摘要：在市政管道施工中，为了不阻断交通、不破坏道路和植被，减少对居民生活和交通干扰。采用人工顶管施工，解决了大面积开挖给交通和市民生活带来的不便，减少了对市容环境的破坏，同时保证了工期，提高了经济效益和社会效益。本方以郑州地铁主变电配套工程电缆隧道施工为背景，对人工顶管施工工艺和控制要点进行研究总结，以便为今后类似工程施工提供一定的参考和借鉴。
关键词：人工顶管，电缆隧道，施工应用
0.引言
近年来，城市地下电缆通道及各类管网蓬勃发展，管道敷设繁杂多样，包括电力、自来水、煤气、热力、天然气、通讯、雨污水等。顶管施工是近年来发展的一项用于市政施工的非开挖掘进式顶管技术，它几乎不影响周边环境，施工受既有环境限制小，占用施工场地小，产生噪音小，而且能够深入地下作业，解决了大面积开挖给交通和市民带来的不便，顶管施工在市政工程中运用越来越广泛。
1.工程概况
郑州地铁5号线主变电站项目位于河南省郑州市郑东新区和二七区境内，由两个主变电站及五段外部电源组成，外部电源全长11.61km，其中排管0.13km，人工顶管6.04km，抛物线顶管1.68km，电缆井124个。外部电源位于郑州市郑东新区和二七区境内。管材采用Ⅱ级F-B钢筋水泥管，管径为Φn1200Φw1440mm和Φ350Φw1600m两种形式，管长2m/节，内穿13位和21位MPP电力管两张形式；中间工作井和末端接收井均采用矩形钢筋混凝土结构，支护方式为倒挂井壁法；埋深4.5m～7.5m，地层以杂填土、粉质黏土、黏质粉土、粉砂土为主，所穿越位置无其他管线。水泥顶管及管位布设形式横断面见图1、图2。
图1 13位水泥顶管断面图
图2 21位水泥顶管断面图
2.主要施工工艺
2.1工艺流程
施工顺序为：工作井施工→ 顶进设备安装调试→ 吊装砼管到轨道上→ 连接好工具管→ 装顶铁→ 开启油泵顶进→ 出土→ 管道贯通→ 拆工具管→ 电缆井施工，工艺流程见图3所示。
图3 施工工艺流程图
2.2准备工作
顶管中的所有设备在顶管前三天前要全部到场，包含：吊车、空压机、注浆机、油压泵、水泵、钢筋混凝土圆管等，动力和照明电缆线要提前铺设到位并测试正常，施工人员到场并经交底、培训考核合格。
2.2.1顶力计算
推力的理论计算：
F=nGpL
式中L—管长（m）；
Gp—单位长度管子自重；
n—土质系数（取0.5）。
得出F= nGpL=0.5×1.25×200=125t。
2.2.2后背墙受力计算
后背墙在油缸顶推力作用下，产生压缩，压缩方向与顶力作用方向一致。后背墙受力计算：
R=aB（rH2KP/2+2CHKP1/2+rhHKP）
式中R——总推力之反力（一般大于推力的1.2～1.6）；
a——系数（1.5～2.5之间，取2）；
B——后背墙的宽度（m），一般按1.0取值；
r——土的容重（kN/m3），一般按15取值；
H——后背座墙的高度（m），一般按1.0取值；
KP——被动土压系数，一般按2.6取值；
C——土的内聚力（kPa），一般按10取值；
h——原地面到后背墙顶面土体的高度（m），此处取4m。
按上式计算，工作井后背墙能承受415t，大于实际顶力200t，完全满足要求。
2.2.3 测量放样
顶管管线放线是保证顶管轴线正确的关键。测量放线准确，是确保顶管机按预定要求顺利进洞的前提，也是符合施工要求的保障。顶管管线放线，就是将工作井入洞口和接收入井出洞口点准确引入工作井内，控制顶管顶进的前进方向和步进距离。
2.2.4 导轨铺设
基坑导轨是安装在工作井内为水泥管出洞提供一个基准的设备。导轨材质要具有坚固、挺直的性能，承受水泥管压力时不发生变形，基坑导轨铺设应注意轨道中线与管线轴线重合。
2.2.5 顶管动力、照明供电
动力电缆设置方式：顶管内布设一路电缆，按其所需配套动力负荷，选择和确定电缆规格，采用TN-S方式供电，三相五线制移动电缆装接。
为防止长距离以后的电压降低问题，放大电缆截面，以尽量减少电阻，采用电缆接头箱来进行电缆接头连接。井下施工的所有移动电机具和设备，必须有严格的接地措施。井下、管道内的照明必须用36V安全电压。
2.3工作井施工
2.3.1工作井设置
按照设计图纸要求，并结合现场实际情况设置工作井位置，井间距60m～80m为宜。工作井底部为矩形，底部尺寸为6m（长度）×4m（宽度），深度为6.4m～9.4m（根据顶管设计埋深确定）。采用双向顶进法实施顶管施工，即沿同一直线方向，顶管机在工作井内，完成一个方向顶进后，再调头顶进另一段。
2.3.2工作井开挖及防护
工作井采用倒挂井壁法施工，25cm厚C20喷锚支护。挖土采用机械开挖，人工配合，土方开挖前先做好定位放线工作。先施做工作井锁口圈，再至上往下，开挖一段支护一段，如此施工至基坑底，工作井挖掘支护完成后，立即进行围挡，并设醒目施工安全警示标志。
2.4顶管顶进
2.4.1顶进设备安装
根据按工况条件做的顶力计算，采用300t千斤顶顶管机，油泵控制操作箱设置在千斤顶侧面，油管顺直、减少转角。千斤顶要与管道中心铅垂线对称固定。千斤顶安装的竖向位置，应使千斤顶着力点布设在管端面垂直于直径的下1/4处为最佳。
2.4.2下管就位
下管时，采用四脚支架及垂直牵引的卷扬机作为下管设备。
1）检查砼管：顶管所用砼管应无破损及纵向裂缝，两端端面均应平齐，管壁表面无鼓包和坑陷，外壁应光洁、圆顺。
2）检查起重设备：起重设备经检查、试吊，确认安全可靠方可下管，下管时工作坑内严禁站人，吊运时应用专用吊钩或柔性吊锁，严禁直接采用钢丝绳穿入管内进行起吊作业。
3）管子就位：第一节管子下到导轨上，测量管子中心及前端和后端的管底高程，确认安装偏差符合要求后方可顶进。第一节管作为工具管，顶进方向与高程必须保证准确。
2.4.3管前挖土与顶进
正式顶进前对管前进行挖土，是控制管节顶进方向、高程和减少偏差的重要作业，是保证顶管质量及管上构筑物安全的关键。顶进施工注意事项：
1）严格控制管前挖土长度。为防止过多挖土引起坍塌，管端前方挖土长度应控制在50cm以下。
2）管子周围超挖：严格控制管子周围超挖，超挖量不超过15mm，保证管壁与土基表面吻合。
3）刚开始顶进时，应缓慢操控油缸，待各部位接触面密合后再按正常速度顶进，应尽量做到连续不间继匀速顶进。
4）顶进时应昼夜两班不间断施工，以保证施工进度；同时防止因中途停滞而导致磨擦力增加，使后续顶进困难，甚至卡机。
5）过程中发现影响顶进安全、质量的问题和隐患，必须及时处理，尽可能减少停滞时间。
6）在纠偏过程中，应分段进行校验，做到每顶进10～20m全面检验一次。
2.4.4顶管外侧与原土层间隙处理
顶管结束后，及时对顶管外侧管壁与原土层之间的空隙进行注浆，充填密实。注浆时控制注浆压力和注浆量，保证顶管周围与原状土之间的空隙填充饱满，防止地面沉降。
顶管施工工艺如图4示意。
图4 顶管施工工艺示意图
3.结束语
郑州地铁5号线外部电源短距离顶管采用人工顶管施工，有效地解决了开挖面积大、拆迁结构物多、破坏道路面积大、交通影响大等施工造成的不便，保证了工期，提高了社会效益。在城市管道领域，包括电力、自来水、煤气、天然气、热力、通讯、雨污水等区间短距离（80m以内）管道城市工程施工可以使用和借鉴。
参考文献：
[1].马保松，D.Stein，蒋国盛等.顶管和微型隧道技术，人民交通出版社，2004年9月；
[2].余彬泉，陈传灿编著.顶管施工技术.北京：人民交通出版社，1998；
[3].叶建良，蒋国盛，窦斌.非开挖铺设地下管线施工技术与实践.武汉：中国地质大学出版社，2000；
[4].颜纯文.非开挖地下管线施工技术及其应用.北京：地震出版社，1999；
[5].CJJ 61-94.中华人民共和国行业标准，城市地下管线探测技术规程；
[6].CJJ 74-99.中华人民共和国行业标准，城镇地道桥顶进施工及验收规程；
[7].JC/T 640-1996.中国建材行业标准“顶进施工法用钢筋混凝土排水管”。
人工顶管在城市电缆隧道施工中的应用
闫谋权
中铁隧道局集团有限公司 广东广州 511458
摘要：在市政管道施工中，为了不阻断交通、不破坏道路和植被，减少对居民生活和交通干扰。采用人工顶管施工，解决了大面积开挖给交通和市民生活带来的不便，减少了对市容环境的破坏，同时保证了工期，提高了经济效益和社会效益。本方以郑州地铁主变电配套工程电缆隧道施工为背景，对人工顶管施工工艺和控制要点进行研究总结，以便为今后类似工程施工提供一定的参考和借鉴。
关键词：人工顶管，电缆隧道，施工应用
0.引言
近年来，城市地下电缆通道及各类管网蓬勃发展，管道敷设繁杂多样，包括电力、自来水、煤气、热力、天然气、通讯、雨污水等。顶管施工是近年来发展的一项用于市政施工的非开挖掘进式顶管技术，它几乎不影响周边环境，施工受既有环境限制小，占用施工场地小，产生噪音小，而且能够深入地下作业，解决了大面积开挖给交通和市民带来的不便，顶管施工在市政工程中运用越来越广泛。
1.工程概况
郑州地铁5号线主变电站项目位于河南省郑州市郑东新区和二七区境内，由两个主变电站及五段外部电源组成，外部电源全长11.61km，其中排管0.13km，人工顶管6.04km，抛物线顶管1.68km，电缆井124个。外部电源位于郑州市郑东新区和二七区境内。管材采用Ⅱ级F-B钢筋水泥管，管径为Φn1200Φw1440mm和Φ350Φw1600m两种形式，管长2m/节，内穿13位和21位MPP电力管两张形式；中间工作井和末端接收井均采用矩形钢筋混凝土结构，支护方式为倒挂井壁法；埋深4.5m～7.5m，地层以杂填土、粉质黏土、黏质粉土、粉砂土为主，所穿越位置无其他管线。水泥顶管及管位布设形式横断面见图1、图2。
图1 13位水泥顶管断面图
图2 21位水泥顶管断面图
2.主要施工工艺
2.1工艺流程
施工顺序为：工作井施工→ 顶进设备安装调试→ 吊装砼管到轨道上→ 连接好工具管→ 装顶铁→ 开启油泵顶进→ 出土→ 管道贯通→ 拆工具管→ 电缆井施工，工艺流程见图3所示。
图3 施工工艺流程图
2.2准备工作
顶管中的所有设备在顶管前三天前要全部到场，包含：吊车、空压机、注浆机、油压泵、水泵、钢筋混凝土圆管等，动力和照明电缆线要提前铺设到位并测试正常，施工人员到场并经交底、培训考核合格。
2.2.1顶力计算
推力的理论计算：
F=nGpL
式中L—管长（m）；
Gp—单位长度管子自重；
n—土质系数（取0.5）。
得出F= nGpL=0.5×1.25×200=125t。
2.2.2后背墙受力计算
后背墙在油缸顶推力作用下，产生压缩，压缩方向与顶力作用方向一致。后背墙受力计算：
R=aB（rH2KP/2+2CHKP1/2+rhHKP）
式中R——总推力之反力（一般大于推力的1.2～1.6）；
a——系数（1.5～2.5之间，取2）；
B——后背墙的宽度（m），一般按1.0取值；
r——土的容重（kN/m3），一般按15取值；
H——后背座墙的高度（m），一般按1.0取值；
KP——被动土压系数，一般按2.6取值；
C——土的内聚力（kPa），一般按10取值；
h——原地面到后背墙顶面土体的高度（m），此处取4m。
按上式计算，工作井后背墙能承受415t，大于实际顶力200t，完全满足要求。
2.2.3 测量放样
顶管管线放线是保证顶管轴线正确的关键。测量放线准确，是确保顶管机按预定要求顺利进洞的前提，也是符合施工要求的保障。顶管管线放线，就是将工作井入洞口和接收入井出洞口点准确引入工作井内，控制顶管顶进的前进方向和步进距离。
2.2.4 导轨铺设
基坑导轨是安装在工作井内为水泥管出洞提供一个基准的设备。导轨材质要具有坚固、挺直的性能，承受水泥管压力时不发生变形，基坑导轨铺设应注意轨道中线与管线轴线重合。
2.2.5 顶管动力、照明供电
动力电缆设置方式：顶管内布设一路电缆，按其所需配套动力负荷，选择和确定电缆规格，采用TN-S方式供电，三相五线制移动电缆装接。
为防止长距离以后的电压降低问题，放大电缆截面，以尽量减少电阻，采用电缆接头箱来进行电缆接头连接。井下施工的所有移动电机具和设备，必须有严格的接地措施。井下、管道内的照明必须用36V安全电压。
2.3工作井施工
2.3.1工作井设置
按照设计图纸要求，并结合现场实际情况设置工作井位置，井间距60m～80m为宜。工作井底部为矩形，底部尺寸为6m（长度）×4m（宽度），深度为6.4m～9.4m（根据顶管设计埋深确定）。采用双向顶进法实施顶管施工，即沿同一直线方向，顶管机在工作井内，完成一个方向顶进后，再调头顶进另一段。
2.3.2工作井开挖及防护
工作井采用倒挂井壁法施工，25cm厚C20喷锚支护。挖土采用机械开挖，人工配合，土方开挖前先做好定位放线工作。先施做工作井锁口圈，再至上往下，开挖一段支护一段，如此施工至基坑底，工作井挖掘支护完成后，立即进行围挡，并设醒目施工安全警示标志。
2.4顶管顶进
2.4.1顶进设备安装
根据按工况条件做的顶力计算，采用300t千斤顶顶管机，油泵控制操作箱设置在千斤顶侧面，油管顺直、减少转角。千斤顶要与管道中心铅垂线对称固定。千斤顶安装的竖向位置，应使千斤顶着力点布设在管端面垂直于直径的下1/4处为最佳。
2.4.2下管就位
下管时，采用四脚支架及垂直牵引的卷扬机作为下管设备。
1）检查砼管：顶管所用砼管应无破损及纵向裂缝，两端端面均应平齐，管壁表面无鼓包和坑陷，外壁应光洁、圆顺。
2）检查起重设备：起重设备经检查、试吊，确认安全可靠方可下管，下管时工作坑内严禁站人，吊运时应用专用吊钩或柔性吊锁，严禁直接采用钢丝绳穿入管内进行起吊作业。
3）管子就位：第一节管子下到导轨上，测量管子中心及前端和后端的管底高程，确认安装偏差符合要求后方可顶进。第一节管作为工具管，顶进方向与高程必须保证准确。
2.4.3管前挖土与顶进
正式顶进前对管前进行挖土，是控制管节顶进方向、高程和减少偏差的重要作业，是保证顶管质量及管上构筑物安全的关键。顶进施工注意事项：
1）严格控制管前挖土长度。为防止过多挖土引起坍塌，管端前方挖土长度应控制在50cm以下。
2）管子周围超挖：严格控制管子周围超挖，超挖量不超过15mm，保证管壁与土基表面吻合。
3）刚开始顶进时，应缓慢操控油缸，待各部位接触面密合后再按正常速度顶进，应尽量做到连续不间继匀速顶进。
4）顶进时应昼夜两班不间断施工，以保证施工进度；同时防止因中途停滞而导致磨擦力增加，使后续顶进困难，甚至卡机。
5）过程中发现影响顶进安全、质量的问题和隐患，必须及时处理，尽可能减少停滞时间。
6）在纠偏过程中，应分段进行校验，做到每顶进10～20m全面检验一次。
2.4.4顶管外侧与原土层间隙处理
顶管结束后，及时对顶管外侧管壁与原土层之间的空隙进行注浆，充填密实。注浆时控制注浆压力和注浆量，保证顶管周围与原状土之间的空隙填充饱满，防止地面沉降。
顶管施工工艺如图4示意。
图4 顶管施工工艺示意图
3.结束语
郑州地铁5号线外部电源短距离顶管采用人工顶管施工，有效地解决了开挖面积大、拆迁结构物多、破坏道路面积大、交通影响大等施工造成的不便，保证了工期，提高了社会效益。在城市管道领域，包括电力、自来水、煤气、天然气、热力、通讯、雨污水等区间短距离（80m以内）管道城市工程施工可以使用和借鉴。
参考文献：
[1].马保松，D.Stein，蒋国盛等.顶管和微型隧道技术，人民交通出版社，2004年9月；
[2].余彬泉，陈传灿编著.顶管施工技术.北京：人民交通出版社，1998；
[3].叶建良，蒋国盛，窦斌.非开挖铺设地下管线施工技术与实践.武汉：中国地质大学出版社，2000；
[4].颜纯文.非开挖地下管线施工技术及其应用.北京：地震出版社，1999；
[5].CJJ 61-94.中华人民共和国行业标准，城市地下管线探测技术规程；
[6].CJJ 74-99.中华人民共和国行业标准，城镇地道桥顶进施工及验收规程；
[7].JC/T 640-1996.中国建材行业标准“顶进施工法用钢筋混凝土排水管”。
论文作者:闫谋权
论文发表刊物:《基层建设》2019年第8期
论文发表时间:2019/6/14
标签：顶管论文; 工作论文; 电缆论文; 管线论文; 后背论文; 千斤顶论文; 导轨论文; 《基层建设》2019年第8期论文;