摘要:顶管技术作为一种非开挖施工方法，具有场地占地面积小、开挖量小及对施工周围环境的不利影响下等优点，在管道工程施工中已越来越受到广泛应用。本文介绍了顶管技术在混凝土排水管道工程施工中的应用，论述了施工前的准备工作、施工中的技术要点及施工过程中质量安全保证措施，对类似工程的施工提供指导经验。
关键词:顶管施工；顶进；纠偏；闭水试验
中图分类号： S276 文献标识码： A 文章编号：
顶管技术是利用液压油缸从顶管工作井将顶管机和待铺设的管节在地下逐节顶进，直到顶管接收井的非开挖地下管道敷设施工工艺。与同管径的明挖施工相比可节约用地，在地下施工，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；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，顶管技术在城市基础工程施工中得到广泛的应用。
1 工程概况
某市政排水管道工程由于穿越覆土达5m 的路段，为减少开挖费用和对路面上繁华的交通造成影响，决定采用顶管施工技术。该段顶管的管径为d1000，长度约为35m，顶管段的地质情况以中砂和亚黏土层为主，地下水位较低，不影响管道施工。
2 顶管施工准备
(1)确定检查井、工作坑位置以及开挖断面和堆土位置。
(2)准备本工程适用的施工技术规范和质量检验评定标准，明确施工方法及技术要求。
(3)测放沟槽开挖边线、堆土界线，并用白灰标志。
(4)挖设深坑，查明地下管线位置、种类及地下水位、土质情况。
(5)施工用水、用电准备到位。
3 顶管施工
顶管施工顺序如下：开挖工作井→顶进套管→检查井砌筑→回填土方。
套管顶进采用人工掘进，人工出土与吊车起吊出土配合，套管采用16t汽车吊吊运进入工作坑。工作坑开挖时注意保护既有管线及设施。
3.1 工作坑的设计
3.1.1 工作坑尺寸
(1)工作坑宽度
工作坑宽度计算公式如下：
W＝D1＋2B
式中：D1为套管外径(套管外径为1000mm)；2B为套管两侧工作面及支撑厚度，一般取2.4m～3.2m(本工程取3m)，故工作坑底部宽度为W＝4m。
(2)工作坑长度
工作坑长度计算公式如下：
L＝L1＋L2＋L3＋L4＋L5
式中：L1为工具管长度，m，当采用套管作为第一节管工具管时，套管不宜小于0.3m(此处取0.5m)；L2为管节长度，m，此处取6m计算；L3为工作组出土长度，m，本工程取1.5m；L4为千斤顶长度，m，本工程取1.1m；L5为顶管后背总厚度，m，200mm×200mm方木及40号工字钢故取L5＝0.85m；经计算工作坑长度L＝10m。
(3) 工作坑深度
工作井底应低于管底0.28m，井底以下空间尺寸为：管皮厚2cm，管外皮至枕木的距离3cm，枕木至坑底高度5cm，合计10cm。
工作坑深约4.95m，因受地形限制，不能放太大的坡度，为防止塌方，放坡系数按1∶0.33考虑，四周加挡土板支护，挡土板采用5cm木板。
3.1.2 工作坑基础
本工程为安全和操作方便，采用混凝土基础铺满全基坑，混凝土厚200mm，强度等级C15。混凝土层内嵌枕木深15cm，枕木外露5cm，在枕木上安装倒轨。
3.1.3 顶进导轨
(1)设置在基础上的顶进导轨，作用是引导管子依据设计要求的坡度和中心线顶进套管，使套管位置在顶进之前是准确的。本工程的导轨采用38号钢制导轨，导轨长度与基础长度相等，两导轨的距离要控制在套管管径的0.45～0.6倍之间。
(2)导轨安装和技术要求。因导轨是一定向轨道，其安装质量高低，对套管顶进影响很大，因此导轨安装后应达到牢固可靠，在使用中不能产生位移。导轨安装步骤：一是用直尺和线坠确定导轨的平面位置及间距；二是用测量出的导轨各点实际高程与设计高程相比较，将导轨的高程确定下来；三是依据确定的高程进行安装。导轨安装完成后应达到两导轨平行、等高，且高程和纵向坡度与设计高程、坡度相吻合，安装精度满足施工要求。导轨的允许偏差为：导轨顶面高程±3mm；两轨内距±2mm。
3.1.4 后背
后背作为千斤顶的支撑结构，它承受着顶进套管时的全部水平顶力。因此要求后背应具有足够的强度、刚度和稳定性，当最大顶力产生时，不允许发生相对位移和弹性变形。因后背是临时支撑结构，故本工程采用原土排木后背。
(1)原土后背。后背紧贴垂直的原土用200mm×200mm的方木排开，其宽度和高度均为2.5m，采用40号工字钢作为排木外侧立铁，放在千斤顶作用位置，并在立铁外侧设一根刚度大的横铁，使千斤顶的顶力作用在横铁上。
(2)顶力计算。经计算合计顶力为578kN。选用两台300kN千斤顶，即可满足施工要求。
3.2 顶进设备
顶进设备主要包括后背、导轨、卷扬机、掘进机、千斤顶、高压油泵、顶铁、下管及运土设备。
3.3 施工程序及操作方法
3.3.1 施工程序
测量放线：根据设计图纸要求，将顶管工作坑的位置测设到地面上，引测临时水准点；然后开挖工作坑，并进行支撑。
安装设备：主要包括顶进设备、出土和下管设备、测量设备、照明和通风设备等。
顶进操作：顶进操作包括挖土、运土、顶进、更换顶铁及测量校正等工作，可按两个循环进行。
3.3.2 操作方法
(1)挖土与运土。套管顶进质量及防止地面沉降的关键是套管前挖土。因为套管在顶进过程中是顺着已挖好的土壁前进，所以套管前挖土的方向和形状，直接影响顶进套管位置的正确性，因此套管前周围超挖应严格控制。在允许超挖的稳定土层中正常进行顶进时，套管端上方允许有小于15mm的间隙，使顶进阻力减小。套管端下部135°中心角范围内不得超挖，用以保持管壁与土壁相平行，为防止套管端部下沉也可以预留10mm厚土层不挖，在套管顶进时再切除。
套管前的挖土深度，要依据土质情况和千斤顶的工作行程而定，一般情况下为千斤顶的出镐长度。施工中避免超挖过大，否则土壁开挖形状不易控制，容易引起套管位置发生偏差和上方土坍塌。特别对松软的土层，要对套管顶上部土进行加固，或在套管前安装管檐。顶进套管时，防护人员要加强巡视检查，警惕土方坍塌伤人，对挖出的土方应及时外运。
(2)顶进。顶进是在后背不动的情况下，利用千斤顶出镐，将套管顶入土中。套管顶进时应按照“先挖后顶，随挖随顶”的原则，连续作业，尽量避免中途停止。操作步骤如下：第一，用U型顶铁或圆形顶铁将套管挤牢，待套管前挖土满足要求后，操作千斤顶，使活塞伸出一个行程，将套管推进一段距离；第二，操作千斤顶，使活塞回缩一个行程；第三，安装顶铁，重复操作第一、第二步，直到套管端与千斤顶之间可以放下一节套管为止；第四，卸下顶铁，下管，焊接；第五，重复上述操作。
另外，在套管顶进过程中发现套管偏差过大、前方土方坍塌，后背倾斜等情况后，要立即停止顶进，查明原因，排除后再继续顶进。
3.3.3 测量方法
套管顶进过程中，应连续观测套管的位置和高程是否满足设计要求，尤其是对正在进入土层中的第一节套管的观测尤为重要。在采用人工掘进时，第一节套管在进入土层过程中，每顶进300mm，测量不少于1次；套管进入土层后正常顶进时，每1000mm测量不少于1次。纠偏时适当增加测量次数。
顶管的高程和方向采用激光水准仪来控制，基本方法是在套管前方设置接受靶，在工作坑内固定位置设置激光水准仪，使激光水准仪发射的光线与设计坡度一致，且通过接受靶中心，光线的高程与设计坡度要保持常数。如果激光光线在顶进过程中射在接受靶中心，说明套管的方向和高程是正确的，一旦激光光线偏离靶心说明套管出现误差。
3.3.4 顶管的纠偏方法
在顶管过程中如发现套管发生偏移，必须及时给予纠正，否则偏移会越来越大，甚至发展到无法顶进的地步。出现偏移的主要原因有套管接缝断面与套管中心线不垂直；预挖土洞方向及尺寸不正确；套管周围土层的差异较大，用两台千斤顶顶进时出镐不同步等。施工中常采用挖土校正法和顶木校正法进行校正。
挖土校正法：当偏差值为10mm～20mm时可采用此校正法。即当套管设计中心偏离一侧时，在套管中心另一侧适当超挖，而在偏离一侧少挖，这样继续顶进套管时，利用预留的土体迫使套管管首逐渐回位。
顶木校正法：当偏差较大或采用挖土校正无效时，采用此校正法。即用圆木或方木，一端顶在偏斜反向的套管内壁上，另一端支撑在垫有木板的套管前土层上。使用千斤顶，利用顶木产生的分力使管子得到校正。
4 闭水试验
套管安装完后应按试验压力不低于0.4MPa进行打压试验。打压时，套管段灌满水后用打压机将压力逐渐增至0.4MPa，观察打压机上压力表读数，压力保持20min，保压期间压力下降≤0.05MPa，即可认为该套管合乎要求。
5 质量和安全保证措施
(1)成立工程项目经理部，选派具有同类工程丰富施工经验的优秀项目经理，并配备具有相应资质的专业技术人员负责本工程的施工管理。
(2)施工过程各环节都处于受控状态，每个过程都有质量记录，发现偏差及时纠正。
(3)健全机械的防护装置，所有机械的传动部分都要安装防护装置。
(4)起重设备必须按期保养，经常检查，严禁起重设备带病运行。
(5)施工现场用电闸箱外必须有防雨淋措施，箱前严禁堆放杂物，箱门上涂红色危险标志。每个设备都必须有独立的开关，且有自动切断或熔断保险的装置，严禁一闸多用。
6 结束语
总之，顶管施工是一项实践性很强的施工技术，虽然当前施工中还有不少技术难题，但是顶管技术的优势还是其他施工技术无法比拟的。为此，我们应在顶管施工中不断总结经验，一旦发现问题，应采取相应的应对措施，为今后顶管工程施工积累经验。
参考文献
[1] 何大鹏;陈磊.顶管施工工艺及质量控制[J].山西建筑,2010年09期
[2] 付梦求.顶管技术在给排水管道施工中的应用[J].广东科技,2005年第04期