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摘 要 顶管工程技术是一种对管道埋设实行非开挖施工的施工工艺。它是把管道通过辅助设备采用不开挖地面层，从而穿越公路、铁路、河川、地面建筑物、地下构筑物以及各种地下管线等的施工工艺。文章主要分析了顶管工程技术工艺在水利工程中的实际应用。
关键词 施工优势；顶管工艺；施工步骤
中图分类号 TV 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2011)121-0151-01
1 顶管施工工艺对比传统工艺的优势
顶管施工工艺就是通过采用少开挖或者不开挖的管道施工技术，从而能够穿越公路、铁路、河川、建构筑物以及各种地下管线等的施工工艺。它最显著的特点就是不开挖或者少开挖，除工作井和接收井需要开挖外，其他的管道敷设均不需要开挖，它的实质就是通过地下操作来实现管道工程施工。
顶管工程技术上的优势主要表现在以下五个方面。
1）由于管道沿线不需要开挖地面，而仅需要开挖工作井与接收井，因此不会影响交通正常运行。
2）由于不采用大开挖，因此对周边建（构）筑物影响较小，所产生的路面沉陷、房屋开裂等问题较少。
3）对安全文明施工有利，采用大开挖可能导致扬尘过大，而顶管施工不会产生地面粉尘，从而有利于保护环境。
4）可有效降低工程造价，由于城市空间狭窄，采用大开挖的方式可能需要对周边建筑物采取造价昂贵的保护措施；另外，由于掘进断面较小，出渣量少，需要工作人员少等，也可以有效降低工程造价。
5）可缩短工期，特别是在南方多雨的城市这种缩短工期带来的效益更加明显。鉴于以上种种优势，尽管这种施工工艺早已运用多年，但在城市化进入快速发展的今天，特别是在我国沿海经济比较发达的地区这种技术仍得到了广泛应用。
2 顶管技术在水利工程中的应用
2.1 施工步骤
工作井（沉井）施工→井内设备安装→机头穿墙出洞→顶进→挖掘、运土→测量→井内安装后续管节→管道接口焊接→管道贯通→竣工验收。
2.2 顶管设计
顶力是顶管工作中的重要因素，在实施顶管作业之前,必须要对选择的顶管顶力做一个预算。后背主顶千斤的顶力要克服各种阻力方能前进。预先需要计算的顶力主要包括工具管迎面阻力和管道摩阻力两
部分。
2.3 总顶力计算
根据《给排水管道工程施工及验收规范》的规定，顶管总推力按下式计算：
P=f γD1{2H+（2H+D1）tg2（45°-Φ/2）+ω/γD1}+PF （1）
式中：P为计算的总顶力，kN；γ为管道所处土层的重力密度，kN/m3；D1为管道的外径，m；H为管道頂部以上覆盖土层的厚度，m；Ф为管道所处土层的内摩擦角，°；L为管道的计算顶进长度，m；f为顶进时，管道表面与周围土层之间的摩擦系数，采用触变泥浆减阻措施时，取值为0.15；PF为顶进时，工具管的迎面阻力，kN。
PF的计算公式为：
PF=π×D1×t×R （2）
式中：t为0.032 m，R为500 kN/m2。
在一般的钢管顶进中，每节钢管所能承受的最大推力可按下式计算：
F=210 000×π×D1×t （3）
经计算，DN3 400钢管允许顶力为75 287 kN，顶管主顶选用6台200 t千斤顶，千斤顶顶力为12 000 kN，可以满足一级顶进的要求，最大顶力在12 000 kN时，可以顶进的长度是64 m。根据以上推力计算，一次顶进远不能满足要求，需要增加中继间，按照接力推进工艺进行施工。
中继间安装位置及数量：主站最大顶力12 000 kN，剩余顶力由中继间承担，中继间采用500 kN千斤顶，每个中继间设28个千斤顶，每个中继间总顶力为14 000 kN。
因为在推进过程中顶力会因土质条件的变化而有较大的变化，所以第一个中继间应放在比较前面一些，当总推力达到中继间总推力60%时，即45 m位置就安放第一个中继间。以后，每当达到中继间总推力的80%时，安放一个中继间。经计算共需增加12个中继间。
中继间的千斤顶组在高压油的作用下，以其后管道为后座支承力，将其前段管向前推进约25 cm-28 cm，然后由其后中继间推进后面管段约25 cm-28 cm，采用这种方法，将管道分段逐次推进。
2.4 施工重点与难点
1）本工程钢管接头是焊接的，呈钢性，必须在初始顶进中掌握好顶进方向，掌握不好就不容易纠正过来，如果纠正过猛，还会出现管子变形、接口脱焊等，因此要加强测量控制，做到纠偏及时。
2）精心操作顶管机头，使机头与土体界面始终处于动态平衡，避免地面沉降。
3）增加检测次数，控制顶管顶力的偏心度，避免管道轴线偏差
过大。
4）采用触变泥浆注浆减阻。顶力控制的关键是最大限度的降低顶进阻力，而降低顶进阻力的最有效方法是注浆，注浆使管道外壁形成泥浆润滑套，从而降低顶进的阻力。钢管顶进之前，在管壁适当位置安装好注压膨润泥浆钢管。
5）对于不稳定土层或主要干道下，可以采用水泥注浆加固。
6）在特殊地段要进行施工监测，观测在顶进过程中地面变形和土体移位情况，以便采取预防措施，保证地面建（构）筑物的安全和正常使用。
7）顶管遇到地下水位过大时，若顶管地面无建（构）筑物地段，可采取地面打降水井排水，以降低地下水压，然后顶进施工。顶管过程中，遇到流砂、塌方时，不得超挖，要勤顶、勤挖，保持顶进与出土平衡，控制好顶管轴线。
8）要配置柴油发电机组，以免停电时空压机不能运行加压，而造成顶管内塌方。
3 结束语
随着水利工程发展越来越快，顶管技术越来越凸显其重要性，相对与开槽埋管从社会效益与经济效益上更具优越性，深圳市北线引水工程长距离、大口径的顶管工程的成功经验，预示着未来的管线铺设技术将以顶管工艺为支撑。
参考文献
[1]潘国荣,陈晓龙,丁东强.汕头市过海顶管自动测量系统的研究与实现[J].武汉大学学报(信息科学版),2010.
[2]陈立平,姜学成,王彬.给水排水工程施工及验收规范实施手册[M].北京:化学工业出版社,2010.
[3]郑金淼.自动导线测量系统及其在顶管施工中的应用[J].测绘通报,2001.
关键词 施工优势；顶管工艺；施工步骤
中图分类号 TV 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2011)121-0151-01
1 顶管施工工艺对比传统工艺的优势
顶管施工工艺就是通过采用少开挖或者不开挖的管道施工技术，从而能够穿越公路、铁路、河川、建构筑物以及各种地下管线等的施工工艺。它最显著的特点就是不开挖或者少开挖，除工作井和接收井需要开挖外，其他的管道敷设均不需要开挖，它的实质就是通过地下操作来实现管道工程施工。
顶管工程技术上的优势主要表现在以下五个方面。
1）由于管道沿线不需要开挖地面，而仅需要开挖工作井与接收井，因此不会影响交通正常运行。
2）由于不采用大开挖，因此对周边建（构）筑物影响较小，所产生的路面沉陷、房屋开裂等问题较少。
3）对安全文明施工有利，采用大开挖可能导致扬尘过大，而顶管施工不会产生地面粉尘，从而有利于保护环境。
4）可有效降低工程造价，由于城市空间狭窄，采用大开挖的方式可能需要对周边建筑物采取造价昂贵的保护措施；另外，由于掘进断面较小，出渣量少，需要工作人员少等，也可以有效降低工程造价。
5）可缩短工期，特别是在南方多雨的城市这种缩短工期带来的效益更加明显。鉴于以上种种优势，尽管这种施工工艺早已运用多年，但在城市化进入快速发展的今天，特别是在我国沿海经济比较发达的地区这种技术仍得到了广泛应用。
2 顶管技术在水利工程中的应用
2.1 施工步骤
工作井（沉井）施工→井内设备安装→机头穿墙出洞→顶进→挖掘、运土→测量→井内安装后续管节→管道接口焊接→管道贯通→竣工验收。
2.2 顶管设计
顶力是顶管工作中的重要因素，在实施顶管作业之前,必须要对选择的顶管顶力做一个预算。后背主顶千斤的顶力要克服各种阻力方能前进。预先需要计算的顶力主要包括工具管迎面阻力和管道摩阻力两
部分。
2.3 总顶力计算
根据《给排水管道工程施工及验收规范》的规定，顶管总推力按下式计算：
P=f γD1{2H+（2H+D1）tg2（45°-Φ/2）+ω/γD1}+PF （1）
式中：P为计算的总顶力，kN；γ为管道所处土层的重力密度，kN/m3；D1为管道的外径，m；H为管道頂部以上覆盖土层的厚度，m；Ф为管道所处土层的内摩擦角，°；L为管道的计算顶进长度，m；f为顶进时，管道表面与周围土层之间的摩擦系数，采用触变泥浆减阻措施时，取值为0.15；PF为顶进时，工具管的迎面阻力，kN。
PF的计算公式为：
PF=π×D1×t×R （2）
式中：t为0.032 m，R为500 kN/m2。
在一般的钢管顶进中，每节钢管所能承受的最大推力可按下式计算：
F=210 000×π×D1×t （3）
经计算，DN3 400钢管允许顶力为75 287 kN，顶管主顶选用6台200 t千斤顶，千斤顶顶力为12 000 kN，可以满足一级顶进的要求，最大顶力在12 000 kN时，可以顶进的长度是64 m。根据以上推力计算，一次顶进远不能满足要求，需要增加中继间，按照接力推进工艺进行施工。
中继间安装位置及数量：主站最大顶力12 000 kN，剩余顶力由中继间承担，中继间采用500 kN千斤顶，每个中继间设28个千斤顶，每个中继间总顶力为14 000 kN。
因为在推进过程中顶力会因土质条件的变化而有较大的变化，所以第一个中继间应放在比较前面一些，当总推力达到中继间总推力60%时，即45 m位置就安放第一个中继间。以后，每当达到中继间总推力的80%时，安放一个中继间。经计算共需增加12个中继间。
中继间的千斤顶组在高压油的作用下，以其后管道为后座支承力，将其前段管向前推进约25 cm-28 cm，然后由其后中继间推进后面管段约25 cm-28 cm，采用这种方法，将管道分段逐次推进。
2.4 施工重点与难点
1）本工程钢管接头是焊接的，呈钢性，必须在初始顶进中掌握好顶进方向，掌握不好就不容易纠正过来，如果纠正过猛，还会出现管子变形、接口脱焊等，因此要加强测量控制，做到纠偏及时。
2）精心操作顶管机头，使机头与土体界面始终处于动态平衡，避免地面沉降。
3）增加检测次数，控制顶管顶力的偏心度，避免管道轴线偏差
过大。
4）采用触变泥浆注浆减阻。顶力控制的关键是最大限度的降低顶进阻力，而降低顶进阻力的最有效方法是注浆，注浆使管道外壁形成泥浆润滑套，从而降低顶进的阻力。钢管顶进之前，在管壁适当位置安装好注压膨润泥浆钢管。
5）对于不稳定土层或主要干道下，可以采用水泥注浆加固。
6）在特殊地段要进行施工监测，观测在顶进过程中地面变形和土体移位情况，以便采取预防措施，保证地面建（构）筑物的安全和正常使用。
7）顶管遇到地下水位过大时，若顶管地面无建（构）筑物地段，可采取地面打降水井排水，以降低地下水压，然后顶进施工。顶管过程中，遇到流砂、塌方时，不得超挖，要勤顶、勤挖，保持顶进与出土平衡，控制好顶管轴线。
8）要配置柴油发电机组，以免停电时空压机不能运行加压，而造成顶管内塌方。
3 结束语
随着水利工程发展越来越快，顶管技术越来越凸显其重要性，相对与开槽埋管从社会效益与经济效益上更具优越性，深圳市北线引水工程长距离、大口径的顶管工程的成功经验，预示着未来的管线铺设技术将以顶管工艺为支撑。
参考文献
[1]潘国荣,陈晓龙,丁东强.汕头市过海顶管自动测量系统的研究与实现[J].武汉大学学报(信息科学版),2010.
[2]陈立平,姜学成,王彬.给水排水工程施工及验收规范实施手册[M].北京:化学工业出版社,2010.
[3]郑金淼.自动导线测量系统及其在顶管施工中的应用[J].测绘通报,2001.