结合案例谈谈顶管的施工
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摘要：本文结合实际工程案例，探讨了顶管的施工技术及顶管施工过程中的误差校正的方法。
关键词：顶管、施工、校正、方法
Abstract: combining with practical engineering case, this paper discusses the construction technology and pipe jacking construction process of the pipe jacking error correction method.
Key words: top tube, construction, calibration, method
中图分类号：TU74文献标识码：A 文章编号：
近年来，随着我国经济和城市建设的快速发展，城市基础设施逐渐完善，其中，各类地下管线的铺设与改造，在城市的基础设施的建设中扮演了重要的角色。在地下管线的铺设与改造中，非开挖施工技术越来越受到重视，作为非开挖技术中经济性与适用性较为突出的顶管技术发展迅猛，具有广阔的应用前景。本文结合实例谈谈顶管的施工。
1.项目概况：
南宁市江北片污水管网建设工程南湖竹排冲流域污水管网一期工程，是利用日本政府贷款南宁市城市水环境综合整治工程内容之一，工程的目的是：建设污水管网系统，收集朝阳溪及二坑流域、西乡塘流域、南湖及竹排冲流域的污水，建立雨污分流的排水体系。污水管道工程共计7条，总长15639米。
2.顶管施工工艺
2.1地质与环境调查工作
根据业主提供的各段污水管道工程地质勘察报告可知：地层自上往下依次分别为素填土、粘土、粉质粘土。拟建场地无地下水。
2.2顶管机头选型
根据业主提供的污水管工程地质勘察报告，结合投标人的顶管施工经验，土体稳定系数Nt值，选择顶管掘进机正面装置形式。
土体稳定系数Nt按下式计算：
Nt=(γ×h＋q)×n/Su
式中γ—土的天然重度（KN/m3）；h—地面至机头中心的高度（m）；q—地面超载（kpa）；n—折减系数；SU—土的不排水抗剪强度（kpa）；
φ=0时，Su=C；φ≠0时Su=tgφ+C
式中φ—土的内摩擦角（0）；C—土的粘聚力（kpa）；
Nt=（19.8×3.5＋20）÷40.3×1=2.22＜4
因此,机头型式可采用手掘式。
2.3顶管工作井的设置
顶管施工需设置两种形式的工作井，一种是供顶管机安装和出坑用的顶进工作井，即在总体施工方案中提到的；另一种是供机头进坑和拆卸用的接收井。在顶进过程中，顶管的管节从外面吊入工作坑内安装顶进，管内的出土通过工作坑提升到地面运走。
顶进工作井尺寸的设计由施工现场的实际情况、检查井的设计及顶管操作技术要求决定。考虑以上因素，顶进工作井平面尺寸尽量缩小，开挖采用槽钢密排护壁支撑与现浇钢筋砼模筑护壁靠背结合的方法。
根据公式及承包人的施工经验，工作井平面尺寸一般采用为：当管径为1.0M～1.2M时工作井长×宽=6.8M×4.8M。
2.4顶进工作井的结构型式
顶进工作井是顶管工作活动最集中的地方，是管道顶进的关键部位。工作井的结构形式对提高管道顶进质量和确保施工安全至关重要。在本工程中，设计工作井采用槽钢密排护壁与现浇模筑砼护壁支护的方法修建。工作井的开挖采用一次挖深2.5m，装配槽钢密排护壁且整体焊接，2.5m以下采用现浇模筑钢筋砼护壁并作为顶进后靠背。
顶进工作井采用以下图示结构图
2.5中继站施工工艺
2.5.1安装原则
⑴只有在顶进阻力超过主顶千斤顶的容许总顶力或管节容许的极限压力或工作井后靠土体极限反推力，即一次达不到顶进距离要求时采用。
⑵根据本包污水管道工程地质勘察报告及投标人的施工技术经验，一次顶进60m左右加设中继间。
2.5.2机械准备
中继站必须具有足够的强度和刚度，良好的水密特性，加工精确，安装方便。中继环主要由四个部分构成：短冲程千斤顶组（冲程为15～30cm）规格，性能要求一致；液压、电器与操纵系统；壳体和千斤顶紧固件，止水密封圈，泵压法兰片。
2.5.3施工工艺
采用中继站顶管，将一根长管道分成数个区段，区段与区段之间加入中继站，每只中继站只承担顶推前面区段的管道，后面区段由它后面的中继站顶推，最后区段由主顶站顶推。
2.6导轨的选用
导轨采用43kg/m重轨，按管道设计中心线和坡度进行安装，以保证管子在顶入前的位置正确。
导轨间距按下计算：
导轨间净距：A=2√（d＋2t）（h-c）-（h-c）2
导轨中距：Ao=a＋A
式中D—管子内径；A—管壁厚；h—导轨高度；a—导轨宽度；c—管外壁与基础面的间隙
根据以上公式及承包人的施工经验，顶进Φ1000管径的钢筋砼管，导轨间净距为70CM。
2.7加入触变泥浆减阻的施工方法
为了减少顶进阻力，增大顶进长度，并防止塌方，采用在管壁与土壁的缝隙间注入触变泥浆，形成泥浆套，减少管壁与土壁之间的摩擦阻力，泥浆经过一定时间固结，产生强度，对周边土层起到护壁作用。
泥浆再输送和灌注过程中具有流动性、可泵性。灌注主要从顶管前端进行，顶进一定距离后，从后端及中间进行补浆。
2.8工作井的垂直运输
地面与工作井底的土方，管子和顶管设备的垂直运输采用简易龙门吊和卷扬机，并搭设钢轨横梁作为地面工作平台。
2.9管子接头的连接
⑴一节管子顶完，再将另一节管子吊入工作坑，继续顶进前，将两节管连接好，以保持管道的整体性和减少误差。
⑵混凝土管接头的槽口要求尺寸准确、光洁平整且无气泡；
⑶橡胶圈的外观和任何断面都必须致密均匀、无裂缝孔隙和凹痕等缺陷，橡胶圈应保持清洁，无油污，且不得在阳光高温下直晒；
⑷钢套环必须进行防腐处理，刃口无暇疵，焊接处平整，肢部与钢板平面垂直；
⑸衬垫板的厚度应按设计顶力大小确定，粘贴时，凹凸对中，环向间隙应附合要求；
⑹承插时外力必须均匀，橡胶圈不移位，不反转，不露出管外，否则应拔出重插；
⑺顶管结束后，按设计要求在管内间隙嵌以弹性密封膏或水泥砂浆填料，要求与二管口抹平。
2.10顶进设备的选择
根据本工程实际情况，采用工作顶力为400T活塞式双作用液压千斤顶。千斤顶布置根据顶管距离长短不同而采用单列或者并列的形式，并使千斤顶的合力位置和顶进抗力的位置在同一轴线上，避免产生顶进力偶，防止管子发生位置误差。顶进时着力点位置在管子全高的1/4～1/5之间。千斤顶与管子之间采用顶铁传递顶力,顶铁可用型钢焊拼成长方型结构的传力形式，根据实放位置和传力作用不同，用横铁和立铁组合。
2.11管内挖土和运土
工作井布置完毕，即开始挖土和顶进。挖土采用人工掏土形式。挖土时，密实土层内坑壁与管上方可有1～2cm间隙，以减少顶进阻力。但管中心下部135°范围内应留有2cm厚土层，以便可少许切土顶进。每次挖土掘进深度，一般可等于千斤顶的顶程，土质较好地段，每次挖深在0.5～1m范围内。每次开挖纵深严格控制，长顶程千斤顶全顶程可分为若干次顶进。管内运土采用手推车运输，前方挖出的土要及时运出管外，避免管内因堆土过多而导致管子下沉。
2.12顶进施工工艺流程
工作井布置完毕，用卷扬机把管子吊到顶管工作井的导轨上，这时即可开始挖土和顶进，顶进工艺流程图如下：
2.13顶管测量及顶管误差校正
顶管施工中，为了使管道按照规定的方向前进，在顶进过程中，必须不断观测顶进管节的轨迹，当发现偏离设计位置时，要及时地进行校正。
2.13.1顶进前的测量工作
⑴把地面桩引入工作坑内，在坑内设置管道中心桩和高程桩以校测顶进管道位置。
⑵安装导轨时严格控制中线和高程。顶进过程中的测量工作主要是对工具管和首节管进行测量，首节管在顶进过程中起导向作用，要求质量高，需频繁观测。正常顶进每顶进30～40cm测量一次，顶进第一节时，每20cm左右观测一次。
⑶除对工具管和首节管频繁测量外，每顶进40～60cm需对整个顶管段进行复测，以检查中线管节有无下沉现象。本工程在工作坑内采用能固定方向的经纬仪进行顶进中线和DSZ3水准仪进行高程测量的测量控制，并做到随顶随测。
2.13.2产生顶管误差后的校正方法
采用三种方法校正
⑴挖土校正法：当误差范围在10～20mm时，采用在不同部位增减挖土量的办法，以达到校正目的。
⑵强制校正法：当偏差大于20mm时，用挖土法已不易校正，这时用圆木或方木顶在管子偏离中心的侧管壁土上，另一端装在垫有木板的管前土壤上，支架稳固后利用千斤顶给管子施力，使管子得到校正。
⑶衬垫校正法：对淤泥、流沙地段管子因地基承载力弱，常出现管子低头现象，这时在采取顶木强制校正法的同时，需在管底下部补垫砂石、木板等物，以加强地基的承载力。
3.结束语
过去，人们受施工现场条件控制，很多时候很难开挖，或无法穿过河道等困难，污水管道敷设处处受制。随着顶管法的日渐成熟，以上问题可迎刃而解，污水管道的布置可以越来越灵活，可极大满足人们对污水处理的要求。顶管法施工将成为市政工程施工中的一种常用工艺。