河北省水利水电勘测设计研究院 天津 300250
摘要：保定市南水北调配套工程输水管道穿越公路均采用顶管方式，规范、合理的理论计算为顶管施工提供理论依据，为配套工程的顺利完成提供强大的理论支持。该工程中对顶管的计算在规范基础上结合实际情况对参数进行合理化调整，并通过各个顶管工程不断实践，解决了顶管工程中顶力增大，管口开裂等问题，为同类工程提供了经验。
关键词：南水北调配套；顶进力；中继间；背墙；工作坑
1、概述
保定市南水北调配套工程穿越公路均采用顶管方式，其中保定市（郑家佐)输水管道采用双排顶进，管径2.0m，大王店支线输水管道采用单排顶进，管径1.5m，顶管长度最短的中纺路为34m，最长的燕赵街顶管为350m，顶进中对单排顶管和双排顶管，短距离顶管和长距离顶管分类型进行了大量的计算，为施工阶段的顺利实施提供有力保障。在施工中对顶力等参数进行实时监控，及时调整，采取相应措施，既确保施工安全又加快施工进度。
2、顶进力计算
顶管施工中的顶进力是指在施工中推进整个管道系统和相关机械设备向前运动的力，需要克服顶进中的各种阻力，同时在顶进过程中还不断受到各种外界因素影响，如顶管纠偏、后背偏移等，顶进力的计算是顶管工程至关重要的环节。
2.1设计顶力
设计顶力值按《给水排水工程顶管技术规程》（CECS 246：2008）中公式（12.4.1）计算
保定市（郑家佐）输水管线穿越满城县燕赵街顶管长度350m，计算总顶力远远大于许用顶力，故根据计算设置4套中继间，每个70m设置一道。虽然中继间能够解决长距离顶管的难题，中继开启后对施工进度影响较大，因此该顶管中采取的减阻措施，通过改善触变泥浆性能，减小阻力，并通过管口采取钢环加强，保证管口允许顶力，顶进过程中对顶进力进行实施监控，顶进103m时开启中继间，中继间开启后每天顶进8m降低为每天顶进3m，后两个中继间相继开启后，施工进度降低为每天顶进2m。通过该施工过程，根据计算每隔70m设置中继间是必要的，中继间可在施工中可根据顶力的实时监控，选择性适时开启。
3、后座反力计算
后座是将顶管的顶力传递至后背土体的墙体结构，其强度和刚度应满足传递最大顶力的需要。计算中假定主顶千斤顶施加的顶进力是通过后座墙均匀地作用在工作坑后的土体上，为确保后座在顶进过程中的安全，后座的反力或土抗力R应为的总顶进力P的1.2～1.6倍，反力R可采用公式3-1计算：
在实际工作中，顶管施工由于每节管顶进顶力反复作用于后座墙后土体，土体在反复作用下造成压缩变形，孔隙水压力增大，工作坑四壁土体灌浆不密实等都会造成有效应力降低，综合上述可变因素，在不明确可靠条件的情况下，后座的反力或土抗力R应与总顶进力P的比值宜取大值。另由于保定市（郑家佐）输水管道为双排平行顶管，为保证顶进过程中后背墙的稳定性，避免后背墙偏移导致顶管顶力增大以及管线偏移等情况，后背采用双管单坑整体式钢筋混凝土墙，并在施工中同时顶进，保证均匀受力。
4、工作坑尺寸
工作坑是顶管施工的重要工作场所，直接影响施工的质量，工作坑内部设有后背墙，导轨，顶铁，运土设备等。其工作坑的尺寸直接影响施工设备的运行和施工内容的便捷，工作坑形状一般有矩形、圆形、腰圆形、多边形等，本项目采用矩形工作坑。
矩形工作坑的底部尺寸应满足式（4-1）、（4-2）和式（4-2）要求：
B = D1 + S （4-1）
L ≥ L1 + L3 + k （4-2）
L ≥ L2 + L3 + L4 + k （4-3）
式中：B——矩形工作坑的底部宽度，m；
D1——管道外径，m；
S——操作宽度，m；
L——矩形工作坑的底部长度，m；
L1——顶管工具管长度，m；
L2——管节长度，m；
L3——千斤顶长度，m；
L4——留在坑内的管道最少长度，可取0.5 m；
k——后座墙的厚度和顶铁的厚度及安装富余量，m。
L取公式中（4-2）和（4-2）计算结果中的较大值。
工作坑深度应符合式（6.3-4）和式（6.3-5）要求：
H1 = Hs1 + D1+ h （6.3-4）
H2 = Hs2 + D1+ h （6.3-5）
式中：H1——顶进坑地面至坑底的深度，m；
H2——接收坑地面至坑底的深度，m；
HS——管顶覆土层厚度，m；
D1——管道外径，2.4m；
h——管底操作空间，m；
工程中根据该公式并结合管道安装、施工操作空间等实际情况对工作坑尺寸进行了调整，最终确定单排1.5m顶管工作坑尺寸为5.4m×9.0m，双排2.0m顶管（管净距4.0m）工作坑尺寸为12.0×9.0m。
5、结语
保定市南水北调配套工程管道共计穿越等级公路顶管16处，该项目中每次顶管顶进前根据地质条件选择合适的计算参数，开始顶进中观测压力表变化情况，顶进中对选用参数进行修正，保证顶力计算的合理性。根据地质条件配制适宜的泥浆，减少顶进阻力，加快顶进速度，并根据顶力变化情况及时补浆，并对部分外壁粗糙的管节进行了外壁打蜡处理。通过实践证明该理论计算是合理的和必要的，并对理论计算的参数选用情况进行了总结和汇总，对同类工程提供了经验。
参考文献：
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作者简介：
韩磊，2007年毕业于河北工业大学土木工程专业，同年7月就职于河北省水利水电勘测设计研究院市政处，从事道路桥梁相关设计工作。在南北北调配套工程输水管道穿越非断交等级公路的顶管工程中解决了深基坑和双排长距离顶管的计算。
论文作者:韩磊
论文发表刊物:《基层建设》2018年第2期
论文发表时间:2018/5/16
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