摘要：顶管施工法与其他施工法相比, 能够不受交通、障碍等环境影响, 可以顺利通过施工复杂地段, 提高工效, 降低工程造价。同时, 可以减少环境污染, 确保安全文明施工, 工程质量也得到了充分保证。文中通过实例探讨了城市管道顶管施工质量控制。
关键词： 城市管道 顶管施工 质量控制
中图分类号：O231文献标识码： A
前言
在城市交通繁忙地段, 埋深超过3 米的排水、排污管道, 利用顶管施工技术, 能保证道路畅通, 经济上也合理。制定具有针对性的施工方案, 富有经验、熟练的施工队伍和严密的施工组织与管理手段是施工成败的关键。
一、工程概况及施工特点
某工程厂外管线桩号由KJ7+291.28至KJ12+706.93，管线桩号里程总长度约5.4km，其中穿富力城段管线采用顶管方式施工，管线长度约1.5km，采用DN2400钢管，管材为甲供材料。其中顶管井4座，井编号为J8～J11，均采用沉井方式施工。各井之间管线长度：J7～J8段约长72m、J8～J9段约长510m、J9～J10段约长570m和J10～J11段约长341m。本项目顶管施工除J8～J7段，其余施工段长度均超过500米，一次性顶进距离长，施工难度较大，对施工精度要求高。
本项目采用的是管径为DN2400的钢管顶管，在砼管材、玻璃钢夹砂管、钢管等管中，以钢管的抗压强度最大，最适宜长距离顶管，DN2400的管径大小也较为适合。
二、 顶力计算分析
1、顶力计算
J8～J7顶管段，约长72m、J8～J9段约长510m、J9～J10段约长570m和J10～J11段约长341m。管顶覆土取5.0m。
F=F0+f0L
式中：F――总推力（kN）
F0――初始推力（kN）
f0――每米管子与土层之间的综合摩擦阻力（ kN/m）
（1）
式中：Bc――管外径，取2.42m
P e ――挖掘面前土压力（取P e ＝150kPa）
Pw――地下水压力（kPa）
△P――附加压力（一般取20kPa）
Pw＝ρgh=1000×10×4＝40000Pa＝40.0kPa
式中： ρ――水的密度（kg/m3）
g――重力加速度（m/t2）
h――地下水位到挖掘机中心深度，取4.0m
得：F0＝（150+40.0+20）×3.14×2.42×2.42/4＝965.43（kN）
F0=RS+Wf （2）
式中：R ― ― 综合摩擦阻力（kPa），取8kPa。
S――管外周长（m），得S＝ ＝3.14×2.42＝7.60（m）
W ――每米管子的重力（kN/m），查表得该管每米重量为1418.314kg
W＝1418.314×9.8/1000=13.90（ k N / m ）
f ―― 管子重力在土中的摩擦系数，取0.2。
得：f0＝8×7.60+13.90×0.2＝63.58（ k N / m ）（3）
总推力
J7～J8段总推力：F＝965.43+63.58×72＝5543.19（kN），总推力大于工作井设计顶力（5000kN），需加中继间。
J8～J9段总推力：F＝965.43+63.58×510＝33381.23（kN），总推力大于工作井设计顶力（5000kN），需加中继间。
J9～J10段总推力：F＝965.43+63.58×570＝37206.03（kN），总推力大于工作井设计顶力（2000kN），需加中继间。
J10～J11段总推力：F＝965.43+63.58×341＝22646.21（kN），总推力大于工作井设计顶力（2000kN），需加中继间。
2、管材受力分析
（1）DN2400钢管壁厚24mm。
（2）钢材可承受压力为235000kN/m2。
（3）钢管受力面积为圆环受力面积，DN2400钢管圆环受力面积S2＝3.14*1.2*1.4-3.12*（1.2-0.024）*（1.2-0.024）＝0.179 m2。
（4）DN2400钢管轴向允许推力＝235000kN/m2*0.179m2＝42065kN。
三、合理配置中继环
DN2400钢管轴向允许推力为42065 kN，根据总推力、工作井所能承受的最大顶力及管材轴向允许推力比较后，取最小值作为油缸的总推力。
中继环是长距离顶管中不可缺少的设备，中继环是经机械加工的内外套组合。
中继环的放置以主顶顶力来控制，中继环在安放时，第一只中继环应放在比较前面一些。中继环在管道上的分段安放位置，可通过顶进阻力计算确定。下面以J10、J11工作井作简单介绍：
J10、J11工作井设计顶力均为2000KN，不能满足施工需要，对工作井使用拉森钢板桩进行后靠背加固，使J10、J11工作井设计顶力增强为8000kN，主顶油缸采用4 个2000kN的千斤顶，总顶力为7200kN，顶管长度小于L＝（P-N）/F，（若考虑触变泥浆减阻效果，则总和摩阻力可以减少1/3左右，F=63.58×2/3=42.39，可取F=45），即L＝（7200-1011.40）/45＝137.52（m）的管段可以直接由总顶力完成顶进，不需要增加中继间。当顶进长度大于137.52m时，中继间布置方法如下：
1、第一道中继间布置
L =（ K P - N ）/ F
式中： P――中继间设计顶力（kN），拟设计采用16个500kN的油缸，则总推力为8000kN
N ―― 机头迎面阻力（ kN），为1011.4 0 K N
F ―― 每米管壁摩阻力（ kN/m），取为45kN/m（ 考虑触变泥浆减阻效果）
K ―― 总推力达到中继间总推力的百分比，取50％
得：L =（ 5 0 ％ × 8 0 0 0 - 1 0 1 1 . 4 0 ）/45=66.41m，取66m，即11节6m/节的钢管总长度。因此，第一道中继间布置于距头部66m处。
2、第二道中继间开始，若余下顶管长度小于L＝P/F＝8000/45＝177.78（m），则管段可以直接由总顶力完成顶进，不需要继续增加中继间。
3、若余下顶管段大于177.78m时，则增加中继间布置如下：
L =（ K P ）/ F
式中： P――中继间设计顶力（kN），拟设计采用16个500kN的油缸，则总推力为8000kN
F ―― 每米管壁摩阻力（ kN/m），取为4 5 k N / m
K ―― 总推力达到中继间总推力的百分比，取75％
得： L=（75％×8000）/45=133.33m，取132m，即22节6m/节的钢管总长度。
因此，若需要增加第二道或更多中继间时，每隔132m布置一道。由此可知J9～J10段需要设置4个中继环，J10～J11段需要设置3个中继环。
四、采用触变泥浆减阻
1、泥浆减阻
本工程采用顶管掘进机尾部同步注浆和中继环后面管段补浆两种方式进行减阻。补浆管一般布置于中继环后面第二节管段及中断环与工具头及后座中间位置，注浆孔按120°设置。注浆孔采用PE封闭螺栓。润滑泥浆材料主要采用钠基彭润土，纯碱、CMC、物理性能指标：比重1.05～1.08g/cm3，粘度30～40S，泥皮厚3～5mm。
2、泥浆置换
顶进结束，对已形成的泥浆套的浆液进行置换，置换浆液为水泥砂浆并掺入适量的粉煤灰，在管内用单螺杆泵压住。压浆体凝结后（一般为24小时）拆除管路换上封盖，将孔口用环氧水泥封堵抹平。
3、注浆设备
符合物理性能要求的润滑泥浆用BW-200压浆泵通过总管、支管、球阀、管节上的预留注浆孔压到管子与外管土体之间，包住钢管。
五、通风系统
本工程采用长鼓短抽组合式通风，通风系统安装在距掘进机12～15m处，抽风风筒与鼓风风筒分别安装于管内左右两侧，两风筒必须重叠5～10m，抽风机的吸入口在前，鼓风机的排风口在后，并在管道中间配置若干外轴流风扇，向井内排出浑浊空气。
结束语
经实践证明，本工程土体所受压应力均小于地基土的极限承载力，土体不会被破坏；经验算，曲线段的管端承受的压应力极值小于混凝土的抗压强度设计值，故管节也不会被破坏。
参考文献
[1] 李明.大口径长距离蛇行曲线顶管的施工技术[J]. 城市道桥与防洪. 2007(09)：46―54
[2] 李斌.市政工程顶管施工技术的应用分析[J]. 中国城市经济. 2010(06)：37―86
[3] 曾洁红.城市建设污水管道顶管施工技术�析[J]. 中国城市经济. 2010(10)：64―75
[4] 段孟春.市政给排水施工中的长距离顶管施工技术分析[J]. 科技资讯. 2010(27)：56―98