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【摘要】伴随着顶管技术在市政工程管网工程建设中广泛运用，顶管穿越遇到的地质、地下水及地面环境等情况越来越复杂，文章结合个人设计和施工服务中遇到的情况，通过将顶管施工技术与各种地基加固技术进行有效结合，均顺利、安全解决了在特殊地质情况下的顶管问题。
【关键词】明挖敷设；暗挖敷设；顶管；注浆加固；水泥搅拌桩；高压喷射注浆
1、概况
目前城市管网的敷设有两种方式：一是明挖，另一种暗挖。顶管作为最常用的一种暗挖敷设技术，我国自1953年开始采用顶管法施工以来，经过几十年的工程实践，顶管技术已比较成熟。
顶管优点：a）、占地面积少，可节约用地；b）、减少沿线的拆迁工程量；c）、地面活动不受影响，可保持交通运输畅通无阻；d）、不破坏现有的管线和构筑物，不影响其正常使用；e）、施工噪音低，减少对沿线环境的破环。
顶管分类：按顶管位于地下水位以上、下可将顶管机分为：敞口类顶管机和平衡功能类型的顶管机两大类
而敞口类顶管机又可依据土质情况可细分为：
a）、机械式顶管机——采用机械掘进的顶管机，可用于岩层、硬土层和整体稳定性较好的土层。
b）、挤土式顶管机——依靠顶力挤压出土的顶管机，可用于流塑性土层。
c）、人工挖掘顶管机——这是一种最简单的顶管机，其工作面一目了然，采用手持工具开挖的，排障容易，可用于地基强度较高的土层。
平衡类顶管机可细分为：
a）、土压平衡式顶管机——通过调节出泥舱的土压力稳定开挖面，弃土可从出泥舱排出的顶管机，可用于淤泥和流塑性粘性土。
b）、泥水平衡式顶管机——通过调节出泥舱的泥水压力稳定开挖面，弃土以泥水方式排放出的顶管机，可用于粉质土和渗透系数较小的砂性土。
c）、气压平衡式顶管机——通过调节出泥舱的气压力稳定开挖面，弃土以泥水方式排放出的顶管机，可用于有地下障碍物的复杂土层。
注：顶管机选型参数表可参考《给水排水工程顶管技术规程》（CECS 246 ：2008）。
2、顶管技术在特殊地质情况下的应用
对于顶管在稳定土层中穿行，目前现有相关的顶管技术规程有十分详细的介绍，不作为本文关注的重点。本文将重点谈谈在各种特殊地质情况下顶管技术的应用。
情况一：顶管在N小于5的淤泥或淤泥质土层顶进，可否需要全段对其进行加固？或者仅在进、出洞口段加固，中间段可以不加固，是否可行？
根据地下管道施工规范中，对地基都有一定的要求，对软土地基都要求进行软基处理。但对于顶管施工而言，一般都使用天然地基，而不对地基进行加固处理。但若是顶管碰到软土地基，特别是淤泥土层，其对顶管的影响以及是否需要进行软基处理的技术界定已经成为一个急需解决对问题。
因为单从承载力分析考虑：砼管在空管时的基底压力较小，甚至小于在水中的悬浮承载力10kPa。但在管道顶完后和以后使用中管道都会泡水，所以在工程计算时应采用砼管的含水基底压力。现以泥水平衡顶管机来说（以AVN1350机头（德国海瑞克设备）为例计算砼管含水基底压力和机头基底压力。
砼管含水基底压力
Pg=（G砼管+G含水）/砼管基底面积=（4600+4800）/（1.6×3）=18.5kPa
由于机头为偏心，故机头的最大基底压力为（在刀盘处）
Pj=G机头（1+6e）/机头基底面积=10×（1+0.35）/4.8=28Kpa
从上述计算可知，顶管的地基承载力应该很容易满足，一般淤泥承载力大都是30～60Kpa，那是否就不需要进行加固呢？但大量的类似工程实践经验和教训告诉我们[1]：顶管在淤泥及淤泥质土等软土层顶进过程中，常出现机头在离到达接收井附近（有时甚至距离长达20m之远），持续下沉并且向上纠偏失效的现象，即使能实现机头顺利进入接受井，但管道累计下沉远超排水管道标高允许值误差值。而且，施工完毕后的管道仍然会出现大幅度的自然沉降、并且可能发生管节错位的风险。因此，对于进、出洞口段加固是十分必要的，这可以理解为了施工精度的有保障，减少顶管施工过程中纠偏失效情况的发生。至于进、出洞口段加固长度宜取多少应根据各工程实际情况、及类似地段工程经验等综合考虑，最安全的处理方法是采用全顶管段地基加固。
对于淤泥或淤泥质土软土地基加固选型方法具体可参见情况二。
情况二：顶管在不稳定土层（主要包括新填土、冲填土、杂填土或其他高压缩性松散、易坍塌的土层）穿越，采用何种加固方法才能确保顶管施工的顺利进行？具体需要根据场地空间大小、地面上是否满足（允许）加固机械设备施工、地下水位等条件，选用a）、注浆加固法、b）、水泥搅拌桩法、c）、高压喷射注浆法等。
a）、注浆加固法
压力注浆法的原理是：压力注浆法加固图层是通过一定的压力将可固化的化学浆液或水泥浆液注入地层土的裂缝或空隙，以改善地层的物理力学性质。
在采用压力注浆方法加固污水管顶部和底部进行有压注浆，使水泥浆液与土体胶结，提高土体的力学强度，避免在顶管掘进过程中发生坍塌，确保顶管能顺利进行。
b）、水泥搅拌桩法
水泥土搅拌法分为浆液深层搅拌法（湿法）和粉体喷搅法（干法）。
水泥搅拌法适用于处理正常固结的淤泥与淤泥质土、粘性土、粉土、饱和黄土、素填土以及无流动地下水的饱和松散砂土、大于70%或地下水的pH值小于4时不宜采用干法。
水泥搅拌法是利用水泥、石灰等材料作为固化剂的主剂，通过特制的深层搅拌机械，在地基深处就地将软土和固化剂强制搅拌，利用固化剂和软土之间所产生的一系列物理化学反应使软土硬结成具有整体性、水稳性和一定强度的优质地基。水泥搅拌法处理地基可增加地基承载力、减小沉降差、提高边坡稳定性及挡水等。水泥搅拌法处理后的地基承载力提高1～1.5倍。
c）、高压喷射注浆
高压喷射注浆法适用于处理淤泥、淤泥质土、粘性土、粉土、砂土（特别在中粗砂层）、人工填土和碎石土地基。当地基中含有较多的大粒径块石、大量植物根茎或较高的有机质时，应根据现场试验结果确定其适用性。对地下水流速度过大、喷射浆液无法在注浆套管周围凝固等情况不宜采用。高压旋喷桩的处理深度较大，目前最大处理深度已超过30m。
由于高压喷射注浆价格为同规格水泥搅拌桩的4～5倍，因此采用高压旋喷桩处理管道地基的地基处理施工工艺，只适用于水泥搅拌机钻进的困难、水泥搅拌桩（机械）施工空间不足或环境条件（有高压线、高架桥底等）不具备时的管道工程。
情况三：顶管在强、中风化岩穿越。
强、中风化岩条件下如果地下水含量较高就只能采用岩盘顶管机了。该机型的刀头类似于牙轮钻，可以在岩石中顶进，也是一种全土质的机型，但该机种的造价很高，而且目前在国内是一项空白。
3、结 论
通过将顶管技术与各种地基加固技术的有效结合，可解决实际工程中顶管穿越各类复杂土层的问题。本文多为本人设计和施工服务中遇到的情况，仍为个人的经验之谈，望各位专家、同仁批评指正。
参考文献：
[1] 黎智恒，杨东明. 软土地基对顶管施工的影响
[2] 李劲松，刘正雄，高俊合，黄锐文，陈德贵. 长距离泥水平衡顶管施工工法深圳市市政工程总公司
[3] 刘俊红. 地下排水工程的顶管施工技术 . 铁道运营技术 Vol.9 No.3 July，2003
[4] 王国英. 注浆加固在顶管施工的应用
[5] 陈海龙，刘华军，徐磊. 浅谈高压喷射注浆在软土地层顶管施工中的应用
【关键词】明挖敷设；暗挖敷设；顶管；注浆加固；水泥搅拌桩；高压喷射注浆
1、概况
目前城市管网的敷设有两种方式：一是明挖，另一种暗挖。顶管作为最常用的一种暗挖敷设技术，我国自1953年开始采用顶管法施工以来，经过几十年的工程实践，顶管技术已比较成熟。
顶管优点：a）、占地面积少，可节约用地；b）、减少沿线的拆迁工程量；c）、地面活动不受影响，可保持交通运输畅通无阻；d）、不破坏现有的管线和构筑物，不影响其正常使用；e）、施工噪音低，减少对沿线环境的破环。
顶管分类：按顶管位于地下水位以上、下可将顶管机分为：敞口类顶管机和平衡功能类型的顶管机两大类
而敞口类顶管机又可依据土质情况可细分为：
a）、机械式顶管机——采用机械掘进的顶管机，可用于岩层、硬土层和整体稳定性较好的土层。
b）、挤土式顶管机——依靠顶力挤压出土的顶管机，可用于流塑性土层。
c）、人工挖掘顶管机——这是一种最简单的顶管机，其工作面一目了然，采用手持工具开挖的，排障容易，可用于地基强度较高的土层。
平衡类顶管机可细分为：
a）、土压平衡式顶管机——通过调节出泥舱的土压力稳定开挖面，弃土可从出泥舱排出的顶管机，可用于淤泥和流塑性粘性土。
b）、泥水平衡式顶管机——通过调节出泥舱的泥水压力稳定开挖面，弃土以泥水方式排放出的顶管机，可用于粉质土和渗透系数较小的砂性土。
c）、气压平衡式顶管机——通过调节出泥舱的气压力稳定开挖面，弃土以泥水方式排放出的顶管机，可用于有地下障碍物的复杂土层。
注：顶管机选型参数表可参考《给水排水工程顶管技术规程》（CECS 246 ：2008）。
2、顶管技术在特殊地质情况下的应用
对于顶管在稳定土层中穿行，目前现有相关的顶管技术规程有十分详细的介绍，不作为本文关注的重点。本文将重点谈谈在各种特殊地质情况下顶管技术的应用。
情况一：顶管在N小于5的淤泥或淤泥质土层顶进，可否需要全段对其进行加固？或者仅在进、出洞口段加固，中间段可以不加固，是否可行？
根据地下管道施工规范中，对地基都有一定的要求，对软土地基都要求进行软基处理。但对于顶管施工而言，一般都使用天然地基，而不对地基进行加固处理。但若是顶管碰到软土地基，特别是淤泥土层，其对顶管的影响以及是否需要进行软基处理的技术界定已经成为一个急需解决对问题。
因为单从承载力分析考虑：砼管在空管时的基底压力较小，甚至小于在水中的悬浮承载力10kPa。但在管道顶完后和以后使用中管道都会泡水，所以在工程计算时应采用砼管的含水基底压力。现以泥水平衡顶管机来说（以AVN1350机头（德国海瑞克设备）为例计算砼管含水基底压力和机头基底压力。
砼管含水基底压力
Pg=（G砼管+G含水）/砼管基底面积=（4600+4800）/（1.6×3）=18.5kPa
由于机头为偏心，故机头的最大基底压力为（在刀盘处）
Pj=G机头（1+6e）/机头基底面积=10×（1+0.35）/4.8=28Kpa
从上述计算可知，顶管的地基承载力应该很容易满足，一般淤泥承载力大都是30～60Kpa，那是否就不需要进行加固呢？但大量的类似工程实践经验和教训告诉我们[1]：顶管在淤泥及淤泥质土等软土层顶进过程中，常出现机头在离到达接收井附近（有时甚至距离长达20m之远），持续下沉并且向上纠偏失效的现象，即使能实现机头顺利进入接受井，但管道累计下沉远超排水管道标高允许值误差值。而且，施工完毕后的管道仍然会出现大幅度的自然沉降、并且可能发生管节错位的风险。因此，对于进、出洞口段加固是十分必要的，这可以理解为了施工精度的有保障，减少顶管施工过程中纠偏失效情况的发生。至于进、出洞口段加固长度宜取多少应根据各工程实际情况、及类似地段工程经验等综合考虑，最安全的处理方法是采用全顶管段地基加固。
对于淤泥或淤泥质土软土地基加固选型方法具体可参见情况二。
情况二：顶管在不稳定土层（主要包括新填土、冲填土、杂填土或其他高压缩性松散、易坍塌的土层）穿越，采用何种加固方法才能确保顶管施工的顺利进行？具体需要根据场地空间大小、地面上是否满足（允许）加固机械设备施工、地下水位等条件，选用a）、注浆加固法、b）、水泥搅拌桩法、c）、高压喷射注浆法等。
a）、注浆加固法
压力注浆法的原理是：压力注浆法加固图层是通过一定的压力将可固化的化学浆液或水泥浆液注入地层土的裂缝或空隙，以改善地层的物理力学性质。
在采用压力注浆方法加固污水管顶部和底部进行有压注浆，使水泥浆液与土体胶结，提高土体的力学强度，避免在顶管掘进过程中发生坍塌，确保顶管能顺利进行。
b）、水泥搅拌桩法
水泥土搅拌法分为浆液深层搅拌法（湿法）和粉体喷搅法（干法）。
水泥搅拌法适用于处理正常固结的淤泥与淤泥质土、粘性土、粉土、饱和黄土、素填土以及无流动地下水的饱和松散砂土、大于70%或地下水的pH值小于4时不宜采用干法。
水泥搅拌法是利用水泥、石灰等材料作为固化剂的主剂，通过特制的深层搅拌机械，在地基深处就地将软土和固化剂强制搅拌，利用固化剂和软土之间所产生的一系列物理化学反应使软土硬结成具有整体性、水稳性和一定强度的优质地基。水泥搅拌法处理地基可增加地基承载力、减小沉降差、提高边坡稳定性及挡水等。水泥搅拌法处理后的地基承载力提高1～1.5倍。
c）、高压喷射注浆
高压喷射注浆法适用于处理淤泥、淤泥质土、粘性土、粉土、砂土（特别在中粗砂层）、人工填土和碎石土地基。当地基中含有较多的大粒径块石、大量植物根茎或较高的有机质时，应根据现场试验结果确定其适用性。对地下水流速度过大、喷射浆液无法在注浆套管周围凝固等情况不宜采用。高压旋喷桩的处理深度较大，目前最大处理深度已超过30m。
由于高压喷射注浆价格为同规格水泥搅拌桩的4～5倍，因此采用高压旋喷桩处理管道地基的地基处理施工工艺，只适用于水泥搅拌机钻进的困难、水泥搅拌桩（机械）施工空间不足或环境条件（有高压线、高架桥底等）不具备时的管道工程。
情况三：顶管在强、中风化岩穿越。
强、中风化岩条件下如果地下水含量较高就只能采用岩盘顶管机了。该机型的刀头类似于牙轮钻，可以在岩石中顶进，也是一种全土质的机型，但该机种的造价很高，而且目前在国内是一项空白。
3、结 论
通过将顶管技术与各种地基加固技术的有效结合，可解决实际工程中顶管穿越各类复杂土层的问题。本文多为本人设计和施工服务中遇到的情况，仍为个人的经验之谈，望各位专家、同仁批评指正。
参考文献：
[1] 黎智恒，杨东明. 软土地基对顶管施工的影响
[2] 李劲松，刘正雄，高俊合，黄锐文，陈德贵. 长距离泥水平衡顶管施工工法深圳市市政工程总公司
[3] 刘俊红. 地下排水工程的顶管施工技术 . 铁道运营技术 Vol.9 No.3 July，2003
[4] 王国英. 注浆加固在顶管施工的应用
[5] 陈海龙，刘华军，徐磊. 浅谈高压喷射注浆在软土地层顶管施工中的应用