摘要：随着城市建设的不断发展，各类地下建设工程越来越多，顶管施工技术在工程建设中的作用也越来越明显。顶管技术作为非开挖技术，能够降低交通安全危险和环境危害，其安全经济性被人们所关注。基于此，本文就结合工程案例，对顶管工程施工项目的主要技术要点进行了阐述，以保证工程项目建设的顺利运行，以供参考。
关键词：顶管施工技术；施工方案
1工程概况
拟建项目规划建设场地位于深圳市宝安区松岗街道，南侧有滇西北直流输电工程东方换流站，东侧有五指耙水库，地理位置如图1所示。
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图1建设项目地理位置图示
其中排水管道采用顶管施工及大开挖。顶管施工管径采用DN1650、D1350钢筋混凝土钢承口管（Ⅲ级），总长1075米；大开挖施工管径采用DN1650、D1350钢筋混凝土钢承口管（Ⅲ级），总长169米。管道接口方式采用橡胶圈接口，支护方式采用拉森钢板桩桩长12m、止水帷幕旋喷桩桩长分别4m、5.5m。根据土质条件选择机械顶管施工或人工顶管施工。
2顶管施工的准备工作
设计单位需要进入施工现场勘察与调查实际情况，要对工程地质情况和物理性质等自然环境进行调查和探测，做好各种防护和抢险的物资储备，并制定详细可行的计划，保证施工的安全性和高效性。为了确定合理的施工组织设计，要做好施工准备工作，如：现场平面布置，包括起重设备、管材堆放、自动控制室、注浆系统、拌浆棚及拌浆材料现场、弃土坑的布置等。要勘察清楚施工现场或邻近施工现场地下管网情况，要清楚标注出来，并严格分析哪些管道需要停止工作或搬走。考察施工现场路面交通情况，并根据道路交通情况合理安排施工路线。设计人员一定要摸清建筑物基础桩等情况，清楚掌握施工现场及附近排水管道情况，避免施工污水流入其他位置，规划与设计最佳排污路线，避免管道施工为其带来破坏性影响等。顶管井的设计。顶管井的建造结构有很多种类，顶管井分工作井与接收井两种，工作井的结构形式通常有单孔井和单排孔井，它们结构受力性能由高至低依次为圆形、正方形、矩形。施工前做好技术准备工作，要求业主及设计单位提供顶管顶进路线的详细地质资料，了解地下水状况及其变化规律是否受潮汐的影响而变化等。必须了解土层的物理性质，应搞清含砂量的多少及其砂的级配关系和细度情况，搞清是否强风化、中风化或者弱风化，是否有裂隙发育，抗压强度和抗剪强度是多少，整体结构是条片状结构等等。为确保顶管机出洞的绝对安全，根据现场情况选择最合适的方法，对后靠土体及进、出洞区域土体进行加固，必须在工作井安装洞口止水装置，并确保在顶进过程中压注的触变泥浆不流失，确保工程顺利实施。在现场施工中，应及时清扫管线中的残留物，避免给阀门、仪表和设备带来严重的损害。要对系统进行分段或整体的打压，注意季节对于打压工作的影响，若打水压则一定要采取防冻措施，并检验系统的强度以及气密性。打气压必须制定出打压方案，对系统进行认真分析，还要采取相应的安全保障措施。
3具体的施工方案
3.1泥水平衡式顶管的基本原理
在泥水式顶管施工中，为使挖掘面上保持稳定，必须在泥水仓中充满一定压力的泥水，泥水在挖掘面上可以形成一层不透水的泥膜，它可以阻止泥水向挖掘面里面渗透。同时该泥水本身又有一定的压力，可以用来平衡地下水压力和土压力，从而保证周围地层和建筑物的稳定与安全。
3.2泥水平衡顶管机头、配套设备选择
根据工程区土质情况，采用MEP型刀盘可伸缩式泥水平衡顶管掘进机施工，该机的主要结构为无铰式结构，对称分布6只500kN单作用油缸，既起连接两端机头的作用，又起纠偏作用，机头前端一次组装有刀盘、泥浆仓、胸板、机头倾斜仪传感器、变速箱、电动机等液压控制柜及操纵平台安装在机头后的管节中，机头空间设计合理。
配套设备主要有：
（1）进排泥泵：我们选用r=1.3以下的离心泵作为进排泥泵，不仅能泵送清水，而且可泵送泥浆。
（2）基坑旁通：基坑旁通可改变泥水循环方向，防止管内堵塞。
（3）泥水管路系统：包括泥水钢管、泥水软管、手动明杆式闸阀、流量系统、隔膜式压力表等。
（4）顶管动力及照明配套：按其配套动力负载功率（如下表）选择电缆规格，供电采用TN-S方式，三相五线制移动电缆。电缆接头采用电缆接头箱。
3.3测量放样
①顶管工程的测量工作是整个顶管工程质量的关键，它的实施好坏将直接影响到管线线形的平顺，甚至影响到顶管的顺利贯通，因此需精心实施，确保无误。
②本工程测量包括高程测量和左右偏差测量两部分。
③高程测量：在地面上把永久性水准引测至井边，通过垂直吊钢尺引测至井下，设临时水准点，再在管道内架设水准仪测至机头内标靶，即可知道机头高程偏差。
④左右偏差测量：可在后座设一激光经纬仪，在满足通视的条件下，直接看机头内标靶就可知道左右偏差。
⑤根据接收井预留口间隙，考虑到沉井土建施工存在误差，机头操作也存在误差，我们把管道内导线测量误差控制在±25mm。导线测量测回数定为一测回，必要时增加测回数。
3.4顶力计算
3.4.1钢筋及砼强度等级取值：
（1）钢筋
HPB300级钢筋强度设计值fy=fy′=270N/mm2
HRB400级钢筋强度设计值fy=fy′=360N/mm2
（2）砼：采用C20、C25。
（3）三级混凝土管fc=23.1N/mm2
3.4.2本工程地下水埋深为0.3～5.5m。
3.4.3 1350直径管涵顶力计算
推力计算
管径D1=1.35m
综合摩擦阻力fk=5kPa
管外周长S=3.14d=3.14×1.62=5.087m
顶入管总长度L=158m管壁厚t=0.135m
土的重度.png)
管道覆土层厚度Hs=5.3m
顶管机迎面阻力.png)
管线总顶力计算：.png)
=3.14×1.62×158×5+207.45=4226.022kN
钢筋混凝土管顶管传力面允许最大顶力计算：
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满足要求
3.4.4 1650直径管涵顶力计算
推力计算
管径D1=1.65m
综合摩擦阻力fk=5kPa
管外周长S=3.14D=3.14×1.98=6.22m
顶入管总长度L=120m管壁厚t=0.651m
土的重度.png)
管道覆土层厚度Hs=5.627m
顶管机迎面阻力.png)
管线总顶力计算：.png)
=3.14×1.44×120×5+363.7=3076.66kN
钢筋混凝土管顶管传力面允许最大顶力计算：
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满足要求
3.5施工工艺概述
本标段最大顶距为158米，根据计算，本工程管道顶进只采用注浆减阻，各顶段均不需要安装中继间。但由于地下土质变化的偶然性，现场仍应准备两套中继间，以备土质变化时使用。
（1）工作坑设备的安装与拆除导轨安装的质量是保证管道顶进质量的重要一环，导轨采用50Kg/m导轨，导轨与支架连接采用铁路防爬器，避免由于钢轨可焊性差采用焊接时造成月光焊或断裂。导轨安装的标高，坡度、轴线位置必须准确无误，导轨要牢固可靠，中间不得有接点，安装完毕后要认真对其安装尺寸标高、轴线位置进行复核，符合规范要求后，方可进入下道工序施工。顶管后背必须坚固，并对其强度进行顶力计算，如不能满足要求对其进行加固处理。本工程顶进距离较长，采用3.0m×2.0m组合型钢后背，后背安装必须平整，钢后背后面用砂石塞实，确保不位移。液压千斤顶及油泵的选择应根据每个工作坑的顶进长度、土的内磨擦角、管道直径，管道重量进行计算，合理选用千斤顶及油泵。本工程φ1350和φ1650顶管采用400t液压千斤顶两台为一组。液压千斤顶应对称布置，顶力中心应在管底以上1/3管径位置，其方向必须与管道顶进方向平行，千斤顶底部支承平台要搭设牢固，确保千斤顶的稳定性。工作坑内设备安装完毕后如图2所示：
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图2工作坑内设备安装完毕图示
顶铁的选择应小于液压千斤顶的行程，并考虑适当的安装间隙。工作坑集水井内设φ100排水泵一台，并备用一台，确保工作坑内不间断抽水。顶管工作坑内应设置低压照明设施，其电压不超过36V安全电压。导轨和后背安装完毕要由安质部组织自检，自检合格后报验监理合格后方能开始顶进工作。
（2）管道进、出洞措施
顶管工作中的管道进、出洞口工作是一项很重要的工作，施工中要充分考虑到它的安全性和可靠性，要派专职安全员负责整个开洞的安全工作。进出洞的成功是整个顶管工程顺利完工的关键。预留的管道进出洞口直径应比管外壁大150mm，预留的洞口处应预埋环形钢板，环形钢板上焊接螺栓，在管道进出洞前安装止水橡胶板。
（3）管道顶进施工
①顶进前检查设备、测量高程中心及排水设施等，具备条件后，方可进行顶进。拆除钢木支架洞口处工字钢，并保证上方支撑稳固。②为防止土方坍塌，确保顶管质量，在首节管前端安装管帽，将管帽顶入土中后便可在帽檐下挖土。③首节管顶进高程及中心位置是保证以后顶管质量的关键。初始顶进5m~10m范围内，增加测量密度，要缓慢进行，防止管子上下、左右摆动，增大顶力，影响质量，出现偏差进行纠正时。首节管允许偏差为：轴线位置3mm；高程0~+3mm。④管前挖土长度：土质良好，在正常顶管地段，可超越管端30cm~50cm，并随挖随顶；在土质不良地段，开挖超越管端距离，不得大于30cm.在正常项管地段，管顶部位最大超挖量控制在1.0cm左右，管底部位135°范围内不得超挖，在房屋及道路下等不允许土层下沉的顶管地段，管子周围不得超挖。⑤顶进作业时，禁止进行工作坑内的垂直运输；进行垂直运输时，禁止顶进作业。⑥顶进过程中要加强测量复测，首节管每顶一镐测一次中线及高程，随时纠偏，在顶进一根管后要求每50cm测量一次中线及高程，并做好记录，交接班时必须复测上一班的高程及中线。全段顶完后，及时对管道进行中心、高程的验收。⑦每班均填写施工记录。施工记录包括顶进长度、顶力数值或油泵压力表数值、管位偏差及其校正情况、机械运转情况、土质水位变化以及出现的问题和应注意事项。交接时将施工记录向下一班交接清楚。
3.6顶管施工中要注意的问题
①当掘进机械停止工作时，一定要防止泥水从土层中或洞口及其他地方流失。不然，挖掘面就会失稳。尤其是在出洞这一段时间内更要防止洞口止水圈漏水。
②在掘进过程中，随时注意观察地下水压力的变化，并及时采取相应的措施和对策。
③在顶进过程中，随时注意挖掘面是否稳定，要随时检查泥水的浓度和相对密度是否正常，还要注意进排泥泵的流量及压力是否正常。防止排泥泵的排量过小而造成排泥管的淤积和堵塞现象。
④机头、管道刚入土时必须直顺，前10m顶进速度控制在20mm/min左右。
⑤由于机头在软土中顶进，且覆土深度足够，为减少地面沉降，顶进主要以控制土压力为主，土压力控制在90～110kN/m2间，顶进速度根据土压力随时进行调整。
⑥软土中纠偏反力小，纠偏灵敏度低，纠偏时以较大的纠偏角度进行，可采用“校正”、“恢复”两种方式。“校正”方式是根据机头轴线与设计中心线之间夹角大小，确定是否需要采取纠偏措施，纠偏角约为0.5°～0.8°，“恢复”方式是根据机头轴线与设计中心线之间的累积偏差量，确定是否需要采取纠偏措施，纠偏角约为0.4°～0.7°。
⑦注浆：以控制注浆量为主，控制在0.5～0.6m3/m，此时注浆具有填充纠偏形成的椭圆土洞的作用。
⑧到顶管机头距接收井约20m左右时，将管道轴线再精确复核一遍，为最后方向修正做好准备。
3.7沉降控制及保护措施
根据过去经验，在顶进过程中，控制好顶进压力、注浆量、推进速度，以及控制好轴线测量工作，作到勤纠勤测，精心操作，精心施工，并在顶管沿线及路边重要建筑物设置沉降观测点，这样可有效的控制沉降，使最大沉降量控制在规范允许范围以内，达到预期的控制目标，确保管线与建筑物的安全。重要建筑物的沉降量和不均匀沉降量控制值，需会同业主及有关部门研究确定，施工中据此进行专人定期严格监测，确保建筑物万无一失。
4结语
总之，顶管施工技术是不用开挖的一项很有发展潜力的技术，在污水管道施工与道路建设中都起着重要的作用。在顶管施工项目中要严格把握各个施工阶段的质量，使工程建设满足我国的社会发展需要。
参考文献：
[1]张文瀚，谢雄耀，李攀等.浅层顶管隧道施工对路基变形影响数值分析[J].地下空间与工程学报，2015，07（z2）：1619-1624，1652.
[2]贺昆海.顶管工程关键技术及其实施的风险分析与应用[D].湖南大学，2013.
[3]潘国荣，陈晓龙，丁东强.汕头市过海顶管自动测量系统的研究与实现0].武汉大学学报（信息科学版），2010，35（3）：298--301.
[4]张振宇．顶管技术施工技术在我国的应用与发展［J］．武汉工程职业技术学院学报，2013，2（36）：44－46．
[5]邵浩扬.市政工程顶管施工技术的应用分析[J].房地产导刊，2014（11）.
[6]赵冬梅.浅谈市政工程中顶管施工技术[J].装备制造，2014（12）.
论文作者:朱培亮
论文发表刊物:《基层建设》2020年第1期
论文发表时间:2020/4/21
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