摘要:在城市供水管道工程建设中，顶管施工显示出极大优越性，具有开挖量少，交通干扰小、工期短等优势，因此，顶管施工技术得到了广泛的应用。本文结合应用实例，探讨了城市供水管道工程顶管施工方案、施工技术及质量控制措施，给同类工程提供参考。
关键词:供水管道工程：顶管施工；顶力计算；纠偏；质量控制
中图分类号：P756.2 文献标识码： A 文章编号：
城市供水管道工程是重要基础设施，其建设受到了人们的广泛关注。传统的挖槽埋管地下管线施工技术对地面交通有很大影响，因此，受到了逐渐受到限制。而顶管施工技术与传统的施工技术相比，对地面活动影响较小，施工控制严格可保证交通畅通，日常活动正常，特别是在穿越铁路、公路、河流、建筑物等障碍物时可减少沿线的拆迁工作量，节约资金和时间，降低工程造价。因此，顶管技术在城市供水管道工程施工中得到广泛的应用。
1工程概况
1.1工程简介
某城市供水管道工程，在穿越市政道路采用顶管施工技术，工程长59.6m，埋设深度为4～6m。管道采用内径DN2000的“F”形Ⅲ级钢筋混凝土管材，混凝土等级为C50级。
1.2场地工程地质情况
顶管段地质情况为黏性土、回填土，管线主要在黏性土中穿过，经讨论决定，采用人工开挖与机械顶进两种方法相结合施工。
2主要施工方法
由于穿越距离短且工作坑土质较好，因此，采用组合道轨枕木作后背。为了保证顶进质量，施工时应进行后背的强度和刚度计算。
3 手掘式机械顶管施工方案
本工程顶管单一，结合现场实际情况和地质勘察报告，施工方拟定采取手掘式机械顶管施工方法。
3.1 手掘式顶管施工工艺流程(如图1所示)
3.2 顶力计算与后背设计
本工程将枕木组合作为千斤顶的后背墙。
1)后背结构及抗力计算
(1)后背结构
后背作为千斤顶的支撑结构，要有足够的强度，且压缩变形要均匀。因此，应进行强度和稳定性计算。本工程采用组合枕木后背，这种后背安装方便，安装时应满足以施工千斤顶的着力中心高度不小于后背高度的l/3的要求。
(2)顶力计算
推力的理论计算公式如式(1):
F=Fl+F2(l)
式(l)中，F为总推力；Fl为迎面阻力；F2为顶进阻力。
F1=π/4×2D×P (2)
式(2)中，D为管外径，取2m；P为控制土压力。
P=K0×γ×H0 (3)
式(3)中，K0为静止土压力系数，一般取0.55；H0为地面至顶管中心的厚度，取平均值6m；γ为土的湿重量，取1.5t/m3。将相应数值代人式(2)、式(3)，得:
P=0.55×2×6=6.6t/m2
F1=3.14/4×2×2×6.6=20.724
F2=πD×F×L (4)
式(4)中，F为管外表面平均(根据顶进距离平均淤泥土)综合摩阻力，取0.8t/m2；D为管外径，取2m；L为顶距，取60m。将相应数值代人式(4)，得:
F2= 3.14×2×0.8×60=301.44
因此，总推力F=20.724+301.44=32.164t。根据总推力!工作坑所能承受的最大顶力与管材轴向允许推力相互比较后，取最小值作为油缸的总推力。主顶油缸选用2台320t(3000kN)级油缸。通过油泵压力将每台油缸顶力控制在200t以下，千斤顶总推力为400t。因此，无需增加额外的顶进系统即可满足施工要求。
2)后背的计算
后背在顶力作用下产生压缩，压缩方向与顶力作用方向一致。当停止顶进，顶力消失，压缩变形随之消失。这种弹性变形现象是正常的，顶管中后背不应被破坏，不能产生不允许的压缩变形。
后背不允许出现上下或左右不均匀的压缩，否则千斤顶在余面后背会造成顶进偏差。为了保证顶进质量，施工时应进行后背的强度和刚度计算。后背受力计算公式如式(5):
式(5)中:R为总推力之反力(一般大于推力的1.2～1.6倍)；a为系数(取1.5～2.5之间)，此处取2；B为后座墙的宽度(单位为m)，此处取4m，γ为土的容重(单位为kN/m3)；H为后座墙的高度(单位为m)，此处取2m；Kp为被动土压系数tg2(45°+Φ12)；C为土的内聚力(单位为kPa)，一般情况下取10kPa；h为地面到后座墙顶部土体的高度(单位为m)，此处取2m。
按式(5)计算，后背能承受2623t顶力(>实际顶力400t)，完全能满足要求。
3.3主要设备的选择
顶进设备主要包括千斤顶、高压油泵、顶铁、工具管及运出土设备等。
1)千斤顶：千斤顶是掘进顶管的主要设备，本工程每个工作井拟配置2台320t液压千斤顶。
2)高压油泵：由电动机带动油泵工作，选用额定核动力为31.5MPa的液压油泵，控制阀经分配器进人千斤顶，各千斤顶的进油管并联在一起，保证各千斤顶活塞的出力与行程一致。
3)顶铁：顶铁是传递和分散顶力的设备。要求顶铁能承受顶进压力而不变形，并且便于搬动。根据顶铁位置的不同，可分为横顶铁、顺顶铁和、“U”形顶铁3种。
4)其他设备：在工作坑上设置固定的工作平台，平台用直径超过30cm的普通圆木作支架，上铺厚度超过5cm的木板作为出土使用。在工作平台上设起重架，上装电动卷扬机，其起重量应大于每出土斗车满载的重量。
3.4顶进设备的选择
本工程根据顶力计算结果，结合实际情况，采用工作顶力为320t活塞式双作用液压千斤顶。千斤顶布置采用单列式。顶进时着力点位置在顶管全高的1/2～1/3之间比较合适。千斤顶与顶管之间采用顶铁传送顶力。顶铁用型钢焊拼成各种结构的传力形式，根据顶铁安放位置和传力作用不同，采用横铁和立铁组合的方式。
3.5管前挖土与顶进
1)管前挖土：管前挖土是控制管节顶方向和高程!减少偏差的重要作业，是保证顶质量及管上构筑物顺利安装的关键施工环节。
2)下管：挖土之前应先进行下管施工，并做好以下工作。
(l)下管前应先对矽管进行外观检查，主要检查砼管有无破损及裂缝，端面要平直。检查合格后的硅管方可用起重设备吊至工作井的导轨上就位。
(2)检查起重设备。全面检查起重设备并试吊，确认安全可靠后方可下管。下管时工作井内严禁站人。当距导轨小于50cm时，操作人员方可就位工作。
(3)砖管就位。第一节管放到导轨上后，测量管子中心及前端和后端的管底高程，确认安装合格后方可顶进。第一节管作为工具管，顶进方向与高程的准确性是保证整段顶管质量的关键。
3.6管前挖土的长度控制
通常安排一个人挖土。为加快工程进度，每班安排2个人轮流开挖。在管内采用人力斗车进行土方运输；在工作井采用电动葫芦进行垂直运输土方。
3.7顶进
采用2台30/台的液压午斤顶作为主顶。顶进开始时应缓慢进行，待各接触部位密合后，再按正常速度顶进。顶进若发现有油路压力突然增高，应停止顶进，找出原因并经过处理后方可继续顶进，回镐时油路压力不得过大，速度不得过快。挖出的土方要及时外运，及时顶进，使顶力限制在较小范围内。