机中心的厚度，取值5.5m
r：土的重量，一般取1.7～1.8t/m3
F2=πD·f·L
f：管外表面综合磨擦阻力，混凝土管一般取0.4t/m2；
D：顶进管子外径；L：顶距：接收井和工作井间顶管长度；
4、背墙反作用力P
P=α×β×（r×H2×Kp/2+2×c×h×SQRT（Kp）+r×h×H×Kp）
P：背墙反作用力；
α：系數，取1.5～2.5；
β：后背墙的宽度
r：土的重量，一般取1.7～1.8t/m3；
H：后座墙的高度；Kp：被动土压系数tan2（45o+φ/2），φ指内摩擦角；
c：土的内聚力，一般情况下取10；
h：地面到后座墙顶部土体的高度。
5、工作井尺寸、混凝土型号及钢筋的确定
根据上述公式计算，确定工作井长、宽，根据计算出顶管推力和背墙反作用力，核算出工作井高度及沉井的埋深深度。
计算单位面积上顶管推力，根据混凝土极限破坏强度理论值，选择合适标号的混凝土。
工作井的好坏关系顶管工程的成败，为节省材料、更好的受力，一般采取圆形沉井，立筋及横筋一般采用三级钢、直径为20mm、18mm、16mm和14mm的钢筋。
6、工作井沉井
工作井完成浇筑（除底板外）并经养护后，根据设计图纸顶管位置高程，需要把工作井沉降到位。
沉降前，先把测量设备、长臂反铲挖掘机（拉铲或索铲挖掘机亦可）准备就绪，挖掘机开挖靠近井内壁土方，此处沉井向下倾斜，在其对角靠近内壁开挖土方，使其保持平衡，按上述施工方案逐层向下开挖，直至沉降到位。
三、结束语
顶管施工方法越来越多的出现在我们生活中，由于其应用范围较广，在我国南方、北方均有广泛的运用。顶管沉井施工是顶管工作的第一步，也是至关重要的一步，沉井的尺寸、埋深高度、背墙厚度、混凝土标号、钢筋间距及型号，每一个因素对顶管工程均有较大的影响，在掌握好沉井的施工后，再进行顶管的施工，才会有后续工作的顺利进行。
【关键词】 工作井尺寸；各参数；工作井沉井
如今高速公路、国道、省道和县道遍布祖国大地，各种地下输水管线、输油管线、输气管线和其他通讯管线等需在现有道路下穿过，若道路交通因客观条件无法中断，这种情况下，大多使用顶管的施工方法。
顶管工程施工包括人工顶管施工和机械顶管施工。若穿越区域地下水位较高，地质条件较差，施工工期较紧，属于国道或省道等主要交通要道，这时一般选择机械顶管施工。现我简要介绍其中一种泥水平衡法机械顶管施工的原理和其沉井的施工工艺。
一、泥水平衡法顶管施工原理及其优点
1、泥水平衡顶管机原理
泥水平衡法管是利用加压的泥水及刀盘推动切削刀进行挖掘施工的。压力泥水在挖掘面泥土的表面形成一层泥膜，同时通过压力的作用与挖掘面的土压和地下水压力保持动态平衡，有效的稳定挖掘面，将顶管施工对地面的影响即地面沉降减少到最小。当掘进机正常工作时，进排泥阀均打开，机内旁通阀关闭。泥水从进泥管经过进泥阀进入顶管机挖掘面的泥水仓里，挖掘的泥土和砂土经泥水搅拌后，通过排泥管和排泥泵送到地面的泥水分离装置。泥水分离装置将泥砂和水分离以后，泥水再次送入刀盘循环使用。
2、泥水平衡法顶管施工具有的优点
泥水平衡法顶管施工，具有如下优点：①适用的土质范围比较广，如在地下水压力很高以及变化范围较大的条件下也可适用；②可有效的保持挖掘面的稳定，对所顶管周围的土体扰动比较小，因此施工引起的地面沉降很小；③与其他类型顶管相比，泥水顶管施工时的总推力比较小，尤其是在粘土、砂土层表现得更为突出；④工作坑内的作业环境比较好，作业也比较安全。⑤泥水输送弃土的作业连续不断地进行，其施工进度快，能有效的保证工期。
二、泥水平衡法顶管沉井的施工过程
1、沉井的作用
沉井分为接收井和工作井，工作井墙体直接提供顶管施工过程中顶力的反作用力，其侧墙出现变形、裂缝、下沉或偏移等情况，对顶管工程的施工产生决定性影响，甚至直接影响到本次顶管工程施工的成败，接收井可对顶进过程中测量，纠正偏差。
工作井和接收井在顶管工程完成后，为减少占地，一般需要拆除，所以，要求工作井既必须保证安全可靠，又能够最大限度的降低施工成本。
2、沉井的尺寸要求
工作井内要有足够的空间和工作面，保证下管、安装顶进设备和操作间距，工作井内坑长、宽尺寸及导轨间距，可按如下公式：
①工作井内两导轨铺设内间距A
A=2×SQRT[（D-h+e）×（h+e）]
A：两导轨内间距；h：导轨高；D：顶进管子外径；e：管外底距枕木面的距离
②工作坑宽度B
B=D+2b+2c
B：工作坑宽度；D：顶进管子外径；
b：导道两侧的工作宽度，当D≥1000mm时，b=1.6m；当D<1000mm时，b=1.0m；
c=撑板的厚度，c=0.05～0.07m
③工作坑长度L
L=L1+L2+L3+L4+L5
L：工作坑长度；
L1：管子顶进后，顶管管节留在导轨上的最小长度，钢筋混凝土管L1=0.3～0.5m；钢管L1=0.6m
L2：管节长度；L3：出土工作区长度，手推车L3=1.2～1.8m，小土斗车L3=0.6～1.0m
L4：千斤顶长度；L5：后背墙所占工作坑厚度
3、顶管推力计算
F=F1+F2
F：总推力；F1：迎面阻力；F2：顶进阻力
F1=π/4×D2×P
D：顶进管子外径；P：控制土压力
P=Ko×r×Ho
Ko：静止土压系数，一般取0.55
Ho：地面至掘进机中心的厚度，取值5.5m
r：土的重量，一般取1.7～1.8t/m3
F2=πD·f·L
f：管外表面综合磨擦阻力，混凝土管一般取0.4t/m2；
D：顶进管子外径；L：顶距：接收井和工作井间顶管长度；
4、背墙反作用力P
P=α×β×（r×H2×Kp/2+2×c×h×SQRT（Kp）+r×h×H×Kp）
P：背墙反作用力；
α：系數，取1.5～2.5；
β：后背墙的宽度
r：土的重量，一般取1.7～1.8t/m3；
H：后座墙的高度；Kp：被动土压系数tan2（45o+φ/2），φ指内摩擦角；
c：土的内聚力，一般情况下取10；
h：地面到后座墙顶部土体的高度。
5、工作井尺寸、混凝土型号及钢筋的确定
根据上述公式计算，确定工作井长、宽，根据计算出顶管推力和背墙反作用力，核算出工作井高度及沉井的埋深深度。
计算单位面积上顶管推力，根据混凝土极限破坏强度理论值，选择合适标号的混凝土。
工作井的好坏关系顶管工程的成败，为节省材料、更好的受力，一般采取圆形沉井，立筋及横筋一般采用三级钢、直径为20mm、18mm、16mm和14mm的钢筋。
6、工作井沉井
工作井完成浇筑（除底板外）并经养护后，根据设计图纸顶管位置高程，需要把工作井沉降到位。
沉降前，先把测量设备、长臂反铲挖掘机（拉铲或索铲挖掘机亦可）准备就绪，挖掘机开挖靠近井内壁土方，此处沉井向下倾斜，在其对角靠近内壁开挖土方，使其保持平衡，按上述施工方案逐层向下开挖，直至沉降到位。
三、结束语
顶管施工方法越来越多的出现在我们生活中，由于其应用范围较广，在我国南方、北方均有广泛的运用。顶管沉井施工是顶管工作的第一步，也是至关重要的一步，沉井的尺寸、埋深高度、背墙厚度、混凝土标号、钢筋间距及型号，每一个因素对顶管工程均有较大的影响，在掌握好沉井的施工后，再进行顶管的施工，才会有后续工作的顺利进行。