摘要：頂管施工技術(shù)近年來在我國發(fā)展迅猛。市政工程中采用頂管施工可以將作業(yè)面移入地下，從而避免了對地面交通的影響。只要施工前選線合理，施工方法恰當，構(gòu)筑物并不妨礙施工的正常進行。本文就頂管施工工藝以及在市政給排水管道工程的應(yīng)用作了簡要闡述，并展望以后頂管方法日漸成熟，可成為市政建設(shè)中的一種常用技術(shù)。
　　關(guān)鍵詞：市政工程、給排水施工、頂管施工、沉井措施
　　一、工程概況
　　某市政排污管道工程位于市中心繁華地帶，交通繁忙且疏解困難，地下管線密集，渠箱明挖施工無法進行。采用兩條直徑2m混凝土管，頂管長度約80m，管距0.5m，流水位標高為3.1m，埋深約5.5m。
　　1、地層自上而下依次為雜填土、粉土、粉質(zhì)粘土和泥質(zhì)粉砂巖，部分地段厚度為2m～10m中砂層。
　　2、管道沿線水文地質(zhì)資料表明：該工程場地地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，管道穿越土質(zhì)主要有雜填土、含砂粘土、中細砂層和強風(fēng)化巖等，地下水在地表以下2m左右，管道處于地下水位以下。
　　二、施工方案的確定
　　（1）頂管法施工的原理
　　頂管法施工原理是在管道的沿線按設(shè)計的方案設(shè)置工作井和接收井，工作井內(nèi)設(shè)置堅固的后座，吊進油壓千斤頂以及要頂進的鋼管或混凝土管，接好照明，泥漿管，油管等管線，然后用油壓千斤頂緩慢頂進，通過壓漿系統(tǒng)使管節(jié)周圍形成泥漿套，管道在泥漿套中滑行，在頂進的過程中通過激光經(jīng)緯儀測量頂管的方向，邊頂進邊排土邊調(diào)整，直至將鋼管或混凝土管頂至接收井內(nèi)。
　　（2）頂管法施工適用條件
　　在污水管道直徑較大（Φ600mm以上），施工現(xiàn)場無法有采用明溝開挖埋管施工而管道沿線又無其它建筑物基礎(chǔ)時，可考慮采用使用頂管法施工。由于周邊地下管線繁多，車流量大、交通繁忙，為降低施工影響，盡量減少開面，同時為防止流砂，選擇沉井法構(gòu)筑工作坑。
　　三、頂管施工工藝流程
　　施工準備→測量放線→工作坑構(gòu)筑→工作坑設(shè)備安裝→管道出洞準備→挖土掘進→壓力推進→接口安裝→進洞→砌筑檢查井→竣工驗收。
　　四、工作井設(shè)計與施工
　　4.1工作坑的設(shè)計要求
　　（1）工作坑盡可能選在檢查井處，待頂管施工完成后直接構(gòu)筑檢查井；（2）單向頂進時，應(yīng)選在管道走向下方；（3）根據(jù)地形和土質(zhì)情況，充分考慮原土靠背的抗壓能力；（4）工作坑與周邊或需穿越的建筑物、構(gòu)筑物應(yīng)有一定的安全距離。
　　4.2工作坑尺寸的確定
　　工作井井底長、寬尺寸可按式（1）、式（2）確定。
　　W=D+（2．4～3．2）→（1）；
　　L=Ll+L2+L3+L4+L5→（2）；
　　（1）式中W為工作井底寬度，m；D為被頂進管外徑，m；（2）式中L為工作井底長，m；L1為管節(jié)頂進后，尾端壓在導(dǎo)軌上的最小長度，混凝土管一般留0．3m；L2為每節(jié)管長度，m；L3為出土工作間隙，一般為1．0～1，5m；L4為千斤頂長度，m；L5為后背墻厚度，m；
　　本工程工作坑和接收坑采用6m×4m矩形坑，工作井護壁為厚0．4mC30鋼筋混凝土，底板為厚0．5m鋼筋混凝土，井內(nèi)設(shè)集水井。其中接收坑內(nèi)不設(shè)置靠背系統(tǒng)，混凝土墩臺加受力面鋪設(shè)鋼板并灌注水泥漿加固做靠背。
　　4.3工作坑施工
　　（1）工作坑采用沉井法施工。考慮到此處地下水位較高，且需穿越砂層，為防止流砂，采用不排水下沉的施工方法，必要時向井內(nèi)注水，使井內(nèi)水位稍高于地下水位，保持水壓平衡。①具體要求(a.井內(nèi)挖土深度，一般根據(jù)土質(zhì)而定，最深不應(yīng)低于刃腳下2m。b.盡量加大刃腳對土的壓力。c.通過粉砂，細砂等松軟地層時，不宜以降低井內(nèi)水位而減少浮力的辦法，促使沉井下沉。應(yīng)保持井內(nèi)水位比井外高1—2m以防止流砂涌向井內(nèi)，引起沉井傾斜。
　　d.除了糾偏外，井內(nèi)的土應(yīng)由各井孔均勻清除，各孔內(nèi)高差不超過50cm)；②抓土下沉施工(抓土一般鍋底比刃腳低1—1.5m，刃腳周邊不易坍落時，應(yīng)采用高壓水搶沖刃腳部位輔助下沉，多孔井時，每個井孔需配備一套抓土設(shè)備。出土方式可采用特制的掛勾甩土或利用井頂運輸軌道)
　　（2）為防止井筒傾斜，挖土?xí)r注意對稱均衡挖土。為防止突沉，坑底開挖深度一般不得超過0.5m。
　　（3）待下沉到施工所需高程后，立即鋪墊碎石墊層，澆筑水下混凝土進行封底，并留鋼封水管，待混凝土達到應(yīng)有強度后將水抽去，封閉鋼封水管，再做底板。
　　（4）根據(jù)地質(zhì)情況，坑底鋪設(shè)50cm片石墊層，10cm素混凝土防水墊層，50cm厚C20鋼筋混凝土底板，基坑采用DN600鋼支撐支護。
　　4.5沉井的施工測量
　　（1）沉井頂面中心測量
　　在岸上導(dǎo)線點利用紅外線測距儀，直接測出沉井中心位置或利用預(yù)先設(shè)置的基線三角網(wǎng)進行交匯法測出沉井中心位置，根據(jù)中心位置檢查沉井各點下沉中的偏差，在施工中予以糾正。
　　（2）刃腳標高測量
　　a.沉井下沉前求出刃腳假定標高，下沉接高時，將刃腳底面標高返至井頂面。b.接高測量：沉井接高時，其基準面也要逐節(jié)向頂面返，保持上、下基準面平行，豎向軸線垂直。c.下沉深度測量：按實測頂面標高和量得的沉井高度，計算下沉深度標高。d.當最后一節(jié)沉井，下沉至頂面露出水面0.5m時，應(yīng)設(shè)置防水擋土墻圍堰，再繼續(xù)下沉至設(shè)計標高。
　　4.5、沉井施工過程中的質(zhì)量控制措施
　　（1）井筒傾斜的觀測及校正
　　在沉井施工過程中，必須隨時觀測傾斜情況。井筒傾斜可由以下因素造成：刃腳下面的土質(zhì)不均勻、井壁四周的土體側(cè)向壓力不均衡、挖土進尺不對稱以及刃腳下有障礙物等。因井筒內(nèi)四周挖土進尺或土質(zhì)不均，土體耐力不一致導(dǎo)致的井筒傾斜，可采用不均衡挖土法或采用加載法加以校正。
　　（2）井筒不沉
　　如土體摩擦阻力較大，導(dǎo)致下沉緩慢或不能下沉?xí)r，宜采用高壓水槍沿四周均勻沖射土體，以減小摩擦阻力，使井壁下沉。因物體阻礙，則應(yīng)及時挖除障礙物。
　　（3）井筒裂縫
　　因四周土壓力不平衡或挖土?xí)r障礙物支撐井筒的若干點，而混凝土強度不足時，可能產(chǎn)生裂縫。施工時應(yīng)使井筒達到規(guī)定強度后，方可下沉；也可在井筒內(nèi)安設(shè)鋼支撐支護加固。井筒產(chǎn)生裂縫后，應(yīng)盡快分析產(chǎn)生的原因，如由土體壓力不均造成的應(yīng)在裂縫面井筒外側(cè)挖土，以減少該向的土體壓力；如果是障礙物造成的應(yīng)及時拆除障礙物，以減小局部應(yīng)力，防止裂縫繼續(xù)擴大。采用水泥砂漿，環(huán)氧樹脂或其他補強材料對裂縫進行補強處理。
　　（4）沉井的抗浮
　　由于沉井位于地下含水層內(nèi)，可能產(chǎn)生上浮。施工過程中，可采取增加構(gòu)筑物的附加荷載，增加下沉摩阻力，減少刃腳開挖深度，防止地面水流入等措施抗浮。封底時結(jié)構(gòu)重量應(yīng)大于地下水產(chǎn)生的浮力。
　　五、頂管頂進壓力的確定
　　1、頂管施工的關(guān)鍵問題是準確估算頂管施工所需的推力（頂進壓力）。頂管推力的主要組成是推進過程管道所受的阻力，包括工作管切土正壓力、管壁摩擦阻力及泥水平衡壓力。
　　2、工具管切土正壓力F1與地質(zhì)情況及工作管形式有關(guān)。一般情況下軟土層土體正壓力為20t/m2～30t/m2，硬土層為30t/m2～60t/m2。
　　3、管壁摩擦阻力F與管壁土體間摩擦系數(shù)及土體壓力大小有關(guān)。管壁摩擦阻力在100kg/m2～500kg/m2。
　　4、泥水平衡壓力F3穿越流砂層，工作管密封，水力出泥。采用泥水壓力平衡地下水壓力，防止泥砂涌入。泥水壓力選擇應(yīng)合理。壓力過小，泥砂易涌入，造成路面破壞，壓力過大，則增大設(shè)備負荷。一般取10t/m2～20t/m2。
　　5、根據(jù)上述受力分析，該工程管道在頂進過程中管道所受阻力約為：F=F1+F2+F3=（30～60）×1×3.14+（0.100～0.500）×2×3.14×80+（10～20）=155t～459t。
　　6、考慮不可預(yù)見因素，頂管設(shè)備推力按其計算最大阻力的1.5倍取值，應(yīng)選擇設(shè)備頂進推力不小于700t。
　　六、靠背結(jié)構(gòu)及靠背的承載能力
　　1、靠背承載能力，根據(jù)頂進需要的總頂力，運用靠背土壓力公式核算后背受力及擋樁的長度，使土體所受的力小于土壤的允許承載力。
　　2、靠背作為千斤頂?shù)闹�撐結(jié)構(gòu)，要有足夠的強度和剛度，且壓縮變形要均勻。頂力反作用力下，不應(yīng)產(chǎn)生塑性變形。
　　3、該工程選用人工挖孔樁做靠背，樁長應(yīng)大于10m，樁前構(gòu)筑50cm鋼筋混凝土墩臺，并在受力面采用55mm鋼板敷墊。
　　4、為保證受力均勻，應(yīng)嚴格控制墩臺的平面度和垂直度，應(yīng)與管線中心垂直；人工挖孔樁應(yīng)與樁芯咬合，樁芯強度達到強度要求后，方可進行頂管施工。
　　七、頂管施工
　　1、頂管施工出土方法
　　頂管施工采用人工掘進頂管施工，人工挖土，小型手推車運土，卷揚機垂直提升出土。如遇流砂層，則將工具管密封，加氣排水，水力出泥。
　　2、工作坑內(nèi)設(shè)備安裝完畢，經(jīng)檢查符合要求后，進行管道頂進施工
　　首先將管子下到導(dǎo)軌上，就位以后，裝好頂鐵，校測管軸線和管底標高，其符合設(shè)計要求后，進行管端挖土。安裝好頂鐵，擠牢，管前端掘進一定長度后，啟動油泵、千斤頂組成的液壓系統(tǒng)，將管子推進一定距離。停止油泵，打開回油控制閥，千斤頂活塞頂桿回縮。添加頂鐵，重復(fù)上述操作，直至安裝下一節(jié)管子。
　　八、結(jié)語
　　本工程在采用頂管施工技術(shù)后，減少了大量的土方開挖量，縮短了工期，減小了對周圍建筑物和周邊居民影響。取得了良好的經(jīng)濟效益和社會效益。掌握工藝設(shè)計與施工技術(shù)要點有助于合理選擇市政排水施工工藝，更好地為市政工程服務(wù)。
　　
　　
　　參考文獻：
　　[1]現(xiàn)行市政工程規(guī)范大全【M】．北京：中國建筑工業(yè)出版社，2003．
　　[2]周民強.頂管施工技術(shù)[J].甘肅水利水電技術(shù),2005(1).