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【摘要】近年来顶管施工技术在我国发展迅猛。顶管施工是一种具体的非开挖管道铺设方法，同时还是以顶管施工原理为基础的一些非开挖铺管技术的总称,施工时噪音影响远远小于开槽式敷设管道,并将大部分作业面移入地下,从而减少了对地面交通的影响，而且在较深的埋深情况下施工成本要小于开槽式敷设管道。该文结合郑州市郑东新区龙子湖第一东西横贯道路污水工程实际情况,对顶管工艺做了简要阐述。
【关键词】泥水平衡式机械顶管，沉井工艺。
当地面建(构)筑物较多，无法采用开槽工艺进行地下管线施工，或开槽施工支护费用过大，易造成建筑物的破坏，以及碴土堆放、外运造成市区污染，给市民工作、生活带来不便时，易采用顶管施工工艺，进行地下管网施工。郑州市郑东新区龙子湖第一东西横贯道路污水工程全长1591.65m，主管道管径为900mm，埋深为8～9m，地下水位埋深2.5～3.5m，由于埋深较深、地下水位较浅，开挖施工及降水费用过大，依此本工程选用顶管施工工艺，且顶管经过的土层为流沙层，所以最终确定泥水平衡式机械顶管的施工工艺。
一、顶管法施工的原理
顶管法施工原理是在管道的沿线按设计的方案设置工作井和接收井。工作井内设置坚固的后座,吊进油压千斤顶以及要顶进的钢筋混凝土管,接好照明以及泥浆管、油管等管线,然后用油压千斤顶缓慢顶进。通过压浆系统使管节周围形成泥浆套,管道在泥浆套中滑行,在顶进的过程中通过激光经纬仪测量顶管的方向,边顶进边排土边调整,直至将钢筋混凝土管顶至接收井内。工作井均为双向顶进，采用泥水平衡顶进法施工，顶管井在施工结束后做污水检查井用。
二、顶管施工
1、工作井和接收井
根据地质情况、现场条件以及工作井和接收井深度较深，结构形式均采用钢筋混凝土沉井结构。沉井混凝土均采用C30防水混凝土，抗渗等级P6；钢筋为HPB235级，HRB335级；混凝土保护层40mm，最大裂缝控制0.2mm。井筒、流槽：MU10煤矸石实心砖、M7.5水泥砂浆，20mm厚1：2水泥砂浆抹面。
工作井和接收井的尺寸根据管道管径、顶管设备、后靠背土体稳定等因素确定，工作井净尺寸长7.0 m、宽3.7m、高6.0 m,接收井净尺寸长6.0 m、宽3.7m、高6.0 m。
沉井计算参数：场地抗浮设计水位地下2.5米；沉井下沉系数1.1；抗浮系数1.05；机械顶管工作井设计的最大顶力为2000kN，要求注浆后顶进的摩阻系数不大于3.5KN/平方米，顶管设计最大顶力4000KN。结构计算通过了下沉计算、抗浮验算、承载力计算、井壁内力计算等过程，经计算确定沉井的结构厚度和配筋。
基坑开挖前提前一周开始降水，直至沉井上部回填土后方可停止降水，每座沉井一周均布四个直径400mm的大口井降水，井深25m。基坑开挖深度2.5米，采用砖砌挡墙护壁，护壁高出原地面0.5米以上。工作坑开挖时每边需增加0.5m的工作宽度。
沉井现场预制，强度达到设计强度的90%以上时方可下沉施工，沉井应整体预制一次下沉，下沉过程中注意观测，避免突沉、侧沉及下沉困难当下沉困难时可采取灌砂或水冲等措施,及时观测基坑壁变化情况，遇到细砂层及可能产生坍塌时应事前采取措施。
施工过程中若地下水位较高应采取可靠降排水措施，使地下水位保持在开挖面以下1.0米；沉井施工如降水有困难可采用不排水下沉、水下封底的施工工艺，施工时需采用可靠的助沉、配重等措施，及时观测基坑变化情况，遇到细砂层及可能产生坍塌的情况应事先采取措施。沉井下沉接近设计标高时应严格控制下沉速度，达到设计标高时应及时采用导管法进行水下混凝土封底，封底时清除井内锅底浮泥，并进行水下检测、整平，待水下混凝土达到设计强度后方可将井内水抽除再进行下道工序施工。顶管顶进应待底板混凝土达到设计强度100%后方可进行。
2、油压千斤顶吊放就位，轨道安装
由于导轨是一定向轨道,其安装质量对管道顶进工作影响很大，因此安装后的导轨应当牢固准确,不得在使用中产生位移,纵坡应与管道设计坡度相一致，导轨的安装精度必须满足施工要求,其允许偏差为:轴线3 mm。
3、管节的选用、安装
管节必须全面检验，发现外观有缺陷的一律禁止使用。管道吊放前上好橡胶止水圈。将管节吊放在轨道上，安放环形顶铁，缓慢推进，让接头平顺对接。如发现有破坏、翻转、出槽等现象，必须退出管节重新更换、调整橡胶圈，重新安装对接。接头对好后，继续开动液压千斤顶将管节顶进。
4、管节顶进
顶进的流程为:测量放样→施工工作井→井内导轨机架/液压系统、止水圈等设备安装→地面辅助设施安装→顶管机吊装就位→激光经纬仪安装→第一节管顶出工作井→正常顶进→第一节管道进入检查井位置→结束顶进。
顶管注意事项:
①当掘进机停止工作时,一定要防止泥浆从土层或洞口及其他地方流失,以保证挖掘面的稳定。尤其是在进洞这一段时间内更应防止洞口止水圈漏水。
②在挖掘过程中,应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,保证挖掘面的稳定。
③在顶进过程中,要不时检查泥浆的密度和性能是否正常,还要注意进排泥泵的流量及压力是否正常。应防止排泥泵的排量過小而造成排泥管的淤泥堵塞现象。
④注意防止地面的沉降或隆起:在顶管施工沿线按一定间距布设沉降观测点,监测顶管顶进施工期间的地面沉降量。开挖端面的取土过多或过少,会造成地面的沉降或隆起。为避免这种不良影响,可采取以下措施:在压浆时要控制好压力,恰好能平衡“泥浆套”以上土体的压力。严格控制管道接口的密封质量,防止渗漏。在某些管节埋藏较浅,离地面不足1.5 m的位置,可采用沿管线局部压钢板,上堆砂包加载的形式,防止管节顶进时因触变泥浆上浮使泥浆套失效。工具管纠偏后,刃脚后形成一个空隙,管道顶进时周围的土体会塌入空隙,造成地面沉降。为避免这种情况,在顶管顶进时,要及时测量,勤测勤纠,避免大角度纠偏。
三、结束语
随着社会发展和城市规模的不断扩大，城市污水处理量越来越大，需要建设的污水管道不断增加，同时对于日常所需的各类管道的布局要求越来越合理化。过去，由于受施工现场、交通影响等条件约束，经常遇到开挖困难，或无法穿过河道等困难，目前随着顶管法的日渐成熟，以上问题便可迎刃而解，各类管道的布置可以越发灵活，可极大满足社会对各类管道输送或排放布局的合理化需求。顶管法施工将成为市政管道工程施工中的一种常用工艺。
参考文献
[1] 廉虎山.污水管道顶管施工技术[J].山西建筑,2006,32(18):142-143.
[2]余彬泉、陈传灿.顶管施工技术.人民交通出版社，1998.
[3]方从启,王承德.顶管施工中的地面沉降及其估算[J].江苏理工大学学报,1998,(4)
[4]方从启,王承德.给水排水工程钢筋混凝土沉井结构设计规程[CECS 137:2002].中国工程建设标准化协会标准,2002.
【关键词】泥水平衡式机械顶管，沉井工艺。
当地面建(构)筑物较多，无法采用开槽工艺进行地下管线施工，或开槽施工支护费用过大，易造成建筑物的破坏，以及碴土堆放、外运造成市区污染，给市民工作、生活带来不便时，易采用顶管施工工艺，进行地下管网施工。郑州市郑东新区龙子湖第一东西横贯道路污水工程全长1591.65m，主管道管径为900mm，埋深为8～9m，地下水位埋深2.5～3.5m，由于埋深较深、地下水位较浅，开挖施工及降水费用过大，依此本工程选用顶管施工工艺，且顶管经过的土层为流沙层，所以最终确定泥水平衡式机械顶管的施工工艺。
一、顶管法施工的原理
顶管法施工原理是在管道的沿线按设计的方案设置工作井和接收井。工作井内设置坚固的后座,吊进油压千斤顶以及要顶进的钢筋混凝土管,接好照明以及泥浆管、油管等管线,然后用油压千斤顶缓慢顶进。通过压浆系统使管节周围形成泥浆套,管道在泥浆套中滑行,在顶进的过程中通过激光经纬仪测量顶管的方向,边顶进边排土边调整,直至将钢筋混凝土管顶至接收井内。工作井均为双向顶进，采用泥水平衡顶进法施工，顶管井在施工结束后做污水检查井用。
二、顶管施工
1、工作井和接收井
根据地质情况、现场条件以及工作井和接收井深度较深，结构形式均采用钢筋混凝土沉井结构。沉井混凝土均采用C30防水混凝土，抗渗等级P6；钢筋为HPB235级，HRB335级；混凝土保护层40mm，最大裂缝控制0.2mm。井筒、流槽：MU10煤矸石实心砖、M7.5水泥砂浆，20mm厚1：2水泥砂浆抹面。
工作井和接收井的尺寸根据管道管径、顶管设备、后靠背土体稳定等因素确定，工作井净尺寸长7.0 m、宽3.7m、高6.0 m,接收井净尺寸长6.0 m、宽3.7m、高6.0 m。
沉井计算参数：场地抗浮设计水位地下2.5米；沉井下沉系数1.1；抗浮系数1.05；机械顶管工作井设计的最大顶力为2000kN，要求注浆后顶进的摩阻系数不大于3.5KN/平方米，顶管设计最大顶力4000KN。结构计算通过了下沉计算、抗浮验算、承载力计算、井壁内力计算等过程，经计算确定沉井的结构厚度和配筋。
基坑开挖前提前一周开始降水，直至沉井上部回填土后方可停止降水，每座沉井一周均布四个直径400mm的大口井降水，井深25m。基坑开挖深度2.5米，采用砖砌挡墙护壁，护壁高出原地面0.5米以上。工作坑开挖时每边需增加0.5m的工作宽度。
沉井现场预制，强度达到设计强度的90%以上时方可下沉施工，沉井应整体预制一次下沉，下沉过程中注意观测，避免突沉、侧沉及下沉困难当下沉困难时可采取灌砂或水冲等措施,及时观测基坑壁变化情况，遇到细砂层及可能产生坍塌时应事前采取措施。
施工过程中若地下水位较高应采取可靠降排水措施，使地下水位保持在开挖面以下1.0米；沉井施工如降水有困难可采用不排水下沉、水下封底的施工工艺，施工时需采用可靠的助沉、配重等措施，及时观测基坑变化情况，遇到细砂层及可能产生坍塌的情况应事先采取措施。沉井下沉接近设计标高时应严格控制下沉速度，达到设计标高时应及时采用导管法进行水下混凝土封底，封底时清除井内锅底浮泥，并进行水下检测、整平，待水下混凝土达到设计强度后方可将井内水抽除再进行下道工序施工。顶管顶进应待底板混凝土达到设计强度100%后方可进行。
2、油压千斤顶吊放就位，轨道安装
由于导轨是一定向轨道,其安装质量对管道顶进工作影响很大，因此安装后的导轨应当牢固准确,不得在使用中产生位移,纵坡应与管道设计坡度相一致，导轨的安装精度必须满足施工要求,其允许偏差为:轴线3 mm。
3、管节的选用、安装
管节必须全面检验，发现外观有缺陷的一律禁止使用。管道吊放前上好橡胶止水圈。将管节吊放在轨道上，安放环形顶铁，缓慢推进，让接头平顺对接。如发现有破坏、翻转、出槽等现象，必须退出管节重新更换、调整橡胶圈，重新安装对接。接头对好后，继续开动液压千斤顶将管节顶进。
4、管节顶进
顶进的流程为:测量放样→施工工作井→井内导轨机架/液压系统、止水圈等设备安装→地面辅助设施安装→顶管机吊装就位→激光经纬仪安装→第一节管顶出工作井→正常顶进→第一节管道进入检查井位置→结束顶进。
顶管注意事项:
①当掘进机停止工作时,一定要防止泥浆从土层或洞口及其他地方流失,以保证挖掘面的稳定。尤其是在进洞这一段时间内更应防止洞口止水圈漏水。
②在挖掘过程中,应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,保证挖掘面的稳定。
③在顶进过程中,要不时检查泥浆的密度和性能是否正常,还要注意进排泥泵的流量及压力是否正常。应防止排泥泵的排量過小而造成排泥管的淤泥堵塞现象。
④注意防止地面的沉降或隆起:在顶管施工沿线按一定间距布设沉降观测点,监测顶管顶进施工期间的地面沉降量。开挖端面的取土过多或过少,会造成地面的沉降或隆起。为避免这种不良影响,可采取以下措施:在压浆时要控制好压力,恰好能平衡“泥浆套”以上土体的压力。严格控制管道接口的密封质量,防止渗漏。在某些管节埋藏较浅,离地面不足1.5 m的位置,可采用沿管线局部压钢板,上堆砂包加载的形式,防止管节顶进时因触变泥浆上浮使泥浆套失效。工具管纠偏后,刃脚后形成一个空隙,管道顶进时周围的土体会塌入空隙,造成地面沉降。为避免这种情况,在顶管顶进时,要及时测量,勤测勤纠,避免大角度纠偏。
三、结束语
随着社会发展和城市规模的不断扩大，城市污水处理量越来越大，需要建设的污水管道不断增加，同时对于日常所需的各类管道的布局要求越来越合理化。过去，由于受施工现场、交通影响等条件约束，经常遇到开挖困难，或无法穿过河道等困难，目前随着顶管法的日渐成熟，以上问题便可迎刃而解，各类管道的布置可以越发灵活，可极大满足社会对各类管道输送或排放布局的合理化需求。顶管法施工将成为市政管道工程施工中的一种常用工艺。
参考文献
[1] 廉虎山.污水管道顶管施工技术[J].山西建筑,2006,32(18):142-143.
[2]余彬泉、陈传灿.顶管施工技术.人民交通出版社，1998.
[3]方从启,王承德.顶管施工中的地面沉降及其估算[J].江苏理工大学学报,1998,(4)
[4]方从启,王承德.给水排水工程钢筋混凝土沉井结构设计规程[CECS 137:2002].中国工程建设标准化协会标准,2002.