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摘要：顶管技术是近年来发展速度较快的一种非开挖施工技术，具有诸多的优点，目前在管道工程施工中得到广泛的应用。本文结合工程实例，介绍了顶管技术在市政排水工程施工中的应用，并对顶管施工技术进行了全面分析，为类似工程的应用提供施工经验。
关键词：顶管技术；应用；土压平衡；深基坑支护；稳定性验算
随着我国社会经济建设的快速发展，城市基础建设规模也不断扩大。市政排水工程是城市基础设施建设的重要组成部分，担负着生活污水、工业废水的收集和输送工作，其管道的结构稳固和功能完善是确保城市排水安全的重要保障。目前，城市排水管道错综复杂，传统的开挖施工方法具有一定的局限性和不足之处，已无法满足当前排水工程施工的需要。因此，顶管技术就应运而生。顶管技术作为一种非开挖掘进式顶管施工方式，具有施工场地小、噪音和震动低、对周围环境污染小等优点，能够深入地下甚至穿越建筑物地下工作，并且可以减短工程的施工工期和降低工程投资成本，因此，在市政排水工程施工中有着广泛的应用。
1 工程概况
某排水工程管线两侧为居民区住宅楼，其管线中心距楼群外侧为12m。该段顶管全长514m，管节外径为2640mm，内径为2200mm，管节长度2400mm，最大一控距离189m，该段顶管坡度0，管顶覆土厚度为4.3m。顶管施工采用外径2640mm的土压平衡式多刀盘顶管机，最大后顶力为1400t（1t合10kN）。管道沿线地上地下障碍复杂，衬砌接缝防水采用天然橡胶制成的锲型橡胶圈。
2 多刀盘土压平衡式顶管机的选用
本工程选用的是多刀盘土压平衡式顶管机。顶管机刀盘的切削面积达全断面的60%，虽然不及大刀盘土压平衡式顶管机的全断面切削搅拌，但已经完全可以满足软土土层中的顶管施工。而通常大刀盘土压平衡式顶管机的质量约为其所排开土体质量的0.6倍，但本机质量还不到它所排开土体质量的0.4倍，所以可以有效防止因机头过重而使方向失控，产生走低现象。本机采用四把切削刀盘对称布置，所以只要把左右两把刀盘按相反方向旋转，就可使刀盘间的转矩得以平衡，而不会如同大刀盘顶管机那样容易产生偏转。经实际应用，本工程中所使用的多刀盘土压平衡式顶管机具有出土顺畅、操作容易、维修方便、价格低廉、结构简单、操作容易和自重较轻，适用于软黏土层中的顶管施工。
3 顶进过程中的进出洞施工措施
从工作坑中出洞开始顶进是整个施工过程中的关键环节之一。为确保顶管机顺利出洞，防止土体坍塌涌入工作井，出洞前先在砖封门前打设一排钢板桩，钢板桩入土深度达到工作井底板以下。当顶管机出洞时，先把砖封门拆除，这时由于钢封门挡住，土体不会涌入。等到顶管机推进到距钢封门50～100mm时，洞口止水圈已能发挥作用了，然后再按出洞口一侧向另一侧依次拔除钢板桩。为减少钢板桩拔除过程中对顶管机正面土体的扰动及可能出现的建筑间隙，钢板桩全部拔除后应立即顶进，缩短停顿时间。
在出洞施工初期，由于顶管机正面主动土压力远大于机头及混凝土管节的周边摩阻力和与导轨间摩阻力的总和，因此极易产生管节后退，引起顶管机前方土体不规则坍塌，使顶管机再次推进时方向失控和向上爬高。为此，本工程采取在洞口两侧各安装一只手拉葫芦，当主顶油缸回缩之前，先将最后一节管节拉住不让其后退，同时在出洞之初就预设了一定的向下纠偏量，尽可能克服出洞时机头抛高的情况。从本工程施工效果来看还是比较理想的，出洞期间的高程最大偏离值3.8cm。
4 长距离顶进施工措施
（1）顶进轴线控制
长距离顶管施工的核心问题是对顶力的控制。考虑顶管施工中纠偏对顶力的影响非常明显，顶管机在顶进过程中由于受力不均匀，导致偏离管道设计轴线，所以本工程在施工中对机头的前进方向和旋转进行了纠偏，使其沿设计方向平稳前进。纠偏在顶进过程中是不可避免的，是自始至终伴随着顶进而进行的。每次纠偏时必须对顶管机施加力矩使之改变前进方向，施加的力矩就相当于附加了一个土压力从而使阻力增大。这一附加阻力在规范中没有反映，但它却是一个不可忽视的因素。
3）制定合理的压浆工艺，严格按压浆操作规程进行。使顶进时形成的建筑间隙及时被泥浆所填补形成泥浆套，泵送出口处的压力要控制在1～1.25×105Pa。
4）压浆孔的位置应设在管节雄头一侧靠近边缘处，这样在管节拼接后注浆孔就完全被前一节的钢环所遮盖，压出的浆液先会在钢套环与混凝土管节外壁之间形成浆套然后再被挤出。这样泥浆套就较容易形成，减摩的效果也就比较明显。
（3）中继间
本工程利用中继间进行接力顶进。中继间的布置应满足顶力及操作的要求，以提高顶进速度。第一只中继间应放在比较靠前的位置，因为顶管机的正面土压力在推进过程中会因土质条件和施工情况等因素发生较大的变化，所以当总推力达到设计推力的60%时就安放第一只中继间，当达到设计推力的80%时安放下一只中继间，而当主顶推力达到设计推力的90%时就必须启用中继间。中继间推力按设计推力的80%计算。
本工程总顶程189m，设中继间两套，实际施工时在104m处放置了第一只中继间，但由于泥浆减阻的效果显著，顶进轴线控制较好，实际顶进阻力远小于理论计算值，所以第二套中继间一直未使用。顶进程序大大简化，顶进速度大大提高。
5 深基坑支护技术措施
由于本工段工作坑基坑开挖深度达7.5m，且施工管线距离两侧居民楼较近。实际施工中，工作坑的开挖及管道顶进都会扰动周围土壤，从而影响居民楼的稳定性。同时为确保施工工期和施工安全，項目部决定采用深基坑钢板桩配合深层搅拌桩止水帷幕的支护的方法对工作坑进行支护。
2）稳定性验算
支护结构稳定性验算包括整体滑动验算、基坑隆起验算、管涌验算。
1.整体滑动验算。对多支点支护结构，支撑不发生弯曲经验算后不会发生整体滑动失稳。
2.基坑隆起验算。在软土层中开挖深基坑时，若支护结构背后的土体重量超过基坑底面以下地基的承载力时，地基的平衡状态就会破坏，从而发生坑壁土流动，坑顶下陷，坑底隆起的现象。为防止发生这种现象，需要验算地基是否会隆起，现采用地基承载力验算法进行验算，这种方法把桩尖平面视作基底，按地基承载力公式验算，参见图3。经验算，条件满足要求，地基不会隆起。
（2）深层搅拌桩的设计
本工程施工中，为提高土体所能承担的顶管极限顶力，防止土体产生滑动现象。我项目部采用降水结合深层搅拌桩止水帷幕的方法加固地基，以确保土体的稳定性和优良的抗渗性。其有关设计计算如下：
6 结论
通过顶管技术在市政排水工程施工中的应用，可以得出以下几个结论：①采用长距离顶管施工，可以大大减少顶管工作坑的施做，并节约施工成本；②采用注浆减阻技术，能够减少侧向摩阻力，有利于快速顶进和轴线控制；③采用钢板桩配合深层搅拌桩的支护方法，可以避免对周围建筑物的危害。实践证明，顶管技术是一项可行的、经济的、安全的施工技术，具有良好的发展前景。
参考文献
[1] 黄建彬.顶管技术在给排水施工中的应用[J].中国新技术新产品.2012年第16期
[2] 王琪峰.谈市政排水管道顶管施工技术[J].才智.2012年第25期
关键词：顶管技术；应用；土压平衡；深基坑支护；稳定性验算
随着我国社会经济建设的快速发展，城市基础建设规模也不断扩大。市政排水工程是城市基础设施建设的重要组成部分，担负着生活污水、工业废水的收集和输送工作，其管道的结构稳固和功能完善是确保城市排水安全的重要保障。目前，城市排水管道错综复杂，传统的开挖施工方法具有一定的局限性和不足之处，已无法满足当前排水工程施工的需要。因此，顶管技术就应运而生。顶管技术作为一种非开挖掘进式顶管施工方式，具有施工场地小、噪音和震动低、对周围环境污染小等优点，能够深入地下甚至穿越建筑物地下工作，并且可以减短工程的施工工期和降低工程投资成本，因此，在市政排水工程施工中有着广泛的应用。
1 工程概况
某排水工程管线两侧为居民区住宅楼，其管线中心距楼群外侧为12m。该段顶管全长514m，管节外径为2640mm，内径为2200mm，管节长度2400mm，最大一控距离189m，该段顶管坡度0，管顶覆土厚度为4.3m。顶管施工采用外径2640mm的土压平衡式多刀盘顶管机，最大后顶力为1400t（1t合10kN）。管道沿线地上地下障碍复杂，衬砌接缝防水采用天然橡胶制成的锲型橡胶圈。
2 多刀盘土压平衡式顶管机的选用
本工程选用的是多刀盘土压平衡式顶管机。顶管机刀盘的切削面积达全断面的60%，虽然不及大刀盘土压平衡式顶管机的全断面切削搅拌，但已经完全可以满足软土土层中的顶管施工。而通常大刀盘土压平衡式顶管机的质量约为其所排开土体质量的0.6倍，但本机质量还不到它所排开土体质量的0.4倍，所以可以有效防止因机头过重而使方向失控，产生走低现象。本机采用四把切削刀盘对称布置，所以只要把左右两把刀盘按相反方向旋转，就可使刀盘间的转矩得以平衡，而不会如同大刀盘顶管机那样容易产生偏转。经实际应用，本工程中所使用的多刀盘土压平衡式顶管机具有出土顺畅、操作容易、维修方便、价格低廉、结构简单、操作容易和自重较轻，适用于软黏土层中的顶管施工。
3 顶进过程中的进出洞施工措施
从工作坑中出洞开始顶进是整个施工过程中的关键环节之一。为确保顶管机顺利出洞，防止土体坍塌涌入工作井，出洞前先在砖封门前打设一排钢板桩，钢板桩入土深度达到工作井底板以下。当顶管机出洞时，先把砖封门拆除，这时由于钢封门挡住，土体不会涌入。等到顶管机推进到距钢封门50～100mm时，洞口止水圈已能发挥作用了，然后再按出洞口一侧向另一侧依次拔除钢板桩。为减少钢板桩拔除过程中对顶管机正面土体的扰动及可能出现的建筑间隙，钢板桩全部拔除后应立即顶进，缩短停顿时间。
在出洞施工初期，由于顶管机正面主动土压力远大于机头及混凝土管节的周边摩阻力和与导轨间摩阻力的总和，因此极易产生管节后退，引起顶管机前方土体不规则坍塌，使顶管机再次推进时方向失控和向上爬高。为此，本工程采取在洞口两侧各安装一只手拉葫芦，当主顶油缸回缩之前，先将最后一节管节拉住不让其后退，同时在出洞之初就预设了一定的向下纠偏量，尽可能克服出洞时机头抛高的情况。从本工程施工效果来看还是比较理想的，出洞期间的高程最大偏离值3.8cm。
4 长距离顶进施工措施
（1）顶进轴线控制
长距离顶管施工的核心问题是对顶力的控制。考虑顶管施工中纠偏对顶力的影响非常明显，顶管机在顶进过程中由于受力不均匀，导致偏离管道设计轴线，所以本工程在施工中对机头的前进方向和旋转进行了纠偏，使其沿设计方向平稳前进。纠偏在顶进过程中是不可避免的，是自始至终伴随着顶进而进行的。每次纠偏时必须对顶管机施加力矩使之改变前进方向，施加的力矩就相当于附加了一个土压力从而使阻力增大。这一附加阻力在规范中没有反映，但它却是一个不可忽视的因素。
3）制定合理的压浆工艺，严格按压浆操作规程进行。使顶进时形成的建筑间隙及时被泥浆所填补形成泥浆套，泵送出口处的压力要控制在1～1.25×105Pa。
4）压浆孔的位置应设在管节雄头一侧靠近边缘处，这样在管节拼接后注浆孔就完全被前一节的钢环所遮盖，压出的浆液先会在钢套环与混凝土管节外壁之间形成浆套然后再被挤出。这样泥浆套就较容易形成，减摩的效果也就比较明显。
（3）中继间
本工程利用中继间进行接力顶进。中继间的布置应满足顶力及操作的要求，以提高顶进速度。第一只中继间应放在比较靠前的位置，因为顶管机的正面土压力在推进过程中会因土质条件和施工情况等因素发生较大的变化，所以当总推力达到设计推力的60%时就安放第一只中继间，当达到设计推力的80%时安放下一只中继间，而当主顶推力达到设计推力的90%时就必须启用中继间。中继间推力按设计推力的80%计算。
本工程总顶程189m，设中继间两套，实际施工时在104m处放置了第一只中继间，但由于泥浆减阻的效果显著，顶进轴线控制较好，实际顶进阻力远小于理论计算值，所以第二套中继间一直未使用。顶进程序大大简化，顶进速度大大提高。
5 深基坑支护技术措施
由于本工段工作坑基坑开挖深度达7.5m，且施工管线距离两侧居民楼较近。实际施工中，工作坑的开挖及管道顶进都会扰动周围土壤，从而影响居民楼的稳定性。同时为确保施工工期和施工安全，項目部决定采用深基坑钢板桩配合深层搅拌桩止水帷幕的支护的方法对工作坑进行支护。
2）稳定性验算
支护结构稳定性验算包括整体滑动验算、基坑隆起验算、管涌验算。
1.整体滑动验算。对多支点支护结构，支撑不发生弯曲经验算后不会发生整体滑动失稳。
2.基坑隆起验算。在软土层中开挖深基坑时，若支护结构背后的土体重量超过基坑底面以下地基的承载力时，地基的平衡状态就会破坏，从而发生坑壁土流动，坑顶下陷，坑底隆起的现象。为防止发生这种现象，需要验算地基是否会隆起，现采用地基承载力验算法进行验算，这种方法把桩尖平面视作基底，按地基承载力公式验算，参见图3。经验算，条件满足要求，地基不会隆起。
（2）深层搅拌桩的设计
本工程施工中，为提高土体所能承担的顶管极限顶力，防止土体产生滑动现象。我项目部采用降水结合深层搅拌桩止水帷幕的方法加固地基，以确保土体的稳定性和优良的抗渗性。其有关设计计算如下：
6 结论
通过顶管技术在市政排水工程施工中的应用，可以得出以下几个结论：①采用长距离顶管施工，可以大大减少顶管工作坑的施做，并节约施工成本；②采用注浆减阻技术，能够减少侧向摩阻力，有利于快速顶进和轴线控制；③采用钢板桩配合深层搅拌桩的支护方法，可以避免对周围建筑物的危害。实践证明，顶管技术是一项可行的、经济的、安全的施工技术，具有良好的发展前景。
参考文献
[1] 黄建彬.顶管技术在给排水施工中的应用[J].中国新技术新产品.2012年第16期
[2] 王琪峰.谈市政排水管道顶管施工技术[J].才智.2012年第25期