市政给排水施工中的长距离顶管施工技术分析

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摘要：随着城市化进程的不断加快以及人们对各种基础设施的追求不断的增加，市政给排水施工作为城市给排水系统工程的关键环节，其重要性自然不言而喻，顶管施工作为一种现代化管道敷设技术，在给排水系统的施工中受到各个施工单位和企业的青睐。本文通过对市政给排水施工中的长距离顶管施工技术的深入分析，然后对长距离顶管施工技术进行了详细阐述。

关键词：顶管；施工技术；市政给排水

中图分类号：TU74 文献标识码：A

引言

在科技飞速发展的今天，人们的生活水平不断提高，对建筑也提出了更高的要求，各种市政工程和基础设施作为人们生活中不可缺少的重要部分，城市地下管道改造已成为当前城市化发展的主流，更是各种城市基础设施施工和应用的关键。

在现代的建筑行业中，涌现出了大批更为先进的施工材料和施工技术以及施工设备，而随着这些材料和技术以及设备在建筑工程中的应用，使得现代建筑的质量和性能都得到了大幅度提升，既满足人们对建筑的新要求，同时也为促进城市化建设起到了不可估量的作用。

顶管技术在城市施工的过程中被广泛的应用在各个施工模式当中，主要被应用在给排水系统、地铁以及其他各种管道的施工和应用中，因为其能够适用各种复杂的地理条件和因素进行施工。在当前的市政给排水施工中长距离顶管施工技术是一种常见却实用性极高的技术，随着该技术在市政给排水施工中的应用，使得市政给排水施工效率得到了大幅度提升，从而有效地满足了人们的给水排水需求。

2、长距离顶管施工技术的应用现状和制约因素

2.1、长距离顶管施工技术的应用现状

市政的排水系统作为现代化城市的基础性设施，是全社会进行自然资源保护和利用的有效措施，也是城市进行防洪、防涝、排污的必要设施。然而对于我国现阶段的市政工程中，排水施工中存在很多问题，例如排水系统不完善，相关排水设施失灵，排水管道及其他设施的维护与修理工作不到位等，对此，现阶段我国市政建设中亟待解决的问题就是市政排水工程施工的问题。非开挖技术是指利用微开挖或不开挖技术对地下管线、管道和地下电缆进行铺设、修复或更换的一门科学。具有经济、高效、保护环境、地下建筑不用搬迁、不影响交通等特点，是一种高科技实用技术。

顶管施工是非开挖施工的一个方面，其主要应用于穿孔施工时顶进钢套管或无钢套管情况下顶进永久性公共管道，施工噪声小、地表十扰少、振动小，施工过程具体是从地而开挖两个基坑井，将钢管从工作井安放，用千斤顶或中继间顶进，推动钢管从工作井口穿出，穿越土层到接收井的预留口边，最后穿出接收井的预留口，形成管道。

顶管施工这一术语相对较新，然而其原理并不是新提出来的。然而国内对此技术的认识仍然存在一些误区，随着城市现代化建设的逐步深化，地下各种管道、管线等设施规模的扩大，非开挖技术的应用也越来越广泛，并逐渐成为了一门独立科学。

2.2、长距离顶管法施工时的制约因素

长距离顶管就是每一段连续推进距离都在100m以上的顶管施工，也有达到100m或1000m以上的，由于每次连续推进距离长，就产生了许多与普通顶管的区别，同时许多因素对长距离顶管有制约作用。

制约长距离顶管的一个重要因素是推力。一般的观点是，管子推进距离增长了，只要增加主顶油缸的推力就可以了，实际施工中却并非如此，推力增加了，管子和后座不一定能承受住，而常用的混凝土管的抗压强度为13MPa～17.5MP a，玻璃纤加强的混凝土管抗压强度90MPa～100MPa，钢管的抗压强度为 210MPa。

钢管的断面、重量及与土之间的摩擦系数均比混凝土管小，顶进推力也就相应减小许多，所以钢管是长距离顶管施工中的首选。玻璃纤维加强管在混凝土管中是长距离顶管的最佳用管，在混凝土管的接口形式中，一般用F管。

后座所能承受推力大小也能制约长距离顶管，一般情况下用顶管子所能承受的最大推力来决定顶管工作坑的后座所能承受的最大推力，再反过来验算工作坑后座是否能承受最大推力的反作用力。为了使油缸的推力的反力均匀地作用在工作坑的后方土体上，需浇筑一堵后座墙，这个后座墙必须能完全承受油缸总推力P的反力，受力情况如图2-1所示。

图2-1 顶管受力分布图

另外，为了增加后座力，可增加后座墙的宽度B，通常，后座墙的宽度与工作坑的宽度相等。

如果后座墙的反作用力的作用点与主顶油缸合力的作用点在同一位置，而且该点又比顶管子的轴线低，那么，后座的高度就以这一点为中心，向上和向下的高度均为后座高度的二分之一。

后座墙如果为素混凝土浇筑而成，它所承受的最大弯矩Mr为:

式中t后座墙的厚度;σt为混凝土的抗拉强度，一般取抗压的强度的1/10～1/15。如果经过计算后，素混凝土的强度不够，可以在墙体受拉一面加人钢筋，使其强度增加达到要求。

排土方式也是制约长距离顶管的重要因素。当所顶管管子长达100m以上时，人工出土方式的速度太慢，制约了总的顶进速度，显然是不适宜的。如果用水力输送，在输送一定长度以后，需加1台中间泵，如果采用土砂泵，则必须保证土砂泵在克服了各种弯头、伸缩接头的阻力以后，还能在该趾离内把管道内的土砂排出，或者可以加中间输土泵;如果管径较大，也可采用电瓶车出土，为了加快出土量，可让电瓶车在管内所设的道叉处交换。

长距离顶管还受到测量的制约。普通的激光经纬仪，其光点的直径在10mm以下，如果距离太长，就会造成光点的直径扩大，从而影响测量精度;如果增大激光的功率，又会对人体尤其是对人的眼睛造成伤害。此外，距离太长时，管内的雾气大，也会影响测量。

掘进机等各种机具寿命也会影响和制约长距离顶管，其中，尤其是会受到各种密封件的寿命、切削刀头的寿命、中继间的寿命等制约。通风、供电也能制约长距离顶管，在管径小而作业人员多的情况下，距离长会造成通风不良，继而产生缺氧电压的压强增大，造成电气故障。

因此，制约长距离的顶管的因素很多，在施工过程中尽应可能合理安排作业坑的间距，不要过长。

非开挖顶管施工技术分析

3.1、实际顶进过程中顶力变化分析

3.1.1、管径的影响

根据实测顶力变化情况,将相同条件下不同管径的顶力进行比较,顶力计算随着管径的增大而呈线性上升趋势，管径愈大，顶力愈大。

3.1.2、管线偏差的影响

管道在顶进中不断出现偏差,校正过多,因阻力增加会使顶力增大,一般情况下在进出洞口处,管线偏差较大，纠偏次数也较多，顶力增加很大。

3.2、顶力计算公式

影响顶力的主要因素，从顶管过程中顶力分析不难看出，包括管径D,含砂量S,粘聚力C,管埋深 H,土对管的作用力N,土壤重度γ,管长L,土体内摩擦角,管壁与土的接触摩擦系数μ。顶力P的表达函数式为:P＝P(D,H,L,C,S,γ,μ,N)其中D、H为常数,其它均为变量。C、S、γ为土质参数,在顶进过程中都可能发生变化;μ在顶管过程中受到土质参数、触变泥浆套形成效果、泥浆浓度等影响;N在整个顶进过程中是个变量。在本文中，只对土压平衡或泥水平衡顶管的顶力计算公式进行分析。

在公示推导过程中:假设管土接触均匀;迎面土压力计算时，暂不考虑地下水位的影响；管材为钢筋混凝土管；沿途地质情况无显著变化；忽略地面附加荷载的作用;采用单位面积摩擦力f以综合反映C、S、γ、μ、N等参数的影响。

计算顶力公式由工具管迎面阻力和管道摩阻力两部分组成。管道摩阻力与土质的性质、接触的紧密度、触变泥浆情况有关,综合体现为摩擦系数的选用。这里将这一影响归到安全系数中,在顶力计算中着重考虑采用触变泥浆对摩擦系数的影响,公式为:

式中P为总顶力;PF为迎面阻力;F2为管道摩擦阻力;K为安全系数,可取1.0～2.5,对于非粘性土K＝1.5～2.5,粘土K＝1.0～1.5。

对于采用土压平衡和泥水平衡的顶管,通常迎面土压力都控制在主动土压力与被动土压力之间,一般泥水平衡压力和土压平衡掘进机土压力应为前静止压力的1.0～1.1倍,根据施工经验,迎面阻力可近似采用管中心所受的阻止压力计算,即

式中为静止土压系数,与土的性质有关,γ为土的容重，Dl为工具管外径(m);H为管顶覆土高度(m)。

结束语

在现代的给排水系统中，给排水设计的设计方法和设计理念都有了长足的发展，从而为现代市政给排水施工创造了有利条件，顶管施工随着城市建设的发展已越来越普及，顶管技术在施工的过程中是一个复杂的力学施工模式，它在施工中涉及到多种学科的综合应用。合力良好的设计方案和科学化管理制度的综合应用是确保长距离顶管技术施工质量的关键。要进步一提高长距离顶管施工技术的水平，必须加强对市政给排水施工中长距离顶管施工技术的分析研究，才能确保城市给水排水的正常稳定，推动城市建设的进程。

参考文献:

[1]刘涛. 合肥市顶管施工技术适应性评价研究[D].合肥工业大学,2012.

[2]刘源. 顶管施工中若干问题的分析与计算[D].中国地质大学（北京）,2006.

[3]冯海宁. 顶管施工环境效应影响及对策[D].浙江大学,2003.