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摘要：顶管技术是一种对周围施工环境影响较小的施工技术，以其能够避开障碍物、减少开挖上部土层、保护坡度的优点应用于南水北调配套工程中。本文将以南水北调工程为背景对顶管施工技术的应用原理、技术优点、技术要点等进行介绍，以期对我国的顶管施工有借鉴作用。
关键词：南水北调；配套工程；顶管施工技术
南水北调工程规划的东、中、西线干线总长度长达4350公里，路经很多地势崎岖、障碍重重的地区，这种条件恶劣的施工环境下普通土层开挖方式不再适用，而顶管施工技术能够通过因地打造工作坑、选择最佳管道位置的方式有效地解决这一系列问题，下面将对这项施工技术展开具体研究。
1.顶管施工技术的应用原理及优点
1.1顶管技术的应用原理
顶管施工技术是一种铺设地下管道的非开挖或少开挖管道埋设技术，其工作原理是借助主顶油缸的推力将管道从顶进井推向土层，并克服掉管道与土层之间的摩擦力将管道推入接收坑，最后将土方运走，当一段管道铺设成功后接着进行下一段管道的铺设。在整个过程中需要对顶进井和接收井进行开挖，而铺设的管道不进行开挖，因此是一种少开挖或不开挖的铺设技术。
1.2顶管技术的优点
一是只需要对顶进井和接收井进行开挖，不需要对管道铺设上层土地进行开挖，对地面建筑的影响小；二是能够有效解决地形条件不好、障碍物过多等施工问题，能够在避开不良施工障碍的同时保护施工环境；三是占地面积小，不影响管道上部土层的建筑物；四是施工工期短，由于南水北调干线部分分布在东部城市中，要求施工工期短以减少施工过程对交通、城市环境美观的影响。顶管技术由于其以上优点被广泛应用于南水北调配套工程中。
2.顶管技术的关键问题
2.1顶管的顶力大小
顶管是由顶进井通过主顶油缸顶到接收井的，因此顶管受到的顶力是否足够大是施工能否完成的关键。影响顶力的一般因素有：一是受管道长度的影响，一般来说管道越长所需要的顶力越大；二是受施工当地地质的影响，不同的地质对管道的摩擦力不同，如果遇到摩擦因数相对较大的地质时顶管受到的侧壁摩擦阻力过大，可能无法将管道传送至接收井。施工队可以根据实际施工环境增加顶力但是无法无限的增加顶力的大小，因此如何在适当的范围内增加顶力就成了顶管施工的关键问题。[1]
2.2顶管的方向控制
由于各地的施工地质不一、顶力不均匀或其他某些突发状况可能导致顶管的运行轨道与预先设计的轴线不一致，即管道铺设方向偏离预设轨道。一旦顶管的顶进方向改变就会导致管道弯曲、管道所受阻力加大使管道顶进困难，对施工工作造成极大的不便从而延长工期，严重影响南水北调工程的实施。
2.3施工塌方问题
一是防止后背墙发生坍塌，由于在顶管顶进过程中顶力是由后背墙承受的，如果后背墙的承受力不够大就会导致后背墙不稳定甚至发生坍塌问题。防止后背墙发生坍塌不仅要对其承受力进行计算更要做好顶进井的开挖工作，根据实际情况对顶进井的长、宽、高进行计算，保证顶进井的稳定性；二是防止正面坍塌，由于顶管在流砂层等减阻的环境下前进并且正面挤压力有时不足会引起正面坍塌，会导致地面下沉并导致管道前进方向发生偏移，管道轴线弯曲。
3．顶管施工过程的要点措施
3.1精确计算方法，掌握施工关键数据
一是确保顶管有足够的顶力将其传送至接收井，要由专业测量人员对管外径、侧壁摩擦力、管道外壁综合摩擦力、顶进距离等数值进行精确计算，通过经验公式计算出顶管所需的顶力，这是保证管道铺设顺利的一个重要前提；二是对工作井的各项数据进行计算，工作井的稳定是顶管施工成功的关键，根据经验在施工过程中的工作井一般是矩形的，由专业人员对工作井的底部各边长、后背墙的厚度、顶进井地面到底部的深度等数值进行计算，最后确定工作井的长、宽、高；三是对后背承载力的计算，顶管的顶力由后背墙承担，为了保证施工质量安全必须保证后背墙的稳定性，这就要求施工人员对后背承载力进行精确计算防止后背墙坍塌。下表是顶力、工作井和后背承载力的具体计算公式。[2]
3.2提高技术工艺，减少顶力阻力
目前有两种施工工艺能够在施工强度允许的范围内增加顶力：一是通过采取润滑剂减少阻力的方式减少对顶力的消耗，一般是通过在顶管与管壁之间压注泥浆的方式在顶管壁周围形成一个泥浆套，使顶管前进的环境由摩擦因数较大的管壁改为摩擦因数较小的泥浆套以减少顶管阻力；二是采用中继接力顶进的技术工艺，在管道内设置中继环使顶管接力前进即使顶管分段接力前进，通过这种分段的方式克服摩擦力。
3.3控制顶进方向和高度，纠正顶进轨道
只有管道按照预定的轨道进行才能保证施工的顺利进行，因此如何控制顶管的顶进方向和高度是解决问题的关键。若管道发生偏离了在进行纠正此时管道已偏离了预定轨道，已经发生了一段距离的偏移和弯曲，因此要在一开始控制管道的方向和高度：一是保证顶力的稳定性，保证顶管的各个方向所受的顶力都是均匀的，防止顶管因受力不均导致轴向发生偏移；二是均衡顶管所受的阻力，可以通过对管壁外压注泥浆形成泥浆套使顶管周围的摩擦因数相同，保证顶管受的摩擦阻力相同以保证其顶进的方向和高度按照预定轴线前进。[3]
总结：
由于顶管施工技术能够有效的保护施工环境并且灵活的避开障碍物被广泛应用于南水北调配套工程中。本文通过对顶管施工技术常见的问题出发进而提出了相对应的解决技术方式，以期能够加快南水北调工程的进程。
参考文献：
[1]俞金钟.穿越道路顶管施工技术浅析［J］.河南水利与南水北调，2014(6)
[2]孟繁琪.南水北调配套工程顶管施工关键数据的计算[J].河南水利与南水北调2015（7）
[3]王进涛.顶管施工技术在南水北调供水配套工程中的应用[J].河南水利与南水北调2014（13）
论文作者:杨国香
论文发表刊物:《基层建设》2017年6期
论文发表时间:2017/6/20
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