顶管技术论文范文

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篇1

若使刃脚比它相应于管子外径应有的尺寸稍大一点，就有可能降低管外壁摩阻力。这样能使上层不直接压在管体上。只要土层足够坚硬，这种方法就会取到预期的效果。而如果向管子和土层之间形成的空隙内压人支承介质，这种方法的效力更可以大大提高，并能维持一定的时间，从而足以顶进一段相当长的管路，再则，支承介质在起支承作用的同时，也可以作为剂起到减少摩阻力的作用。

对支承一介质的要求

对支承一介质的要求，可以根据摩擦定律推算出来。

摩擦定律概要

除了不在这里讨论的滚动摩擦之外，可将摩擦区分为：

a）粘附摩擦（与静摩擦相同）；

b）滑动摩擦。

在粘附摩擦和滑动摩擦的情况下都存在如下的关系：

T＝N·μ

式中

N——法向力；

T——切向力；

μ——摩擦系数；

摩擦系数μ是一个材料常数，与滑动面和滑动物体的表面性质有关，而却不以接触面积F的大小为转移。

无量钢系数μ在粘附摩擦的情况下，一般大于滑动摩擦时的数值，因为在粘附摩擦的情况下，表面会由于经常存在的不平度而被“楔紧”。

滑动摩擦又可分为：

b1）干摩擦；

b2）液体摩擦。

在干摩擦时，滑动体和滑动面直接接触，在液体摩擦的情况下，滑动体和滑动面则被介质隔开

在滑动摩擦的情况下。滑动体和滑动面之间存在相对速度。

在干滑动摩擦的情况下，摩擦系数μ与相对速度υ无关。

在液体滑动摩擦的情况下，视在摩擦系数μ则相随滑动体和滑动面之间液体的流动阻力而变化。流动阻力则取决于液体的运动粘滞度和流动速度。根据流体动力学可知，流动阻力与流动速度的平方成正比。

在两个互相接触的物体之间，起作用的是一个比压：

P=N/F

在液体摩擦的情况下，作用在液体上的是一个流动压力：

p’=f（υ2）

若p=p’，物体和介质便处于平衡状态。这时运动的物体就“漂浮”在滑动面上。

如p＞p’，介质便会从运动物体和滑动面之间的缝隙中逐渐被挤压出去，直到液体摩擦转变为干滑动摩擦为止。液体摩擦的前提在于，无论物体和滑动面都必须是不透水的。如果介质能够渗人物体或滑动面，而又不以同样的数量给予补充，那么液体摩擦就会变成干摩擦。

从摩擦定律得出的结论．

按照摩擦定律来考虑，对于顶管施工可以得出完全明确的结论如下：

a）为了保持较小的推顶力，干摩擦须以尽可能小的摩擦系数μ为前提。管子表面的光滑，能使摩擦系数降低。管子表面的机械加工和涂抹减摩剂，同样都能起到减小μ值的作用。

b）在干摩擦的情况下，管子表面在推顶过程中会被周围上层磨毛，因而使摩擦系数增大。所以在项管距离较大时，一般多采取液体摩擦的方式。

C）液体摩擦须以管子和土层之间存在介质为前提，也就是说，须将介质压人其间。

d）介质必须保持一定的厚度方能有效。

e）管子和土层间必须存在一定的空隙，也就是说，要留出一定的空隙，以便在压人介质后能够形成所需厚度的一个液体层。

f）管子和土层之间充满介质的空隙，在整个推顶过程中必须保持不变。要作到这一点，介质必须能够阻止土层落到管壁上，亦即介质必须承受着各种具体条件下起作用的上压力来托住土层。因此，在介质中必须经常保持相当于土应力的液压。这样，介质同时也起着支承介质的作用。交承压力的反作用力则由顶进管来承受。

g）为了形成管子和土层之间所需的空隙，刃脚直径的取值最好稍大于顶进管直径。

h）对粘性很小的土壤来说，推顶时在刃脚周围产生的松散地带便能形成管子和土层之间所需的空隙，因而不需要刃脚直径大于管径。

i）上层和管子之间既已形成空隙，就必须在土层落到管体一上以及土压力上升达到全值之前将支承-介质充入其中。事后再来克服土压力将土层从管壁上推开是不可能的。一旦周围土壤的某些颗粒接触管壁并被土层压附在管壁上，立即便会发生于摩擦，即使随后压人介质，情况仍然如此。

k）可以把顶进管看作是不透水的。管子接头在整个推顶过程中应保持密闭。

l）土层总是多少有些透水的。因此，支承一介质必须起到的另一作用，即在于封闭管子周围土层的空隙，以便在土层中造成一个不透水的环形地带，从而阻止支承-介质渗入土层。

m）为了能够封闭土层的空隙而又不致流失到土层中去，支承-介质必须具有足够高的运动粘滞度。

n）为了取得尽可能小的视在摩擦系数μ，又需要支承-介质的运动粘滞度较低一些。

o）支承-介质不得对顶进管材料（钢、钢筋混凝土、石棉水泥或塑料混凝土）和接头材料（钢和橡胶）造成侵蚀。

P）支承-介质不得污染地下水。

膨润土矿物悬浮液能够最充分地满足对支承-介质提出的一切要求。

作为支撑-介质的膨润土

1890年，美国的福特·本顿首先发现了膨润上。它的主要成分和对于它作为支承一介质的性能起着决定作用的，乃是其中叫作蒙脱土的一种粘土矿物，这种矿物以其位于法国南方的蒙脱英里翁矿床而得名。在德意志联邦共和国的巴伐利亚，则有着大约一千万年前作为风化产物形成的一些酸性火山质玻璃凝灰岩矿可供这方面的应用。

蒙脱土是一种层状结构的结晶氢化硅酸铝。硅酸盐多层体是一种三层结构，其中包括一层SiO4四面体、一层氢氧化铝八面体和一层SiO4四面体。蒙脱土晶体即由许多这样的硅酸盐叠层组成。蒙脱土晶体遇水膨胀，与此同时水分子便渗入各个叠层之间。于是两个蒙脱土叠层之间的距离就加大了一倍。晶体内部膨胀现象的原因，则在于叠层内部电荷分布的不均匀。

我们可以设想，在静止下来的膨润上悬浮液中，薄片状的蒙脱上微粒形成一种纸牌房子式的结构，其中这些微粒以它们的角隅和棱缘彼此接触或互相支撑。一旦静止状态被扰乱，例如由于搅拌、振动或泵送等等，于是大多数的“纸牌房子”坍塌下来，因而在静止状态下凝结起来的悬浮液就会变成溶胶。当这种溶胶再次静止下来，薄片状的蒙脱上微粒又会彼此搭在一起形成纸牌房子式的结构，于是溶胶重新凝固。悬浮液每当静止便结成凝胶，一旦运动起来又变成溶胶，这种从静止状态到运动状态以及从运动状态又回到静止状态的结构交替，可以永无止境地重复下去，这样的特性便叫作触变性。

作为顶管施工中的支撑-介质，膨润土的重要特点即在于它的膨胀性能。这一点须取决于薄片状蒙脱俄土微粒的大小和数量。

膨润土主要有两类，即钙膨润土和钠膨润土上。

它们的区别在于起决定作用的蒙脱土是钙蒙脱上还是钠蒙脱土。

在膨润土含量相同情况下，钠膨润土悬浮液中所含极薄的硅酸盐叠层片的数量，约为钙膨润上悬浮液中所含数量的15到20倍。由于这种极薄的硅酸盐叠层片的数量大得多，便有利于蒙脱土微粒形成纸牌房子式的结构，因而亦有利于提高悬浮液的膨胀性能，这样既可改善悬浮液在溶胶状态下的流动性，也能改善悬浮液在凝胶状态下的固结性。所以钠膨润土比钙膨润土更适用于顶管施工。

而巴伐利亚矿层却只含有膨胀性能较差的钙膨润土。

但钙蒙脱土有一个特性，亦即其中化合的钙离子可以用钠离子来置换。通过这样的离子交换，钙膨润土的性能会有很大的变化，从而被赋予钠膨润上的优良特性。

由于销膨润土和通过钠离子置换而活化的钙膨润土——也叫作活性膨润土——能够最大程度地满足顶管施工中提出的要求，因而下面的讨论便以这两种膨润土为基础。

化学分析表明，膨润土中大约有56％的二氧化硅和20％的氧化铝，二者共同构成了蒙脱土上晶体的基本物质。与此相对应，矿物组成中也有75％的蒙脱土。筛分析也很值得注意，根据筛分析，膨润土中粒径小于0.025毫米的占55％。

膨润土加水搅拌即成悬浮液，这里对水质的要求和拌制混凝土时一样。判断膨润土悬浮液是否适于用作支承一介质的标准在于它的物理特性。而对后者起决定作用的，主要是悬浮液中的膨润土含量。表2中按照每立方米制成悬浮液中含有30、40、60和80公斤膨润上的四种情况，分别列出了各种悬浮液的主要参数。

首先从容重的数据中可以看出，膨润土含量对容重的影响不大。在我们所考察的试样上，容重大致变化于1020到1050公斤/米3之间，因此只是稍高于纯水的容重。所以膨润土悬浮液也可以在水下顶管施工中用作支承介质，无需顾虑悬浮液因容重不同而流失，故而对膨润土悬浮液来说，容重并不是一个重要的判断标准。

反之，流变极限测量结果都表明，无论在运动状态或是静置状态下，悬浮液中的膨润土含量都对流变极限有很大的影响。正如事先的考虑所预见到的，流限在运动状态下达到了下限值。观察表2可以看出，膨润上含量从每立方米30公斤增加到60公斤时，亦即在膨润上含量增大一倍的情况下，运动流限从22.4克（力）／厘米2上升到204克（力）／厘米2，因此也就是提高到大约9倍，当膨润土含量从40公斤／米3增加到80公斤／米3时，同样也是在增大一倍的情况下，可以看到大致相同的比率。这时运动流限从44.6克（力）／厘米2上升到439克（力)/厘米2，亦即增大到10倍左右。

静置一分钟后的比率也类似于流动状态下的情况。在这种条件下，当膨润土含量从30公斤／米3增加到60公斤／米3时，流限从42.8克（力）／厘米2提高到320克（力）／厘米2，即增大到7.5倍。当膨润土含量从40公斤／米3增加到80公斤／米3时，流限则以100：696—1：7的比例提高。

最后，在静置24小时的情况下，当膨润上含量从30公斤／米3增加到60公斤／米3时，流限比率为198：1265一1：6，80公斤／米3含量的相应数值则限于现有的测量技术条件而无法测出。

因此得出的结论是，膨润土含量增加一倍，可使膨润上悬浮液的支承作用提高到7至10倍。但是这也意味着，若膨润土含量减少1／2，支承作用就可能降低到1／10。所以，确定悬浮液中的膨润上含量，便有着如此重大的意义。

得到的另一个结论是，在从运动状态过渡到静止状态时，流限的增大须取决于悬浮液中的膨润土含量。

在每立方米悬浮液中含30公斤膨润土的情况下。静置1分钟后的流限以42.8：22.4=1.9：1的比率增大。在膨润土含量为40公斤／米3的情况下，静置1分钟后的增大比率已达100：44.6=2.2：1。然而在膨润土含量为60公斤／米3情况下，这一比值却降低到320：204＝1．6：1，以及在膨润土含量为80公斤／米3的情况下，比率仍为696：439=1.6：1。

静置24小时后的流限与运动状态下的比率，在悬浮液中的膨润上含量为30公斤／米3时是22.4：198=1：8.8，在40公斤／米3的情况下是44.6：584=1：13.3，在60公斤／米3的情况下是204:1265=1:6.2，而对于80公斤／米3的含量，则已无法取得测量值。

在将膨润上悬浮液用作支承-介质的情况下，静止状态的流限值与运动状态的流限同样具有重要意义：

静止状态下的流限值决定着悬浮液是否适于用作支承介质，运动状态下的流限值则决定着悬浮液是否适于用作介质。

当运动流限与静止流限之比为1：6到1：10（最大1：15）时。膨润上悬浮液便完全能满足这两个方面的要求。

流限值适用于膨胀过程业已最后完结的悬浮液。这种膨胀过程的性质，在于水已渗入了构成蒙脱土晶体的硅酸盐叠片的晶层中。致使层间距离增大起来。水对微小蒙脱土晶体的渗透过程以及水渗入更小得多的晶层之中都需要时间。这就是膨胀时间，搅拌越充分．膨胀时间就越短，否则在水和膨润土的混合料未获充分搅拌的情况下，膨胀时间就会延长许多倍。搅拌取得良好效果的前提，是要有足够长的搅拌时间，至少要有半个小时，有时甚至可能需要若干小时。另一个前提是要求膨润土不留余渣地充分溶解在水中，尽可能使每一个膨润土颗粒都被水包围着。最后，在搅拌时不要让空气进入水和膨润土的混合料中，因为空气会妨碍水渗入蒙脱土晶体。再则，膨胀时间也会受到混合料温度的影响。高温（夏季温度）可使膨胀时间缩短，低温（冬季温度）则使膨胀时间延长。当温度低于零度时，膨胀过程即告中止，但混合料并不会遭到破坏。解冻后膨胀过程又会重新继续下去，在这种情况下，须将冻结的时间计入膨胀时间之内。

在搅拌效果良好的情况下，搅拌过程结束后即已能够达到80％左右的最终流限，而在搅拌效果不良的情况下，这一比值则降低到大约35％。由此可见，在搅拌效果良好和高温条件下，经过5个小时的膨胀时间后即已达到最终流限。反之，在搅拌效果不良和低温条件下，则需要24小时方能达到最终流限。

对于膨胀过程是否已经结束，需要仔细地进行观察，因为膨胀不充分的悬浮液一方面起不到支承作用，另方面也会由于随后的膨胀而引起膨润土管路的堵塞，并且引起顶进管与周围土层之间表观摩擦系数的上升，从而可能导致提高顶进阻力。

对充分膨胀的膨润上悬浮液来说，流限在静止状态下可达到上限值。如悬浮液变为运动状态，例如由于摇动、振动或泵送等等，立刻又出现流限的下限值，这便是流动状态下的流限，或者也可以说是运动流限。一且再次静止下来，流限又会升高，经过一定时间之后再次达到其上限值。

悬浮液经每次静止之后都可以达到流限的上限值。然而在达到最终流限之前，如果悬浮液又变为运动状态，那么流限的升高过程便也可能中断。

蒙脱土微粒在纸牌房子式结构上的变化，用我们的肉眼是看不见的，但却可以通过流限的变化测量出来，因此一种悬浮液的触变性也是可以为我们的感官所觉察的，而这种触变性作为悬浮波物相任意多次的转变，我们可以将它表示为

凝胶溶胶

膨润土悬浮液在疏松土层中的应用

在无粘性的疏松土层中以及在粘性很小的土壤中，例如在砂砾土中，若不采取其它辅助措施，土层由于本身极不稳定，以致在刃脚推进之后立刻就会坍落在管壁上。所以对这类土壤来说，膨润土悬浮液的支承作用尤其具有重要意义。为了起到这种支承作用，先决条件是要尽可能准确地掌握膨润土悬浮液在砂砾上中的特性。膨润上悬浮液将渗入土层的孔隙内，充满孔隙，并继续在其中流动。流速取决于孔隙的横断面与悬浮液的流变特性，同时也取决于压浆压力。因此为了在同样的压浆压力下达到相同的渗入深度，在孔隙横断面很小的细粒土层中便需要低流限的悬浮液，面孔隙横断面较大的粒粒土层则需要高流限的悬浮液。在克服流动阻力的过程中，压浆压力随着渗人深度的增加而成比例地衰减，所以相应每一种压浆压力，都有一个完全确定的渗人深度。

为了便于了解渗入过程，可以把上层看作是一条条许多毛细管的总和。图7显示了一条圆形横断面的毛细管中的流动过程。

这样的一条毛细管必然会对其中穿流的流动介质、在这里即是对膨润上悬浮液产生一个阻力W。

W=τ·U·l=τ·2·r·π·l

为了克服这一阻力便需要一个压力：

P＝p·F

＝p·r2·π

只要P＞W，毛细管中的介质便向前流动。一当流动阻力大到与作用于介质的压力P相等，即。

W=P

流动过程即停止。由此可知平衡条件为

τ·2·r·π·l=P·r2·π

或

(τ·2·l)/r=p

根据这一关系式可以算出流动长度，换言之亦即渗入深度

l=(r·p)/(2·τ)

由此可见，渗入深度与毛细管的直径和压浆压力成正比，与悬浮液的流限成反比。只要悬浮液在毛细管中流动，它便处于流动状态，因而对悬浮液起作用的便是运动流限。这时悬浮液便具有溶胶的稠度。

但一当悬浮液达到可能的渗入深度之后静止下来，只须经过一个很短的时间，它的流限便达到静止数值。于是悬浮液就变成了凝胶。

由于静止状态下的流限高达流动状态下的10倍，因而在这种情况下膨润土悬浮液便象泥浆那样地充满着土层的孔隙。

这样在管体四周的土层中就形成了一层密实而有承载能力的环套，其厚度即相当于悬浮液的渗入深度

现在，如果在这一环套和顶进管之间保持一个相当于土压力的悬浮液压力，于是悬浮液使承受着全部的土压力，致使土压力不再直接地，而是经由悬浮液间接地加荷于管壁。

作为使摩阻力降低到最小限度的先决条件，最佳支承作用的取得须具备下列前提：

1．在设计时以及在推顶过程中准确地查明土层情况，并根据筛分曲线详尽地掌握土层的颗粒分布；

2．计算出土压力，从而确定膨润上悬浮液的压人压力；

3．按基本粒径确定膨润土悬浮液的混合比，并经常进行检验，

4．正确地制备膨润土悬浮液;

5．保证在全部顶进管路上和全部顶进时间内都有膨润上悬浮液压入。

其中最重要的一点，是必须求得正确的混合比。

此外必须注意，悬浮液稳定极限大约是每立方米悬浮液至少含40公斤膨润上。这一理论计算结果在实际施工中须仔细加以核验。必须特别指出的是，膨润土含量过低、因而也就是流限过低的悬浮液起不到支承和作用，因为这样的悬浮液会毫无阻力地或只受到很小阻力地流散到土层中去，因而不可能在管体周围形成一个支承环带。

在基本粒径为10毫米的情况下，要求悬浮液的膨润土含量为60公斤／米3左右，在基本粒径为20毫米的情况下，要求悬浮液的膨润上含量为80公斤／米3左右，反之，在基本粒径为2毫米时。悬浮液的膨润上含量为40公斤／米3即已足够．但滑动阻力与运动流限成正比。

运动流限在每立方米悬浮液中含：

40公斤膨润上时为44.6克（力）／厘米2

60公斤膨润土时为204克（力）／厘米2

80公斤膨润土时为439克（力）／厘米2

这就是说，在每立方米悬浮液中含膨润土60公斤时，运动流限几乎为40公斤／米3情况下的5倍，而在每立方米悬浮液中含膨润土80公斤时，则已经高达含量为40公斤／米3时的10倍。

这就意味着，如果悬浮液中的膨润上含量在全部推顶距离上保持不变，那么对粗粒土壤来说，由于需要悬浮液的膨润土含量较高以保证支素作用，故而推顶阻力以及因之所需的推顶力就会比细粒土壤的情况下更大一些。

但孔隙～旦被膨润上悬浮液充满，并因而形成支撑环带时，于是粗粗土壤的状况也就无异于细粒土壤了。因而在这种情况下，为了在推顶过程中支承土层，悬浮液中的膨润土只需要达到稳定极限所要求的最小含量40公斤／米3即可。

因此,在粗粒土壤的情况下，只是直接在刃脚之后压入相应于基本粒径的高含量膨润上悬浮液，而在全部后续管路上则可使用稠度低得多的悬浮液。这样便可以大大降低推顶阻力，或者也可以说是在相同的推顶力下加长推顶距离。同时还可以借此节省膨润土，并减少中继顶压站的数目。

为此采用两套膨润土配拌设备附带两台压浆泵和两套管路所需的额外费用，在管径较大和推顶距离较长的情况下一般是值得的！

压浆时须注意，压出的膨润上悬浮液要尽可能均匀地分布在整个管体，以便能够围绕整个管体形成所需的环带。因此，压浆赖以进行的注射喷口要均匀地配置在整个管壁圆周上。注射喷口的间距或数量须取决于土壤允许膨润上向四外扩散的程度。在渗透性很小的土壤中，例如密实的矿土和砂砾上，间距就必须缩小一些，在疏松的砾石土中，间距则可以相应地加大。注射喷管即可以在整个管壁圆周上与一条环管连接，也可以分组连接，在分组连接时，一般是上半固联成一组，下半圈另成一组。

为使膨润土尽快地起作用，应尽量靠近刃脚尾部进行压浆。所以压浆最好是直接从刃脚后的第一节管子中开始。但实践证明，在压浆压力较高的情况下，膨润土将均匀地沿着管子周围扩散，也就是说，即向后扩散，也向前扩散。因此便存在着膨润上悬浮液沿刃脚向前流动、并且又在切削刃上流出来的危险。

在纠偏量颇大的情况下，有可能造成刃脚和第一节管子之间的密封损坏，或者在刃脚分成两个部分情况下，则是造成切削段和顶压段之间的密封损坏，于是膨润上悬浮液就会从这些地方渗人工作空间。

根据这一理由，膨润上在刃脚后第二节管子中开始压入比较适宜。

膨润土悬浮液经由注射喷口压人的压力应相随所遇土层的压力而变化。在膨润土泵上，除了这一压力之外，还会受到一直通向注射喷口的膨润上管道的阻力。

膨润上管道中的压力损失，由于假设条件并不可靠而且经常变化，故而计算很难准确，因此，对于必须准确地与上压力高度保持一致的压浆压力，便有必要直接在注射喷口上进行连续的测量。

压浆压力调得过高可能是有害的。这时膨润上悬浮液会从注射喷口中涌出，在管口周围形成一个高度压缩区。这样就有可能形成栓塞，阻碍膨润上悬浮液的继续流出和扩散。

如果一次注入的膨润上能在管子周围的土层中保持不变，那么只要直接在刃脚之后注入一次就足够了。然而十分明显，在推顶过程中，膨润土由于流散到土层中去而有所消耗。鉴于此，对后续管路也必须补充压人膨润上，以使管子和上层之间空隙中的膨润上悬浮液压力能够在顶进管路的全部长度上保持与土压力一致。注浆孔的间距主要取决于土层的性质、膨润土悬浮液的流变特性、刃脚的控上量和推顶速度。在许多已完成的工程中，注射喷口的间距是2节管子到5节管子以上。注浆孔的实际需要数量，只有在施工中才能知道。为了确保即使在最不利的场合下亦能提供所需数量的注浆孔，似乎最好是尽可能每隔2节管子即留出一些压浆孔。另方面当然也要考虑到，所有注浆孔在顶管结束后必须拆除和封闭。这需相当大的一笔费用，所以一开始即应力求间距适当。这一点在很大程度上也取决于施工公司的经验。

膨润上的压人技术在很大程度上仍然要依靠经验，然而实际经验多半也是可以找到理论根据的。

尽管就某种场合来说，随着管子的推进同时在管子整个圆周上和管路全部长度上均匀地压浆证明是相宜的，而在另一些场合下，正确的方法则又可能是分段压浆。例如现已得知，在管子下半部，膨润土在顶进过程中比静止状态下更容易流出，而上半部的压浆则是在管路静止的情况下更容易进行。因此最好是将管子下半部的注浆孔和上半部的注浆孔分别组合起来。这种半侧压出的原因在于，静止状态的管道以其全部很大的重量沉落于底部。这样便在管道的顶部形成了小空隙，或者至少是形成了一个压力较低的区域。因而在这种状态下，膨润土在管顶处比在管底部更容易流出。反之，在顶压力和浮力同时作用下，管道有向上拱起的倾向。这时管道离地升起，于是管底下方便形成了一个低压区，致使膨润土更加容易渗入其中并均匀地散开。

如果顶进管路被中继顶压站分成若干段，那么每次总是只有一个管路段受到推顶，其余各段则保持不动。这时宜于仅向被推顶的管路段内压人膨润上悬浮液，而对于静止不动的管路段，则停止压送。此外，膨润土的压人要与中继顶压站的动作协调一致，这一点可以通过手动或远距离自动控制的方式来实现。

特别要注意的是，膨润土悬浮液沿着管壁运动的方向不得与管路推顶方向相反，否则，由于管子和悬浮液的逆向运动，悬浮液非但起不到介质的作用，却反而起了制动介质的作用。结果便会大大增加推顶阻力。如果只在顶进管路的前区压人膨润土，就会发生逆向运动，因为在这种情况下悬浮液便不得不向后流动。所以正确做法是，悬浮液的补压始终要保持从后向前的方向。

在无粘性的疏松土层中，例如对于有流动倾向的矿土以及滚动的砾石上来说，可能十分重要的是，在第一节管子推入土层后立即开始压人膨润土悬浮液，以便在管子周围形成支承环带，从而不引起干摩擦。同样重要的是，对所有后续的管子来说，一但管子离开顶压坑，都要补压膨润土。然而为使悬浮液不能立即又在进口处向外流出，便需要设置如图12所示的弹性滑动密封，否则悬浮液的流出不仅要弄脏工作坑，而且也会破坏支承压力的形成。

篇2

高技术本身是一个动态的、发展的概念，国内外目前关于高技术、高技术产品和高技术产业的界定没有统一的定义，处于众说纷纭的状态。关于高技术，有以下一些代表性观点：

美国学者的定义。美国学者D.Crane指出：应用研究如果同科学有联系，那么它有时被称为高技术；如果没有联系，它就被称为低技术。美国的J.Utterback认为：高技术在不同时期有不同所指，冷藏技术、电器、汽车和航空技术，都曾是不同时期的高技术，高技术不局限于电子学、计算机、生物工程、材料、激光、海洋工程等六个领域。美国《韦氏第三版新国际辞典增补9000词》定义高技术是：使用或包含尖端方法或仪器用途的技术。

日本学者的定义：建立在当代尖端技术和下一代科学技术基础上的技术即为高技术。日本学者津曲辰一郎认为高技术是经济过程中的主导技术，他将高技术定义为下述技术的总称：①为提高现有商品功能的必要的中心技术；②具有能赋予产品以新功能的主导技术；③构成下一代产品基础的技术。

国内学者的观点。高技术是指能带来高效益、具有高增殖作用，并且能向经济和社会广泛渗透的技术，它是第二次世界大战以后涌现的新技术群的核心。王伯鲁提出枚举定义法，即当代高技术领域是指：微电子与计算机技术、信息技术、自动化与机器人、生物技术（包括制药技术）、新材料技术、新能源技术（包括核技术）、航空和航天技术（空间技术）、海洋开发技术。

从以上各种定义可以看出，高技术应是一个相对的动态的概念，不同时代的高技术内涵是不同的。现代高技术应反映如下3个方面的要求：

从技术的结构看，高技术是尖端技术，其主要原理建立于人类最新科学成就的基础上，是建立在现代科学技术基础之上的技术，这一点有别于传统技术，传统技术是经验的积累；从时间上看，高技术是新技术，是以最新成就为基础的技术；从与科学的关系来看，高技术是基于科学的发现而产生的技术，即高技术是Science-based技术。

因此，高技术是一种建立在科学基础上的最新尖端技术。必须强调，新技术不一定是高技术，新技术仅仅代表了技术发展过程中出现的相对新颖的技术形态，而不是技术内涵的革命。

综上所述，我们认为所谓高技术，是指运用当代最新科学知识和尖端技术而形成的技术群，它们构成新一代产品的基础技术和主导技术，对一个国家经济社会有重大影响，具高增殖作用和广泛的渗透功能。

2高新技术产品的界定

美国科学基金会的定义：高技术产品是指每1000名职工中有25名是科学家和工程师，并把3.5%以上的净销售额用于研究开发而生产的新产品。

美国商务部依据某类产品销售额中R&D支出的比重和科学家、工程师、技术工人占全部职工的比重为标准确定的高技术产品为：①导弹以及航空器；②无线电及电视接收设备；③通讯设备；④电子元器件；⑤飞机及零部件；⑥办公设备及计算、会计仪器；⑦军械用品；⑧医药制品；⑨工业用无机化工制品；⑩专用设备及科学仪器；(11)发动机及涡轮机；(12)塑料材料及其合成制品，合成纤维及其他人造纤维（不包括玻璃制品）。美国海关合作理事会在以往对高技术产品定义和分类进行研究的基础上，又增加了定性分析，对高技术产品进一步筛选，把满足以下两个条件的产品定义为高技术产品：①产品的主导技术必须属于所确定的高技术领域；②产品的主导技术必须包括高技术领域中处于技术前沿的工艺或技术突破。据此所确定的技术10大领域为：①生物技术；②生命科学技术；③光电技术；④计算机及通信技术；⑤电子技术；⑥计算机集成制造技术；⑦材料设备技术；⑧航天技术；⑨武器技术；⑩核技术。

广东省“高技术企业统计方法研究”课题组认为：符合下述条件的①、②、③、④中的任一项及⑤、⑥两项者，即为高技术产品：①（在国际或国内）首次应用新科学原理生产的产品；②（在国内或省内）首先应用我国独创的新工艺或国际上最新工艺，并使产品质量或功能或劳动生产率、成本有显著改进的产品；③采用新材料、新结构、新技术、新生物品种，并使质量或劳动生产率或成本或功能有显著改进的产品；④符合国家或有关部门公布的高技术产品目录；⑤符合国际标准或技术先进国家标准，若无国际标准，则应根据具体情况符合国家、专业、地方或企业标准；⑥达到本年代技术先进水平。

我们认为，所谓高技术产品，是以高技术为主导技术而生产的具有新的用途和性能，或质量、劳动生产率、成本有显著改进的产品。

3高新技术产业的界定

美国方面的研究。美国劳工统计局的定义：研究试制费和科技人员与职工总数的比例，比整个制造业高出1倍以上的产业，即为高技术产业。美国国立科学财团的定义为：研究和开发费用在销售额中所占的比重为3.5%以上，职工中每千人中有25人以上的科学家和高级工程师的产业，即为高技术产业。美国商务部的定义为：研究开发费用在总附加值中所占的比重为10%以上，而科学家和工程师在总职工中所占的比重为10%以上的产业，即为高技术产业。美国学者纳尔逊(R.Nelson)在《高技术政策的五国比较》一书中指出：所谓高技术产业是指那些以大量投入研究与发展资金，以及迅速的技术进步为主要标志的产业。美国学者戴曼斯叙(D.Dimancescu)在《高技术》杂志上指出：对高技术企业的定义，主要依据两大特点：一是专业技术人员的比重高；二是销售收入中用于研究与发展的投资比例高。这两大特点又反映了一个共同的东西，即知识密集，这是高技术产业的一个必要成份，也是技术持续创新的必需。美国学者杜迪(F.D.Doody)和芒塞(H.B.Muntser)认为，高技术部类可以被定义为是一类体现出高增长率、高额的研究与开发费用、高附加价值、强烈的出口导向和劳务密集（这里专指高技能的劳务）的生产技术公司。

在英国，高技术产业被认为是一组包含新信息技术、生物技术和许多位于科学和技术进步前沿的其它技术的产业群体。

法国经济学家认为，只有当一种产品使用生产线生产，具有高素质劳动力队伍，拥有一定的市场且已形成新分支产业时，才能称其为高技术产业。

在加拿大，高新技术产业被定义为是一种技术水平相对高的生产部门，这种相对高的技术水平通过劳动力的技术素质或用于研究与开发的经费来反映。

在澳大利亚，科学与技术部将高技术产业定义为投入大量研究与开发经费，与科学技术人员联系紧密，产生新产品并且有科学或技术背景企业的产业。

在日本，日本长期信用银行的定义为：能节约资源和能源，技术密度高，技术革新速度快，且由于增长能力强，能在将来拥有一定水平的市场规模，能对相关产业产生较大波及效果的产业。

经济合作与发展组织(OECD)把R&D密集度（R&D经费占工业总产值的比重）作为界定高技术产业的标准，将相对于其他制造业而言具有较高R&D密集度的产业定义为高技术产业。

《欧盟科学技术指标报告》把有很高的经济增长率和国际竞争能力，有较大的就业潜力，同时R&D投入高于所有部门平均水平的航空航天制造业、化工产品制造业、医药品制造业、汽车及零部件制造业、科学仪器制造业等产业作为技术密集型或先导产业。

在中国，目前采取的主要是概括法，也叫例举法，即按技术类型定义高技术产业。《中国科技产业》公布的目录包括：①微电子科学和电子信息技术（产业）；②空间科学和航空航天技术；③光电子科学和光机电一体化技术；④生命科学和生物工程技术；⑤材料科学和新材料技术；⑥能源科学和新能源、高效节能技术；⑦生态科学和环境保护技术；⑧地球科学和海洋工程技术；⑨基本物质科学和辐射技术；⑩医药科学和生物科学工程；(11)其它的新工艺、新技术。

从以上各种定义可以看出，高技术产业具有以下4项特点：

它是技术密集型产业，生产所用的设备、材料涉及到现代技术领域的许多尖端成果；它是资本高度密集型产业，其科研费用和设备投资大，产品的附加值高；它是知识密集型产业，需要大量的科技开发人员和富有创新精神的经营管理人员；它的产品具有国际性和前景良好的市场需求。

综上所述，我们认为高技术产业是指由高技术成果转化形成的具有知识密集、R&D投入高、附加价值高、增长速度快、技术进步快等特征的先导型产业。

【参考文献】

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（2）存在账、卡、物不符现象，日常缺乏有效的资产实物管理手段，即使单位花大力气进行了资产清查，随着时间的推移账实不符的情况又会重新出现。

（2）固定资产管理过程中缺乏跟踪管理，不能及时反映资产信息的变化情况。针对以上存在的问题，通过资产管理系统中的条码管理有效的进行了规避与解决，实现轻松管理固定资产，提高行政事业单位资产管理的工作效率。

二、资产管理中条码技术的应用

1.一物一卡一码管理

资产管理信息系统通过条码扫描设备将采集的实物资产信息录入系统，形成资产卡片，根据规则设置生成实物资产的唯一条码标识，作为实物资产的唯一身份证，同时将资产的使用部门、使用人、存放地点、品牌、规格型号、生产厂商等基本必要信息写入条码进行存储，便于后期直观、快捷的读取固定资产信息，方便查看及管理。资产管理系统生成资产条码后，可以使用专用的条码打印机单独或批量打印出条码标签，然后将带有条码信息的标签粘贴在固定资产上，进而可以使用带有条码扫描功能的手持数据终端进行固定资产现场管理。专业的条码打印机可以打印PET、PVC等薄膜类特殊介质标签，此类标签可以防水、防油污、防撕裂，保证固定资产标签长期保存和清晰。

2.自动盘点

资产管理系统通过资产盘点功能，将待盘点的资产数据传送至条码扫描设备中，然后借助条码扫描设备并结合资产一物一码的条码管理机制，扫描实物资产上粘贴的条码标签，进而准确完成盘点工作，避免了错盘、漏盘、重复盘点等问题，提高固定资产盘点工作的效率。

3.一码制管理

一码制管理是资产管理工作中新的发展需要，通过条码扫描设备，扫描实物资产的唯一条码后可读取资产信息，进而可以通过条码扫描设备轻松的完成资产信息采集、资产信息变动、资产使用及资产处置等业务操作，并将操作结果与资产管理系统实时同步，进而通过一码制管理实现对固定资产全生命周期的过程管理，使得固定资产管理变得轻松、简单，极大的简化了资产管理的工作流程，提高了工作效率。

三、条码技术引入资产管理中的重要意义

久其公司将条码技术成功的嵌入到《行政事业单位资产管理信息系统》中，进一步加快了资产管理的信息化建设进程，为行政事业单位固定资产管理工作提供更可靠、更高效的管理手段，全面提升行政事业单位资产管理工作的工作效率和管理水平。通过资产管理系统结合条码技术对固定资产进行管理，将实现：

（1）降低资产管理人员等相关人员的资产管理投入工作量，提高工作效率。

（2）随时对资产信息进行查看、管理，促进资产信息的及时更新，实现实物资产与账面资产信息对称。

（3）降低闲置资产的存量，提高资产使用率，极大降低了资产重复购买及资产流失的概率。

（4）将资产管理工作进行精简、易操作，使资产管理工作变得简单、轻松。

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二、固定资产管理与核算信息化平台有待进一步加强

正如上文所述，技术型研发企业固定资产数量较多，其精细化管理的实现以及核算信息的真实性与可靠性都需要有健全的信息化平台作为支撑。目前，很多技术型研发企业通过运用固定资产管理软件开展固定资产日常管理工作，但是在其使用过程中存在着功能运用不全面的问题。比如，一些技术型研发企业并没有实现固定资产全过程动态跟踪管理，只是简单的运用系统对固定资产的入库、使用、处置、盘点等进行管理。此外，会计电算化的使用在给固定资产核算带来便利的同时也给其核算带来一定的安全隐患。由于企业财务岗位较多，相应的财务人员也较多，较为随意的部门内部系统权限设置直接影响到固定资产核算信息的安全性。

三、完善技术型研发企业固定资产管理与核算

（一）规范固定资产各环节管理，提高固定资产管理的精细化程度

固定资产采购的可行性分析要贯穿技术型研发企业的预算编制阶段以及整个采购阶段，否则将会给企业带来经济上的重大影响。以上海某研发企业为例，该企业在开展固定资产预算编制之前，由企业各个部门上报下一年度对相关仪器设备、办公用品等固定资产的需求，在对这些数据进行详细统计与多次反馈的基础上，采用定性与定量结合的方式对这些固定资产采购的可行性（种类、数量、用途、预期带来的收益、对研发成果的影响等）进行分析，保证企业资金效用最大化。对于固定资产采购中的招投标问题、合同审查签订问题等细节性问题，企业也要结合采购习惯对其进行规范。比如，可以通过制作采购流程图的方式来规范各个流程的操作，对不同的固定资产采购进行针对性的调整，也要注意各项规范的灵活运用。在固定资产的使用过程中，要重点注意其维护保养工作。以某技术型研发企业为例，该企业借助条码打印机以及条码扫描建立了“固定资产数字条码”，在此基础上将固定资产的日常保养、检查与维护工作明确到员工个人，建立责任考核制。通过这种方式，不仅可以延长相关固定资产的使用寿命，还可以为企业节约一定的资金。此外，在对固定资产进行处置时，技术型研发企业要发挥企业自身的优势，可以结合上下游客户的需求，将一些机器设备予以合理定价卖给需要的客户，而不是单纯的低价贱卖。

（二）加强固定资产会计核算内部控制，健全固定资产核算基础性工作

固定资产核算基础性工作直接影响着固定资产会计信息的质量，技术型研发企业可以从内部控制制度着手，形成固定资产会计核算的内部监督，健全固定资产核算基础性工作。在内部控制环境上，主要是要提高固定资产核算会计人员的专业素养以及职业精神，尤其是细心、谨慎以及规范的工作态度，这是做好核算工作的基础。在内部控制活动方面，要严格执行“岗位不相容”“重大事项审批”等原则。为了形成固定资产会计核算的监督，一些技术型研发企业建立了轮岗制度，一方面调动核算人员提升业务能力的积极性，另一方面也可以在各项固定资产核算工作之间形成监督，在规范各项核算操作上取得了很好的效果，尤其是各相关账簿的登记以及固定资产的盘点。在内部监督方面，不仅仅要注重事后固定资产会计核算的内部审计，还要注重事前与事中的内部审计，将固定资产核算中可能存在的会计失真现象遏制在事前、阻止在事中。

（三）加强固定资产管理与核算的信息化平台建设

技术研发型企业应当借助企业自身优势，充分开发固定资产管理系统的功能，配合企业现有管理制度，实现对各项固定资产采购、领用、保养、处置的全程动态化跟踪管理。以上文提到的“固定资产数字条码”为例，企业可以借助该条码在管理系统中对固定资产建档，通过该条码以及管理系统的结合，实现对固定资产的全程跟踪。同时，企业可以借助局域网、共享软件以及各种聊天工具建立固定资产日常管理沟通平台，提高管理效率的同时也能够为其他部门的工作奠定基础。对于固定资产的会计核算软件，除了要提高财务人员对操作程序运用的熟练程度外，还需要严格管理核算软件的权限。企业可以结合固定资产核算工作岗位的具体分配情况进行分板块权限设置，即仅相关人员可以对对应板块的核算信息进行记录、删除以及更改等操作。

篇5

随着燃气使用范围的不断扩展，管道气既安全实用又不会占用客户过大的空间位置，是人们选择使用燃气燃料方面的理想选择。在燃气管道的作用日益彰显的同时，在燃气管道建设过程中，遇到的管道穿过公路、河流的现象也越来越频繁，而要解决燃气管道穿越公路和河流的问题，除了我门日常见到的开挖和架空外，非开挖技术虽然造价较高，比起开挖和架空但确实更加实用。这里不从商业角度展开论述，只从技术角度讨论穿管方面的水平定向钻施工中的一些技术上的注意事项。不妨从钻孔到敷设管道，再到穿管和验收这个核心环节来做探讨。

1 现场勘察等钻前技术工作开展的必要性

1、制定钻前计划

燃气管道的设计和施工的过程说透了就是是对各项现场勘察结果经过综合分析后，制作、完善和完成技术性文件，并通过技术文件指导施工作业的过程。勘察现场状况是建设工作的关键环节。首先，在定向钻作业中要根据现场情况确定桩位，编制桩号。其次，要根据现场勘察情况确定钻杆的入土位置，保证在整个钻进长度上有足够的空间调节钻杆，使其不会超过弯曲极限。再次，通过对现场的熟悉，确定变向的位置，以避开公用设施和满足斜度变化。最后，钻孔选择位置时还要考虑把对行人和车辆交通的影响减小到最低程度。

2、施工设备准备：

1）选择好定位仪器

钻具是钻机钻进中钻孔和扩孔时所使用的各种机具的统称。钻具主要有适合各种地质的钻杆，钻头、泥浆马达、扩孔器，切割刀等机具。辅助机具包括卡环、旋转活接头和各种管径的拖拉头等。而这些工器具中，定位仪显得最为重要，因为在地面下钻孔时，就是靠定位仪来确定方位的。在定向水平钻钻孔过程中，其主要系统包括钻机系统、动力系统、控向系统、泥浆系统，而控向系统如同人的大脑，起着总指挥的作用，而控向系统的核心部分就是定位仪。定位仪是定向钻钻孔的工具关键器具，一般选择用手持式或有线式系统的定位仪器。

2）熟悉定位系统组件

不论是何种型号的位仪器，主要由接收器、遥显仪、信号棒三个部件组成。正常的水平定向钻施工中，一般采用手持式定位设备以便于追踪钻进中的钻头。控向仪操作手在钻头行进路线的上方行走，使用手持式接收器定位钻头。标准的手持式接收器由控向仪操作手携带，通过在钻头行进路线上方前后移动来确认钻头的位置和方向。遥显仪从接收器接收数据并在显示屏上显示，司钻手可以迅速地断定钻头的位置。信号棒安装在钻头体内，发射信号，向接收器提供钻头在地面下相对位置的数据。它包括电子装置和电池，根据所需的钻进深度可以采用不同能力或信号强度的信号棒。

2 施工过程的控制

1、钻导向孔

导向孔钻进就是从起始位置沿预定路线向目标位置钻进的过程。为了准确地沿预定线路前进，司钻手必须控制钻头体的钻进方向，有时还需要变向。变向的简单原理是：当边旋转边推进时，钻头体直线行进；当不旋转只推进时，钻头体沿弧线行进。实质上，一个完整的导向孔就是由一系列的直孔通过变向推进连接而成的。

2、回扩

回扩是将导向孔扩大，使其与所要铺设的污水管线直径相适应的过程。假设要铺设一根直径?110厘米的管子，就需要将孔径扩大到管径的1.5倍或者约直径?350厘米左右。使用回扩器要一次或多次穿越孔道，目的是在回拖管线通过孔道前，使导向孔达到合适的尺寸和条件。回扩是钻孔后的一个修正过程，对孔的大小，畅通都有一定的完善作用，只有经过回扩才能达到穿管的要求。

3、敷设管道

为了确保工程的顺利完成，在导向孔钻进和回扩过程中，始终保证泥浆输送畅通。在施工中随时抽取排出的废泥浆，保证不外溢，避免造成对道路和环境的污染。在回扩好的孔道中，将已经准备好的全部管道在回扩器的引导下拖入孔道中，完成管线敷设。这里需要注意的是钻机就位后，需采用地锚加固定位。

注意事项：大中型穿越管段应在拖管前进行吹扫，试压。以免造成不必要的损失。

目前穿管多用的是聚乙烯燃气管道。聚乙烯燃气管道硬度较金属管道小，因此在搬运、下管时要防止划伤。划伤的聚乙烯管道的运行中，受外力作用，再遇表面活性剂（如洗涤剂），会加速伤痕的扩展，最终导致管道破坏。此外，还应防止对聚乙烯管道的扭曲或过大的拉伸与弯曲。管道管道敷设后，留出待检查（强度与严密性试验）的接口，将管身部分回填土，避免外界损伤管道。施工结束后，清理和恢复现场。在PE管的选材上我们宜选用厚壁管。可预防在拖管过程中无法估计的个别擦伤,从而造成的壁厚减薄.管材的焊接只能采用热熔连接.如de63管的穿越必须采用盘管,而一捆盘管一般只有100m,所以大大限制了顶管的长度,故不提倡施工中采用小管径的PE管.

4、PE管材熔合要求

上面提到聚乙烯燃气管道的敷设注意事项，但在这里有必要专门就聚乙烯燃气管道的管材熔合要求再做一点说明。

熔合达到要求也是穿管的重要环节，熔合达不到要求，可能在穿管过程中出现管道的焊接处断裂的现象，一旦穿管完成发现所穿管道出现断裂，修复的过程将十分复杂，影响到整个工期。所以顶管的过程是一个综合的过程，只注重钻孔还不够，要注重各环节的有效结合。

3 水平定向钻长度的控制

因现场施工条件限制定向钻的长度一般不长于300米，这主要涉及穿越管段回拖时的最大回拖力。一般的公路过路口穿越，可采用小型的顶管机，出入土点在避开一些障碍物的情况下，以选在人行道较为合适。水平定向钻施工中的注意事项：燃气管道的焊缝应进行100%的探伤；燃气钢管的防腐应该为特加强级防腐；燃气敷设的曲率半径应满足弧度要求,且不得小于钢管外径的1500倍；在水平定向钻的管段上不得有任何附件。

4 水平定向钻的优、缺点

水平定向钻具有速度快、施工精度高等优点。水平定向钻穿越施工具有不会阻碍交通，不会破坏绿地，植被，不会破坏周边建筑物等优点，解决了传统开挖施工对居民生活造成的干扰等问题。而且具有施工周期短、人员少、进出场地速度快，施工场地调整灵活，施工安全可靠等特点，尤其在城市施工时可以充分显示出其优越性。水平定向钻虽然有许多优点，但对管道日后的应用及维护有几个遗留问题。首先在管网周边的用户在未预料到的情况下，施工后无法就近开口，而只能从定向钻出入点处引管，这样反而造成了浪费；其次因为是非开挖管线，在深度较深处仪器无法探测。很有可能被其它施工单位的管线顶穿。

总之，水平定向钻作业的过程是一个综合作业的过程，只注重钻孔技术还不够，更是一个各环节的有效结合过程。定向钻钻孔和后续的熔合、穿管、吹扫和强度实验等是一个整体，前后环节衔接到位，才能保证整个管道建设的质量，只有把定向钻放入到整个顶管作业中进行管控，才能保证整个工程建设的质量，也只有将这些关联的环节当作一个整体来考量，才能保证管道建设的科学性和实用性。

参考文献

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随着钢管混凝土组合材料研究不断深入，施工工艺的大幅度改进，钢管混凝土拱桥在全世界范围内，特别是在我国得到了广泛的应用。据不完全统计，自从1990年我国第一座钢管混凝土拱桥建成以来到目前为止，我国已建或在建钢管混凝土拱桥有200多座。钢管混凝土拱桥之所以发展如此迅速，主要具有如下特点：（1）施工方便，节省费用；（2）有较成熟的施工技术作支撑；（3）跨越能力大，适应能力强；（4）造型优美，体现了民族特色；（5）大直径钢管卷制工业化，有力地促进了我国钢管混凝土拱桥的发展。

随着钢管混凝土拱桥的跨径的增大，刚度越来越柔，作为以受压为主的结构，稳定成为制约其发展的关键因素之一。不少学者根据不同的拱桥形式在不同的参数下，提出了不同的假设，推导出了很多简化的稳定公式。这些稳定公式将为有限元发展提供了理论基础。本文主要是对拱桥稳定计算理论进行简单的阐述。

1 稳定计算理论

1.1 概述

稳定问题是桥梁工程常常遇到的问题，与强度问题同等重要。但是，结构的稳定问题不问于强度问题，结构的失稳与材料的强度没有密切的关系。结构失稳是指结构在外力增加到某一量值时，稳定性平衡状态开始伤失，稍有挠动，结构变形迅速增大，从而使结构失去正常工作能力的现象。在桥梁工程中，总是要求其保持稳定平衡，也即沿各个方向都是稳定的。

在工程结构中，构件、部件及整个结构体系都不允许发生失稳。屈曲不仅使工程结构发生过大的变形，而且往往导致结构的破坏。现代工程结构中，不断利用高强轻质材料，在大跨度和高层结构中，稳定向题显得尤为突出。

根据上程结构失稳时平衡状态的变化特征，存在若干类稳定问题。土建工程结构中，主要是下列两类：

（1） 第一类稳定问题（分枝点失稳）：以小位移理论为基础。

（2） 第二类稳定问题（极值点失稳）：以大位移非线性理论的基础。

实际工程中的稳定问题一般都表现为第二类问题，但是，由于第一类稳定问题是特征值问题，求解方便，在许多情况下两类问题的临界值又相差不大，因此研究第一类稳定问题仍有着重要的工程意义。

研究压杆屈曲稳定问题常用的方法有静力平衡法((Eular方法)、能量法(Timosheko方法)、缺陷法和振动法。

静力平衡法：是从平衡状态来研究压杆屈曲特征的，即研究荷载达到多大时，弹性系统可以发生失稳的平衡状态，其实质是求弹性系统的平衡路径(曲线)的分支点所对应的荷载值(临界荷载)。

能量法：表示当弹性系统的势能为正定时，平衡是稳定的；当势能为不正定时，平衡是不稳定的；当势能为0时，平衡是中性的，即临界状态。

缺陷法：认为完善而无缺陷的力学中心受压直杆是不存在的。由于缺陷的影响，杆件开始受力时即产生弯曲变形，其值要视其缺陷程度而定。在一般条件下，缺陷总是很小的，弯曲变形不显著，只是当荷载接近完善系统的临界值时，变形才迅速增大，由此确定其失稳条件。

振动法从动力学的观点来研究压杆稳定问题，当压杆在给定的压力下，受到一定的初始扰动后，必将产生自由振动，如果振动随时间的增加是收敛的，则压杆是稳定的。

以上四种方法对于欧拉压杆而言，得到的临界荷载是相同的。如果仔细研究一下可以发现它们的结论并不完全一致，表现在以下几个方面:

静力平衡法的结论只能指出，当P=P1、 P2、…、Pn时，压杆可能发生屈曲现象，至于哪种最有可能，并无抉择的条件。同时在P≠P1， P2，…、Pn时，屈曲的变形形式根本不能平衡，因此无法回答极限系数的平衡是不稳定的问题。

缺陷法的结论也只能指出当P=P1、P2 ，…、Pn时，杆件将发生无限变形，所以是不稳定的。但对于P在P1、P2…、Pn各值之间时压杆是否稳定的问题也不能解释。

能量法和振动法都指出，P>P1之后不论P值有多大，压杆直线形式的平衡都是不稳定的。这个结论和事实完全一致。

由于钢管混凝土系杆拱桥的复杂性，不可能单依靠上述方法来解决稳定问题，日前大量使用的是稳定问题的近似求解方法。归结起来有两种类型:一类是从微分方程出发，通过数学上的各种近似方法求解，如逐次渐进法;另一种是基于能量变分原理的近似法，如Ritz法。有限元方法可以看作为Ritz法的特殊形式。当今非线性力学把有限元与计算机结合，使得可以将稳定问题当作非线性力学的特殊问题，用计算机程序实现求解，取得了很大的成功。

1.2 第一类稳定有限元分析

根据有限元平衡方程可以表达结构失稳的物理现象。在T.L列式下，结构增量形式的平衡方程为：

(1-1)

0[K]0——单元刚度矩阵；

0[K]σ——单元初应力刚度矩阵;

0[K]L——单元初位移刚度矩阵或单元大位移刚度矩阵;

0[K]T——单元切线刚度矩阵。

U.L列式下，结构的平衡方程为:

(1-2)

发生第一类稳定前，结构处于初始构形线性平衡状态，因此式(1-1)中大位移矩阵。0[K]T为零。在U.L列式中，不再考虑每个荷载增量步引起的构形变化，所以，不论T.L还是U.L列式，结构的平衡方程的表达形式是统一的:

(1-3)

在结构处于临界状态下，即使{AR}0，{u}也有非零解，按线性代数理论，必有:

(1-4)

在小变形情况下，[K]σ与应力水平成正比。由于假定发生第一类失稳前结构是线性的，多数情况下应力与外荷载也为线性关系，因此，若某种参考荷载{ }对应的几何刚度矩阵为[ ]σ，临界荷载为{P}cr=λ{ }，那么在临界荷载作用下结构的几何刚度矩阵为:

（1-5）

于是（1-4）为

（1-6）

式(1-6)就是第一类线弹性稳定问题的控制方程。稳定问题转化为求方程的最小特征值问题。

一般来说，结构的问题是相对于某种特定荷载而言的。在桥梁结构中，结构内力一般由施工过程确定的恒载内力(这部分必须按施工过程逐阶段计算)和后期荷载(如二期恒载·活载·风载)引起的内力两部分组成。因此，[K]σ也可以分成一期恒载的几何刚度矩阵 [Kl]σ和后期恒载的几何刚度矩阵[K2]σ，两部分。当计算是一期恒载稳定问题时，[Kl]σ=0。[K]σ可直接用恒载来计算，这样通过式(3-6)算出的 λ就是一期恒载的稳定安全系数;当计算的是后期荷载的稳定问题时，恒载[K]σ可近似为一常量，式((1 - 6)改写成:

（1-7）

形成和求解式(1-7)的步骤可简单归结为:

1)按施工过程，计算结构恒载内力和恒载几何刚度矩阵[Kl]σ。;

2)用后期荷载对结构进行静力分析，求出结构初应力(内力);

3)形成结构几何刚度矩阵[K2]σ和式(1-7)

4)计算式(1-7)的最小特征值问题。

这样，求得的最小特征值兄就是后期荷载的安全系数，相应的特征向量就是失稳模态。

1.2 第二类稳定有限元分析

第二类稳定是指结构在不断增加的外载作用下，结构刚度发生不断变化，当外载产生的应力使结构切线刚度矩阵趋于奇异时，结构承载能力就达到了极限，稳定性平衡状态开始丧失，稍有挠动，结构变形迅速增大，使结构失去正常工作能力的现象。

从力学分析角度看，分析结构的第二类稳定性，就是通过不断求解计入几何非线性和材料非线性的结构平衡方程，寻找结构极限荷载的过程。

全过程分析法是用于结构极限承载力分析的一种计算方法，通过逐级增加

工作荷载集度来考察结构的变形和受力特征，一直计算至结构发生破坏。

2拱桥的平面屈曲

2. 1拱桥平面屈曲的基本概念

图1 拱顶的竖直变位v及水平变位u与外荷载q的关系曲线

当拱所承担的荷载达到某一临界值时，在竖向平面内，拱轴线偏离初始纯压或主要为受压的对称变形状态，向反对称的弯压平面挠曲转化，称为拱的面内屈曲。拱的面内屈曲有两种不同的形式，第一种形式是在屈曲临界荷载前后，拱的挠曲线发生急剧变化如图1所示，可看作是具有分支点问题的形式，桥梁结构中使用的拱，在体系和构造上多是对称的。当荷载对称的满布于桥上时，如果拱轴线和压力线是吻合的，则在失稳前的平衡状态只有压缩而没有弯曲变形。当荷载逐渐增加至临界值时，平衡就出现由弯曲变形的分支，拱开始发生屈曲。

第二种屈曲形式:在非对称荷载作用下，拱在发生竖向位移的同时也产生了水平变位。随着荷载的增加，二个方向的变位在变形形式没有急剧变化的情况下继续增加。当荷载达到了极大值，即临界荷载之后，变位将迅速增加，这类失稳为极值点失稳。求解这类稳定问题的极限荷载，需要采用非线性分析方法。

在实际结构中，当满布对称荷载时，拱轴线和压力线也不一定完全吻合，此时拱一开始加载就可能出现带有对称弯曲变形的平衡状态。然而当荷载达到一定的临界值时，拱仍然会发生分支点失稳现象。理论研究表明:初始的对称弯曲变形对拱的反对称屈曲的临界荷载的影响很小。因此，研究拱的平面屈曲时，我们可以近似的假设拱轴线与压力线是吻合的，采用分支点屈曲理论。

2. 2拱桥的平面屈曲

2. 2.1圆弧拱及抛物线拱的屈曲

(1)圆弧拱的屈曲荷载

圆弧拱轴线线形简单(如图2)，全拱曲率相同，施工方便。其拱轴线方程：

图2 受径向均布荷载的圆弧拱

由平衡条件和几何关系可以推导出屈曲微分方程：

（2-1）

解此微分方程，并代入边界，ψ=0，υ=0；ψ=2α，υ=0得两铰拱临界应力

把拱看成当量的压杆，引入有效屈曲长度的概念，转化为中心压杆的欧拉公式的标准形式

（2-2）

归结成求拱的计算长度的问题，也就是涉及到边界条件。

经过理论计算，加之经验和概率论数理统计，就得到了桥涵设计规范4.3.7给出的拱圈纵向稳定时的计算长度取值。

为了实用的方便也可转化为矢跨比和跨度作为影响因子

（2-3）

（2-4）

同理可得到无铰拱和三铰拱的临界荷载。

将结果K1、K1’按矢跨比做成表格，这就得到了拱桥设计手册上的表值。

通过理论的分析可以看出拱桥的稳定性随铰数的增加而降低，无铰拱稳定性好于两铰拱;再则，各种拱的临界荷载都在矢跨比0. 25～0. 3左右达到各自的最大值，因为在EIx和L相同的情况下，若矢跨比很小，则拱弧长虽短，但均布荷载所产生的压力大，反之，若矢跨比很大，则压力虽小，但弧长较长。

(2)抛物线拱的屈曲荷载

在均布荷载作用下，拱的合理拱轴线是二次抛物线。故对于恒载分布比较接近均匀的拱桥，可以采用二次抛物线作为拱轴线。其轴线方程为：

（2-5）

在均布竖向铅垂荷载作用下，虽然拱只承受轴向压力而没有弯矩，但是压力沿拱轴线是变化的，并且拱的曲率也是变化的，因而其平衡微分方程是变系数的，直接求解比较困难，一般只能用数值法进行计算。同圆弧拱一样，抛物线拱的临界荷载可按下式计算:

（2-6）

式中K1，为稳定系数，它的值可以查表得到。

2.2.2拱桥的平面压屈

大跨度拱桥的拱上结构常布置连续的加劲梁。这样当拱屈曲时，加劲梁将随同弯曲，因而增加拱的稳定性。要获得这类结构的临界荷载解析解是相当困难的，一般只能求得其数值解。

如果拱桥的立柱刚度远比拱圈和梁的刚度小，可以假定各立柱上下端均系铰结，以简化问题。通过数值计算，可把数值这种简化结构的临界荷载近似地写成:

（2-7）

式中:K1一只有拱时的临界荷载系数;

Elb一加劲梁的抗弯刚度;

EIa一拱平面抗弯刚度。

对于上承式柔拱刚梁组合体系，临界荷载可仿上式写成:

（2-8）

在这种体系中，除按上式验算总体平面屈曲外，尚须同时验算拱在立柱间的局部弯曲。

如果拱的矢跨比很小，即通常所说的扁拱。式(2-8）可化为如下临界水平推力的计算公式:

（2-9）

2.2.3拱桥的侧倾失稳

（1）单拱的侧倾

若拱在面外没有受到横向荷载的作用，对于横向刚度较小的拱，当拱所承受的面内荷载达到临界值使拱轴线向竖平面之外偏离而出现侧倾时，由于这一失稳过程中出现了平衡分枝，所以它属于第一类稳定问题。当临界状态下的应力小于屈服应力时，即为面外弹性屈曲，由于属于空间问题，所以精确解就更为困难，只能采用近似解法。

平

面的拱轴，在侧倾后是一个空间的曲线，其位移与几何关系·由曲线坐标(如图2)所示：

图2侧倾变形后的拱

根据平衡条件和几何关系可以推导出空间弯扭侧倾失稳微分方程：

（2-10）

相对面内屈曲，此方程更难获得解析解，一般都采用数值方法。

研究发现拱桥的侧倾稳定性随矢跨比的增加而提高;再则，用圆弧拱代替抛物线拱计算侧倾临界荷载，对坦拱是足够精确的。

（2）组拼拱的侧倾

组拼拱是指用横向联结系组拼起来的双肋拱或多肋拱，也称横撑拱。这类拱的侧倾临界荷载在很大程度上取决于撑架的刚度和布置方式。

对于组拼拱，以往一般采用“当量压杆法”验算其侧倾稳定性。这种方法的基本思想是忽略拱的矢跨比、拱肋的抗扭刚度和横撑绕顺桥向水平轴线的抗弯刚度，将拱轴拉直，近似地把它视为一当量的中心压杆并按有缀板的组合压杆屈曲临界荷载公式计算组拼拱的侧向屈曲临界轴力，通常取较大的稳定系数以保证桥梁的安全。研究结果表明:当量压杆法计算结果过于粗略，且偏于不安全。

下面简单的介绍一下对于平式横撑连接的双肋拱，采用能量法推导其侧倾临界荷载。

沿拱轴环向设置了一系列切向平放的横撑的组拼拱，当组拼拱在外荷载作用下发生侧倾失稳时，二根拱肋除发生了整体变形外，每根平式横撑将在切向平面内发生S形的弯曲变形，同时拱肋还发生了局部挠曲变形。

1.拱的整体变形能

通常组拼拱的横向联接系比较弱，在计算整体变形能时，只考虑二根拱肋独立产生的横向弯曲和扭转变形能，略去二根拱肋可能产生的轴向伸缩形成的拱截面整体弯曲变形能。一般组拼拱的二拱肋大小是相等的，故可只讨论单根拱肋的变形能

（2-11）

2.局部弯曲变形能

组拼拱侧倾后，拱肋点体变形绕Y轴的转角γ，设拱肋由于在节间内的局部变形在节点转动了γ2角，则由于刚性节点上各杆的夹角保持不变，横撑在节点的转角γ=γ-γ2。可推导出局部弯曲变形势能

（2-12）

3.外力势能

受径向均布荷载的圆弧拱，发生侧倾后，拱轴位置下降了v，外力势能T于q在V上所作的功的负值

（2-13）

4.临界荷载

组拚拱在侧倾时产生的总势能

（2-14）

利用最小能量驻值原理，对关于C的泛函取变分，考虑曲率影响，在拱肋局部变形部分乘上拱度影响系数，推导出平式横撑联结下临界荷载

（2-15）

上式中的前一项反映了横撑的刚度与其间距d对稳定性的影响，减小横撑间距和增大横撑刚度都有利于提高双肋拱的侧倾稳定性。

同样方法得到立式横撑、一般横撑连接的双肋拱的侧倾临界荷载。由于理论求解非常复杂，大部分形式的拱桥只能采用数值法求得近似值，建议采用空间有限元程序求解。

通过理论分析可以看出比较合理的方法是在拱顶或拱顶附近的区段设置关键性的几根立式横撑，以约束扭转角和拱顶位移，而其余区段则布置平式横撑。

3非线性分析理论

在钢管混凝土拱桥工程实践中，恒载压力线与拱轴线的偏离、施工预拱度的设置、施工偏差导致的初变形、非对称加载等因素使实际拱桥的失稳形态大部分属于第二类失稳，即极值点失稳问题。一般来说屈曲理论过高估计拱的临界力。正确的应考虑拱的变形影响和材料弹塑性的影响，按几何非线性和材料非线性理论来求得拱桥的失稳极限荷载，也通常称为压溃荷载。钢管混凝土拱桥随着跨径的增大、材料强度的提高，在第二类失稳破坏时结构表现出大位移、大应变的特点。因此应考虑结构的几何非线性和材料非线性问题。

3.1几何非线性分析

对线性问题，一般是假设结构发生小位移，根据变形前的位置来建立平衡方程。几何非线性问题通常是由于结构的位移已相当大，以致必须按照变形后的几何位置建立平衡方程。严格地说，所有平衡问题都应采用变形后的几何位置写出其平衡方程。不过，如果位移很微小，使得变形或位移对平衡条件影响可以忽略时，则可利用变形前的几何位置来建立平衡条件。由于位移变化产生的二次内力不能忽略，放弃小位移的假设，从几何上严格分析单元体的尺寸、形状变化，整个结构的平衡方程应按变形以后的位置来建立，荷载一变形为非线性，此时叠加原理不再适用。

不同理论导出的两种方法T.L列式与U.L列式，分别是采用参照描述和相关描述的方法，都是以已知位形为基准的，都属于Lagrangian描述，只是选取的基准有所不同。写成T. L列式

（3-1）

式中大变形刚度矩阵，

由于U.L列式中，平衡方程中的积分在t时刻单元体积内完成，因此代表大挠度的刚度矩阵可以省略，这是T.L列式与U.L列式最大的区别

（3-2）

3.2材料非线性

材料非线性是由材料的非线性应力一应变关系引起基本控制方程的非线性问题。这种非线性特点是材料不满足胡克定律。结构在承受超载时部分材料应力超过比例极限，进入塑性变形范围，破坏与损伤从这些区域开始，导致最终结构失稳。应力超过弹性极限后，材料弹性模量E不再是常数，而是成为应力的函数，导致基本控制方程的非线性。研究材料非线性问题，对于分析结构极限承载力，解冷桥粱非绘性稳宁问题有着十分重要的煮义。

考虑材料非线性后，弹性矩阵［D］将不再是常数，而是应变{ε}的函数，从而也是位移{d}的函数

（3-3）

其表达式为

（3-4）

材料非线性问题分析求解时，单元的EI，EA随受力历程不断发生变化，因而[k]不为常量，结构的整体平衡方程是如下的非线性方程组

（3-5）

式中： ——不平衡力； ——与位移相关的刚度矩阵；——节点位移列阵； ——节点荷载列阵。

3.3求解方法

求解非线性问题的方法基本可分为三类:迭代法，增量法和混合法。

（1）迭代法

迭代法(总荷载法)，即对总荷载进行线性化处理。采用循环减小内外不平衡力差值，不断逼近极限荷载，直到差值小到规定的值。其中有直接迭代法(割线法)、Newton-Raphson法(切线刚度法)、修正的Newton-Raphson法(初始刚度法)、拟Newton-Raphson法(割线刚度矩阵迭代法的主要应用)等等。

直接迭代法较为简单，但收敛速度慢，且可能出现迭代过程的不稳定，实际中较少采用此法。切线刚度法在求解下一个荷载步时会修正结构刚度矩阵，而初始刚度法则克服了在每次迭代过程中必须解全部新方程的困难，使用初始的刚度矩阵，但这样做收敛较慢。

用迭代法求解非线性问题时，一次施加全部荷载，然后逐步调整刚度，使基本方程得到满足。迭代法的计算量相对小一些，对计算精度也能加以控制。但迭代法不能给出荷载—位移过程曲线，适用范围也小一些。

在迭代法计算中，为了中止迭代过程，必须确定一个收敛的标准。实际应用中，有两种量是常用的:一个是用不平衡节点力;另一个是用位移增量。

（2）增量法

增量法(逐步法)，即对增量进行线性化处理。将整个荷载变形过程划分为一连串增量段，每一增量段中结构的荷载反应被近似地线性化。增量法实质是用一系列线性问题去近似非线性问题，用分段线性的折线去代替非线性曲线，逐步求解过程就是累积线性弹性解的过程。增量法的主要缺点是无法判断其解偏离精确解的近似程度。

常见的有荷载增量法、挠度增量法和曲率增量法，其中用后两种方法较易获得曲线的下降段。在荷载增量法中主要有:Euler-Cauchy法、修正的Euler-Cauchy法、半增量法等。

增量法的一个优点是适用范围广泛，即其通用性强;另一个优点是它可提供荷载—位移全过程曲线。但增量法不知道近似解与真解相差多少。

（3）混合法

混合法则是对同一非线性方程组混合使用增量法和迭代法。如Euler-Newton法、Euler-修正的Newton法、Euler-拟Newton法、Eule一次迭代法，等等。混合法综合了迭代法和增量法的优点，某种程度上克服了各自的缺点，虽然计算量更大，但计算精度提高了，而且可以判断每一增量步终了时刻解的近似程度，尤其在荷载，变形的全过程分析中，需要比较准确的输出每一荷载增量末的位移值，此时采用混合法是较好的选择。

4结语

众所周知，实际拱的失稳大部分属于第二类稳定，二类失稳实际是非线性作用的结果，目前采用的线弹性理论会过高的估计安全系数。所以，精确地给出计入非线性后对稳定计算的影响是非常重要的。随着拱桥跨度越来越大，原有的计算方法已经不能满足工程需要，对拱桥稳定性考虑非线性计算，已成为桥梁学者研究的方向。本文只是简单地介绍了一下稳定性计算理论和方法。

参考文献：

1. 李存权.结构稳定和稳定内力.北京：人民交通出版社，2003.3

2. 李国豪.桥梁结构稳定与振动. 北京：中国铁道出版社，1992.10

3. 郭钰瑜.钢管混凝土拱桥非线稳定性分析.西南交通大学研究生学位论文，2007.5

4. 林力成.大跨度拱桥稳定性研究.长安大学硕士学位论文，2007.6

5. 沈尧兴等. 大跨度钢管混凝土拱桥的稳定性分析.西南交通大学学报，2003，12

6. 云迪.大跨径中承式钢管混凝土拱桥静力及抗震性能.哈尔滨工业大学工学博士论文，2008

7　陈少峰.钢管混凝土拱桥施工监控方法研究及工程应用.北京工业大学博士学位论文，2008

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1．1业务层

从系统架构可以看出，业务层处于系统的最上层，和用户进行直接的交互。目前的管理系统采用C/S(Client/Server，客户端/服务器模式)架构，该架构的设计模式使得用户在使用时需要提前安装客户端，对电脑性能有一定的要求。此外，管理系统若想实现移动办公，需要开发额外的手机应用软件，系统的通用性较差。为了解决这个问题，同时为了简化用户的使用流程。业务层在设计时采用B/S(Brow-ser/Server，浏览器/服务器模式)架构。相对于C/S架构需要安装客户端，B/S架构以Web的形式呈现给用户，这种方法采用“肥服务端，瘦客户端”的结构，将大量的计算工作放在服务器中完成，客户端不需要或者是只需要进行很少的计算即可。该结构的好处是对客户端的要求较低，客户只需要一台可以上网的电脑就行，客户端可以轻松的实现“零安装，零维护”;服务器升级容易，客户端不需要进行任何的更改，减少了系统的开发与维护难度;同时可以轻松的实现移动办公。所以在设计基于RFID技术的固定资产管理系统时我们采用B/S结构。

1．2服务器层

服务层，用于给整个系统提供服务，是系统的关键。目前的资产管理系统服务器多采用集中式的应用环境，当系统的规模扩大时，集中式系统在一定程度上会影响系统的性能。为避免这一现象，采用一个分布式、多中间件的应用系统架构。同时为了实现跨平台通信，跨防火墙通信，本文采用WebServ-ice作为服务器。Webservice技术，采用XML(Ex-tensibleMarkupLanguage，标准通用标记语言)作为不同模块之间通信的数据格式，采用标准的TCP/IP协议、面向服务的架构(serviceorientedarchitecture，SOA)模型作为他的体系结构。具有跨不同语言、松散耦合、跨异构平台、跨Internet互操作技术、跨防火墙等特点。WebService技术能够让运行在不同机器上的不同应用无须借助附加的、专门的第三方软件或硬件，就可相互交换数据。在该系统中，WebService提供网关和应用层间的通信中介。Web端发起盘点指令时，需要将要盘点的房间号和盘点的事件编号发送给WebService服务器，然后在服务器中排队等候网关来取走，网关取走房间号和事件编号后将对应房间的读卡器设备打开，开始读取标签数据，最后将标签数据和事件编号再放回到服务器中并关闭读卡器，等待Web取回对应盘点事件编号的标签数据。

1．3中间件层

中间件是一种面向消息的中间件，处于服务器和硬件设备之间，连接射频网络和Internet网络，在2种不同的网络之间进行协议转换，所以中间件又被称为网关。为了设计更加强大的网关，在设计时需要多方面考虑。如，怎样解决系统中的冗余数据;如何增加网关的通用性;如何增加系统的自检能力等。为了解决上述问题，在设计时，增加了数据过滤模块过滤系统中的冗余数据，防止一条标签数据在一个事件周期内多次被读到，减轻系统的处理压力。增加了事件管理模块和设备驱动模块，用于实现网关的通用性，事件管理模块用于将不同的应用需求定义为不同的事件，而不同的事件又通过不同的函数或参数来实现，进而实现网关对上层应用环境的通用性。设备驱动模块，可以实现根据底层设备的不同而选择不同的驱动程序;设备的自我维护由设备巡检模块完成，该模块主要是利用阅读器等硬件设备的心跳包来检测系统的工作状态，进而完成系统的自检，将发现的问题及时地上报给管理员。

1．4设备层

设备层主要包括:四通道固定式读写器、桌面式发卡器、手持机、超高频分支器、门禁系统(包括红外对射系统和M244－A模块)、天线、馈线等设备。这些设备由设备供应商提供，在此主要是对设备的组合和使用，不再作过多的叙述。

1．5数据库

数据库独立于以上的4层，是系统的基础。它主要用于对固定资产的基本信息、资产管理员的基本信息、资产调度信息、资产移动信息、报警信息等资产使用情况的所有详细信息进行存储，使用数据库可以提供良好的数据共享、较小的数据冗余度、实现数据的集中控制以及数据的一致性和安全性，设计良好的数据结构可以降低数据查询的消耗，提高效率。本系统采用关系型数据库SQLServer2008来存储应用数据。

2系统功能介绍

基于RFID技术的固定资产管理系统分为2个主要的功能模块，仪表状态管理模块和系统管理模块。前者主要负责对资产进行管理，如资产的借调、维护等。后者主要负责系统自身的管理，如管理员的管理、系统自身维护等。在这些功能中资产出入库、调拨、标签替换以及系统管理，逻辑较少、功能简单，所以主要对资产盘点、定位、异动处理进行如下的详细描述。

2．1资产定位

资产定位就是根据输入的资产ID，返回资产所在的房间号，该功能的设计主要是为了查找资产的位置。其中替换态，指资产上的当前标签正在进行更换时，所处在的一个临时状态;异动态，指资产现在已经处于报警状态，报警可能是由未经允许经过门禁或者是资产在移动过程中超时引起的;资产移动态，指的是资产正在被借用。

2．2资产盘点

资产盘点，就是对所选房间的资产进行盘点，并显示原有资产是否还在房间中。如果有部分资产没有被扫描到，则需要使用手持阅读器进行现场盘点，以确认资产是否真的不在房间中，如果不在，系统会发出报警通知系统最高管理员和资产所属分管理员。盘点的流程在设计时，被看作是处于同一个房间中的多个资产的定位。

2．3异动处理

资产的异动主要是指如下3种情况:资产越界(定点态转移到异动态)、资产过禁行门禁(移动态到异动态)、资产移动过程中超过设定的时间。在资产发生异动时，要发出报警通知管理员。其中资产移动超时，由定时器维护，若时间到达还没有归还资产时，自动发出警报。该流程图中门禁事件是一个虚拟的事件对象，由标签ID、时间、门禁ID、流动方向(进或出房间)组成。其中输入为门禁事件，输出为事件的处理结果。

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中图分类号：TU74 文献标识码： A

一．引言

顶管施工最突出的特点就是适应性问题。针对不同的地质情况、施工条件和设计要求，选用与之适应的顶管施工方式，如何正确地选择顶管机和配套辅助设备，对于顶管施工来说将是非常关键的 。

顶管施工是继盾构施工之后而发展起来的一种地下管道施工方法，它不需要开挖面层，并且能够穿越公路、铁道、河川、地面建筑物、地下构筑物以及各种地下管线等。顶管施工借助于主顶油缸及管道间中继间等的推力，把工具管或掘进机从工作井内穿过土层一直推到接收井内吊起。与此同时，也就把紧随工具管或掘进机后的管道埋设在两井之间，以期实现非开挖敷设地下管道的施工方法。

二．工程实例。

1.工程概况。

某地外环路，路段I

2. 施工方案。

顶管全长535．5m，检查井按30m或40m两种间距设置，管材采用抗渗等级为S6的C50II级加强离心式预应力钢筋混凝土管，F型柔性接口。顶管施工，选择管道的相应检查井位置设置2个工作井和3个接收井进行顶进，工作井作管道顶进用，接收井为顶管出洞回收工具头用。顶管最大单元长度140m。管道顶进完后，再施作污水检查井。

3.工作经设计、施工。

工作井上设活动式工作台，台上设起重架，用于起吊管井。

（1）. 工作井井底长、宽尺寸可按式（1）、式（2）确定。W=D+（2．4～3．2）（1）式中为工作井底宽度，m；D为被顶进管外径，m；L=Ll+L2+L3+L4+L5（2）式中为工作井底长，m；L为管节顶进后，尾端压在导轨上的最小长度，混凝土管一般留0．3m；L2为每节管长度，m；L3为出土工作间隙，一般为1．0～1，5m；L4为千斤顶长度，m；L5为后背墙厚度，m；

本工程工作井长宽为7m×4m，工作井护壁为厚0．4m C30钢筋混凝土，底板为厚0．5m钢筋混凝土

（2）. 水泥搅拌桩施工。为保证施工时不塌方和减少地下水的流入，在工作坑外侧设置了水泥搅拌桩止水帷幕。桩径D=0．50m，相互搭接0．15m，水泥掺入量19％，水泥用量70kg/m，水灰比为0．45～0．50，用P．032．5普通硅酸盐水泥。采用“四搅四喷”施工工艺。

（3）. 工作井开挖。采用人工垂直开挖，每开挖1m即护壁1m，井底施打木桩进行加固，及时对井底进行封闭。

4.顶管参数及设备安装。

顶管工程力学参数确定顶管推力就是顶管过程中管道受到的阻力，包括工具管切土正压力、管壁摩阻力。

（1）. 工具管切土正压力。

F1=S1×K1=πr2×K1=π×0.482×50=36.2t（式中F1为顶管正阻力，t；S1为顶管正面积，m2；K1为顶管正阻力系数，t/m2。） ，工具管切土正压力与土层密实度、土层含水量、工具管切土状况有关，根据有关统计资料，软土层一般为20～30t/m2，硬土层一般为30～60t/m2，本工程顶管经过地层为亚粘土和砂质亚粘土，K1。取50t/m2

（2）. 管壁摩擦阻力。

F2=S2×K2=πDL×K2=π×0.96×140×0.9=380t（ 式中F2为顶管侧摩擦力，t；S2为顶管侧面积，m2；K2为顶管侧阻力系数，t/m2。） 管壁摩擦阻力一般在0．5～1．2t/m2之间，本工程采用触变泥浆减阻，管壁摩擦阻力取0．9t/m2，顶进长度按140m计。

（3）. 顶管总阻力。

F=F1+F2≈420t 考虑地下工程的复杂性及不可预见因素，顶管设备取1．4倍能力储备，设备顶进能力应为600t。

（4）千斤顶安装。本工程采用3台200t的千斤顶。千斤顶固定在支架上，并与管道中心的垂线对称，要求其合力的作用点与管壁反作用力作用点在同一轴线上，防止产生顶进偏差。根据施工经验，千斤顶的着力点作用在管节垂直直径的1/4～1/5为宜。

（5）. 顶铁的安装。顶铁是顶进管道时，千斤顶与管道端部之间临时设置的传力构件。其作用是将一组千斤顶的合力，通过顶铁均匀地分布在管端，并起调节千斤顶与管端之间距离的作用。顶铁可分为环形顶铁和u形顶铁两种。安装顶铁时，顶铁与导轨之间、顶铁与顶铁之间的接触面，要擦拭干净，防止接触不良，相互滑动。安装后，要使千斤顶轴线、顶铁轴线和管道的轴线相互平行。顶铁轴线必须与管道中心的垂线对称，避免顶力产生偏心，导致“崩铁”。顶铁拼装后要进行锁定。（3）顶铁与管口之间垫缓冲材料联接（胶合板），使顶力均匀地分布在管端。

三. 顶进施工以及相关措施。

顶进过程中的管道轴线和高程的测量控制:在顶管施工中,激光束的投射通过机器中开口(激光窗)以及其他辅助设备到装在掘进机前部的目标靶上。由于激光发射器定期拆卸校对,重新按照定位销装上下来可能会有少许位移,在施工过程中需要定期调整激光束的方向。

1. 正常顶进施工。顶进管道前，进行全部设备检查与试运转。护壁上的管孔凿好后将工具管立即顶人土层。每顶进30cm，测量不少于一次，管道进入土层正常顶进时，每顶进100cm，测量不少于一次。工具管开始顶进5～10m的范围内，允许偏差为：轴线3mm，高程0～+3mm。否则要采取措施纠偏。顶进时遵循“边压触变泥浆边顶进，不压浆不顶进”的原则，新开顶时需对整个管路进行补浆。

2. 测量与纠偏。测量仪器采用全站仪和激光水准仪。测量频率。顶进第一节管节时为20～50厘米/次，正常顶进时为1米/次，校正顶进时为每顶进半节管测量一次。中心线测量。在工作井边的两方向桩上挂铅锤至工作井底部，在工作井内用激光水准仪照准两铅锤，读管前端的中心尺刻度，若与中心尺的中心刻度相重合，说明其方向准确，否则其差值即为偏差值。高程测量。在工作井内引设水准点，在停止顶进时，将激光水准仪支放在顶铁上，测量前端管底高程。纠偏。工具头前方有纠偏节，纠偏节中安装有纠偏千斤顶，顶进过程中，当工具头的方向偏差超过5mm，即应纠偏，调整纠偏千斤顶，实现顶进方向的控制。

3. 顶管节接头及防水措施。混凝土管采用F型橡胶密封圈柔性接口，氯丁橡胶楔形胶圈，由制管厂配套供应，接头内设止水钢环。当管节正常顶进安成后，管节之间都能达到良好的密封状态。

4. 穿墙顶进。顶管出洞口对顶管来说是非常重要的环节，为了顺利顶进，在接收井四周仍然采取了深层水泥搅拌对穿墙管前方2m范围内的土体进行加固，起到挡土、阻水的作用。

5. 作业面通风。选用大型风扇作鼓风式通风。

四．结束语

因此，随着我国经济的不断的快速发展，城镇规模的不断扩大，特别是临近大中城市的县镇，发展势头迅猛，目前世界上的顶管技术已经发展到了十分成熟的阶段，各种各样的顶管方式方法出现。但是，万变不离其宗， 顶管施工技术的原理都是一样的。一般都是垂直地面做工作井，然后用高压液压千斤顶，将水泥或者钢制管道涂抹介质顶入地下，各种技术的差别就在于运输管道内挖掘出来的泥土，石头等渣子的方法，有人工的，有水抽式的，先进的还有遥控的。在今后的发展中我们应更科学的对施工范围及地下管线进行详细的勘测，保证工程的圆满。

参考文献：

[1] 蒲吉见Pu Jijian市政道路污水管顶管施工技术[期刊论文] 《路基工程》- 2007年4期

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关键词：顶管技术；市政工程；应用；施工工序

Key words: pipe technology；municipal engineering；application；construction process

0 引言

地下管网是城市基础设施的重要组成部分，日夜肩负着传送信息和能量的重要任务。为城市处理污水的系统、自来水、煤气、电力和通讯设施等等都属于地下管网之内，要对上述市政设施进行改建、新建、扩建，需要工程技术人员进行安全的管道安装。传统的挖槽埋管地下管线施工技术由于对地面交通影响较大，使本来就拥挤繁忙的城市交通如同雪上加霜，同时给市民工作、生活带来许多不便，特别在人口稠密的城市和交通拥挤的地区以及不允许开挖的地段，这个矛盾就更加突出。市政工程如何使这些安装工程对城市的影响减至最小，如何尽可能减少对人们日常生活的影响。已经成了一个迫切解决的问题。

非开挖技术将完全能解决这些难题，提供安全及经济的施工方法。非开挖技术是指利用少开挖和不开挖技术来进行地下管线的铺设或更换的工艺。顶管技术就是在这种情况下发展起来的一种非开挖技术，其在国外已广泛使用，在国内也已逐渐普及。随着顶管技术在市政工程的广泛运用，本论文主要讨论在顶管作业施工过程中出现了一些具体的技术问题，值得施工技术人员重视，并以此和同行共享。

1 顶管施工的特点

顶管法又称为非开挖管道敷设技术，它具有不需要开挖面层，就能穿越地面构筑物和地下管线吸公路、铁路、河道的特点，相比开挖敷设技术，投资和工期将大大节省。同时，顶管施工技术可以降低噪音，减少粉尘，减轻对城区的交通条件和环境状况的干扰和破坏，属于真正的无污染、高效率的施工技术。顶管施工法由于其上述多方面的优点，在市政工程中尤其是在市政管线工程中得到了广泛地应用。概括起来，顶管施工技术具有几大方面的优点：施工面由线缩成点，占地面积小；地面活动不受施工影响，对交通干扰小；噪音和震动低，城市中施工对居民生活环境干扰小，不影响现有管线及构筑物的使用；可以在很深的地下或水下敷设管道，可以安全穿越铁路、公路、河流、建筑物，减少沿线的拆迁工作量，降低工程造价。

2 顶管技术施工应用分析

2.1 顶进管的选择 顶进管一般选用钢筋砼管，如没有腐蚀要求可选用钢管。钢筋砼管的规格设计、配筋和应力验算应遵守有关钢筋砼的标准和技术规程，特别是有关钢筋砼管的标准和技术规程。①顶进管直径的选择：顶进管的直径选择是首先根据工程性质、工程需要确定内径，根据顶进管所受荷载确定砼管的配筋及壁厚，进而确定外径。因为顶管工程工作面上需要配备挖土工人，所以一般管内径不小于500mm；②顶进管长度的选择：顶进管的长度对顶管过程的可控性和经济性有很大的影响。在直线推顶的情况下使用长管可以减少装管的次数，取得良好的效果，但随着管长度的增长，如果偏离原定的路线，使之恢复正确路线要比使用短管更加困难。建造顶压坑时顶压坑的长度也要增大，挖坑、支护、回填、修复的费用将相应地增加。

一般情况下，管长度须相对于管径来衡量，当L/D外≤1.10时，为短管；当L/D外=1.15时，为标准管；当IJD外≥2.10时为长管。

2.2 顶管施工的前期准备 ①现场平面布置：平面总体布置包括起重设备、自动控制室、料具间、管片堆场、拌浆棚及拌浆材料堆场、注水系统、弃土坑的布置等。始发工作井内安装发射架、顶管机、前顶铁、主推千斤顶、反力架等顶进设备，工作井边侧设置下井扶梯供施工人员上下；②顶管机进、出洞处以及后靠土体加固：为确保顶管机出洞的绝对安全，需对后靠土体及进、出洞区域土体进行高压旋喷桩加固。为防止顶管机进、出预留洞导致泥水流失，并确保在顶进过程中压注的触变泥浆不流失，必须在工作井安装止水装置。

2.3 顶管施工的工艺：顶管施 叉称为顶进法施工，是指利用顶进设备将预制成椭圆形或圆形构造物逐渐顶入路基，以构成立体交义通道或涵洞的施工方法。顶管施工需先在确定的管段之间设置工作井和接收井，然后在工作井内安装推力设备将导轨上的顶管机头推入土体，由机头导向，将预制的钢筋混凝土管向前顶进，前端土体通过工作井运出，最后完成管道铺设。

2.3.1 顶管井的设计：顶管井分工作井与接收井两种，顶管井的建造结构有很多种类，一般使用钢筋混凝土结构。工作井的结构形式通常有单孔井和单排孔井。前者形状有圆形、正方形、矩形等，后者则大多为矩形，它们的结构受力性能由高至低依次为圆形一正方形一矩形。

2.3.2 顶管施工工序 ①穿墙：打开穿墙闷板将工具管顶出井外，并安装穿墙止水装置，主要技术施工措施1）穿墙管内填夯压密实的纸筋粘土或低强度水泥粘土拌和土，以起到临时性阻水挡土作用；2）为确保穿墙孔外侧一定范围内土体基本稳定并有足够强度，工作井工具管穿墙前，对穿墙管外侧采取注浆固结措施；3）穿墙前对可能出现的问题进行分析并制定相应处理措施；4）闷板开启后迅速推进工具管，同时做好穿墙止水，本工程采用止水法兰加压板，中间安入20mm厚的天然优质橡胶止水板环，要求具有较高的拉伸率和耐磨性，借助管道顶进带动安装好的橡胶板形成逆向止水装置，应防止因穿墙管外侧的土体暴露时间过长而产生扰动流变。②顶管出洞：顶管出洞是顶管作业中一个很值得注意的问题，顶管出洞，即顶管机和第一节管子从工作井中破出洞口封门进入土中。开始正常顶管前的过程，是顶管技术中的关键工序，也是容易发生事故的工序。为防止管线出现偏斜，应采取工具管调零，在工具管下的井壁上加设支撑，若发现下跌立即用主顶油缸进行纠偏，工具管出洞前预先设定一个初始角弥补下跌等措施。③注浆减阻：在顶管施工中还有一个重要的技术措施就是通过压注触变泥浆填充管道周围的空隙，形成一道泥浆保护套，起到支撑地层，减少地面沉降，减少顶进阻力的作用。在施工中，首先对顶管机头尾部压浆，并要与顶进工作同步，然后在中续间和混凝土管道的适当位置进行跟踪补浆，以补充在顶进中的泥浆损失。注浆工序一般多应用于长距离顶管施工中。④顶管纠偏：纠偏是指机头偏离设计轴线后，利用设置在后部的纠偏千斤顶组，改变机头端面的方向，减少偏差，使管道沿设计轴线顶迸。顶进纠偏是采用调整4台纠偏千斤顶组方法，进行纠偏操作，若管道偏左则千斤顶采用左伸右缩，反之亦然。

3 膨润土悬浮液在疏松土层中的应用

在无粘性的疏松土层中以及在粘性很小的土壤中，例如在砂砾土中，若不采取其它辅助措施，土层由于本身极不稳定，以致在刃脚推进之后立刻就会坍落在管壁上。所以对这类土壤来说，膨润土悬浮液的支承作用尤其具有重要意义。为了起到这种支承作用，先决条件是要尽可能准确地掌握膨润土悬浮漓在砂砾上中的特性。膨润上悬浮液将渗人土层的孔隙内，充满孔隙，并继续在其中流动。流速取决于孔隙的横断面与悬浮液的流变特性，同时也取决于压浆压力。因此为了在同样的压浆压力下达刭相同的渗入深度，在孔隙横断面很小的细粒土层中便需要低流限的悬浮液，面孔隙横断面较大的粒粒土层则需要高流限的悬浮液。在克服流动阻力的过程中，压浆压力随着渗入深度的增加而成比例地衰减，所以相应每一种压浆压力，都有一个完全确定的渗入深度。

尽管就某种场合来说，随着管子的推进同时在管子整个圆周上和管路全部长度上均匀地压浆证明是相宜的，而在另一些场合下，正确的方法则又可能是分段压浆。例如现已得知，在管子下半部，膨润土在顶进过程中比静止状态下更容易流出，而上半部的压浆则是在管路静止的情况下更容易进行。因此最好是将管子下半都的注浆孔和上半部的注浆孔分别组合起来。这种半侧压出韵原因在于，静止状态的管道以其全部很大的重量沉落于底部。这样便在管道的顶部形成了小空隙，或者至少是形成了一个压力较低的区域。因而在这种状态下，膨澜土在管顶处比在管底部更容易流出。反之，在顶压力和浮力同时作用下，管道有向上拱起的倾向。这时管道离地升起，于是管底下方便形成了一个低压区，致使膨润土更加容易渗入其中并均匀地散开。

4 顶进管在膨润土悬浮浪中受到的浮力

只要顶进管在整个圆周上被膨润土悬浮液所包围，浮力定律便对它有效，即使悬浮液层的厚度很小也同样如此。在钢筋混凝土管情况下，浮力均为管子自重的1.4倍。这样，只要通过正确地压人膨润土悬浮液，从而在土层中围绕顶进管形成一个支承环带，并保持悬浮液压力等于土压力，于是管子就会在膨润土悬浮液中漂浮起来。为此必需的前提在于悬浮液应是液体状态的，亦即呈现为表观流限相应较低的溶胶状态。在悬浮液的膨润土含量低到接近运动状态下的稳定极限时，这个条件便能得到满足。浮力可使管外璧摩阻力减小，因为管底部由于自重产生的法向力减少了。这一效果首先会对大直径管子的长距离推顶产生有利的影响

5 结语

顶管设计在市政工程中，特别是深覆土大管径的管道工程和交通繁忙的城市主干道改造工程设计中显得尤为重要。在特定工程条件下，相对与开槽埋管更具优越性。时代要前进，城市要发展。市政设施配套完善，地下各种管道建设将会大量增加，顶管设计和施工也会增多。管径加大，长度加长，有直有曲，种类繁多，这将是今后大城市顶管施工的发展趋势。因此，我们要重视这个良机，进一步地完善和提高我们的顶管设计和施工技术，使之综合施工技术达到国际水平。

参考文献：

[1]廖霞柳.洛河电厂取水工程顶管施工质量控制分析[J].安徽水利水电职业技术学院学报，2010，(01):13-14，17.

邓雅婷.地下建筑与工程专业揭密及院校介绍[J].高校招生，2002，(07) :58；学校学报，2010，(01):23-24，37.

篇10

0 引言

地下给排水管网是城市基础设施的重要组成部分，为城市处理污水的系统、自来水、等等都属于地下给排水管网之内，要对上述市政设施进行改建、新建、扩建，需要工程技术人员进行安全的管道安装。传统的挖槽埋管地下管线施工技术由于对地面交通影响较大，使本来就拥挤繁忙的城市交通如同雪上加霜，同时给市民工作、生活带来许多不便，特别在人口稠密的城市和交通拥挤的地区以及不允许开挖的地段，这个矛盾就更加突出，这已经成了一个迫切解决的问题。非开挖技术将完全能解决这些难题，提供安全及经济的施工方法。非开挖技术是指利用少开挖和不开挖技术来进行地下管线的铺设或更换的工艺。顶管技术就是在这种情况下发展起来的一种非开挖技术，其在国外已广泛使用，在国内也已逐渐普及。随着顶管技术在市政工程的广泛运用，本论文主要讨论在顶管作业施工过程中出现了一些具体的技术问题，值得施工技术人员重视，并以此和同行共享。

1 顶管施工的特点

顶管法又称为非开挖管道敷设技术，它具有不需要开挖面层，就能穿越地面构筑物和地下管线及公路、铁路、河道的特点，相比开挖敷设技术，投资和工期将大大节省。同时，顶管施工技术可以降低噪音，减少粉尘，减轻对城区的交通条件和环境状况的干扰和破坏，属于真正的无污染、高效率的施工技术。顶管施工法由于其上述多方面的优点，在市政工程中尤其是在市政给排水管线工程中得到了广泛地应用。概括起来，顶管施工技术具有几大方面的优点：施工面由线缩成点，占地面积小；地面活动不受施工影响，对交通干扰小；噪音和震动低，城市中施工对居民生活环境干扰小，不影响现有管线及构筑物的使用；可以在很深的地下或水下敷设管道，可以安全穿越铁路、公路、河流、建筑物，减少沿线的拆迁工作量，降低工程造价，其主要缺点是施工技术难度较高，需要详细的工程地质和水文地质勘探资料。

2 顶管技术施工应用分析

2.1 顶进管的选择 顶进管一般选用钢筋砼管，如没有腐蚀要求可选用钢管。钢筋砼管的规格设计、配筋和应力验算应遵守有关钢筋砼的标准和技术规程，特别是有关钢筋砼管的标准和技术规程。

2.1.1 顶进管直径的选择 顶进管的直径选择是首先根据工程性质、工程需要确定内径，根据顶进管所受荷载确定砼管的配筋及壁厚，进而确定外径。因为顶管工程工作面上需要配备挖土工人，所以一般管内径不小于500mm。

2.1.2 顶进管长度的选择 顶进管的长度对顶管过程的可控性和经济性有很大的影响。在直线推顶的情况下使用长管可以减少装管的次数，取得良好的效果，但随着管长度的增长，如果偏离原定的路线，使之恢复正确路线要比使用短管更加困难。建造顶压坑时顶压坑的长度也要增大，挖坑、支护、回填、修复的费用将相应地增加。反之，在直线上推顶很短的管也较困难，因为短管比较容易向周围土层中挤入，致使整个管列呈蛇形弯曲，这便降低了管路顶进的可控性。

一般情况下，管长度须相对于管径来衡量，当L/D外≤1.10时，为短管；当L/D外=1.15时，为标准管；当L/D外≥2.10时为长管。

2.2 顶管施工的前期准备

2.2.1 现场平面布置 平面总体布置包括起重设备、自动控制室、料具间、管片堆场、拌浆棚及拌浆材料堆场、注水系统、弃土坑的布置等。始发工作井内安装发射架、顶管机、前顶铁、主推千斤顶、反力架等顶进设备，工作井边侧设置下井扶梯供施工人员上下。

2.2.2 顶管机进、出洞处以及后靠土体加固 为确保顶管机出洞的绝对安全，需对后靠土体及进、出洞区域土体进行高压旋喷桩加固。为防止顶管机进、出预留洞导致泥水流失，并确保在顶进过程中压注的触变泥浆不流失，必须在工作井安装洞口止水装置。

2.3 顶管施工的工艺 顶管施工又称为顶进法施工，是指利用顶进设备将预制的箱形或圆形构造物逐渐顶入路基，以构成立体交叉通道或涵洞的施工方法。顶管施工需先在确定的管段之间设置工作井和接收井，然后在工作井内安装推力设备将导轨上的顶管机头推入土体，由机头导向，将预制的钢筋混凝土管向前顶进，前端土体通过工作井运出，最后完成管道铺设。

2.3.1 顶管井的设计 顶管井分工作井与接收井两种，顶管井的建造结构有很多种类，一般使用钢筋混凝土结构。工作井的结构形式通常有单孔井和单排孔井。前者形状有圆形、正方形、矩形等，后者则大多为矩形，它们的结构受力性能由高至低依次为圆形一正方形一矩形。结构布置时，可在井内设置内支撑，改善结构受力。在建造过程中，工作井按双向顶进设计，与接收井间隔布置，间距与设计检查井间距一致，施工完毕，在工作井和接收井的位置上按设计要求做检查井。

2.3.2 顶管施工工序 ①穿墙：打开穿墙闷板将工具管顶出井外，并安装穿墙止水装置，主要技术施工措施如下：a穿墙管内填夯压密实的纸筋粘土或低强度水泥粘土拌和土，以起到临时性阻水挡土作用；b为确保穿墙孔外侧一定范围内土体基本稳定并有足够强度，工作井工具管穿墙前，对穿墙管外侧采取注浆固结措施；c穿墙前对可能出现的问题进行分析并制定相应处理措施；d闷板开启后迅速推进工具管，同时做好穿墙止水，本工程采用止水法兰加压板，中间安入20mm厚的天然优质橡胶止水板环，要求具有较高的拉伸率和耐磨性，借助管道顶进带动安装好的橡胶板形成逆向止水装置，应防止因穿墙管外侧的土体暴露时间过长而产生扰动流变。②顶管出洞：顶管出洞是顶管作业中一个很值得注意的问题，顶管出洞，即顶管机和第一节管子从工作井中破出洞口封门进入土中。开始正常顶管前的过程，是顶管技术中的关键工序，也是容易发生事故的工序。为防止管线出现偏斜，应采取工具管调零，在工具管下的井壁上加设支撑，若发现下跌立即用主顶油缸进行纠偏，工具管出洞前预先设定一个初始角弥补下跌等措施。③注浆减阻：在顶管施工中还有一个重要的技术措施就是通过压注触变泥浆填充管道周围的空隙，形成一道泥浆保护套，起到支撑地层，减少地面沉降，减少顶进阻力的作用。在施工中，首先对顶管机头尾部压浆，并要与顶进工作同步，然后在中续间和混凝土管道的适当位置进行跟踪补浆，以补充在顶进中的泥浆损失。注浆工序一般多应用于长距离顶管施工中。④顶管纠偏：纠偏是指机头偏离设计轴线后，利用设置在后部的纠偏千斤顶组，改变机头端面的方向，减少偏差，使管道沿设计轴线顶进。顶进纠偏是采用调整4台纠偏千斤顶组的方法，进行纠偏操作，若管道偏左则千斤顶采用左伸右缩，反之亦然。如果同时有高程和方向偏差，则应先纠正偏差大的一边。纠偏应做到在顶进中采用小角度分级逐步进行，勤调微纠。当顶管机头发生旋转时，可采取在管内的相反方向增加压重块或在中间站提供旋转纠正力矩等方法纠正。

3 结语

顶管工艺的施工从技术上讲是完全可行的，相对于开槽埋管从社会效益与经济效益上来讲更具有优越性。从根本上改变了城市管网乱挖现象；另外一方面从切实做到保护环境入手，加大推广顶管施工技术力度势在必行，可以预见未来的管线铺设技术将以顶管工艺为支撑。

参考文献：

篇11

中图分类号：TU99 文献标识码：A 文章编号：

前言

随着城市现代化进程逐步深入，人们对城市功能和市容市貌提出了更高需求。不仅要求及具有健全的城市功能，还要求各项市政工程施工不得破坏周围环境，尤其地下管网工程。现代城市规划与建设中不可避免地将在地下铺设各种功能、直径不同的管道，为了不破坏施工现场周围环境，减少对车辆、行人出行不良影响，顶管施工技术在市政地下管网工程中得到广泛应用。与传统的挖沟埋管法相比，顶管施工技术是一种非开挖施工技术，具有了自身独特的优势。

二．顶管施工技术及其的优越性

1、顶管施工技术

顶管施工技术是一种用于市政施工的非开挖掘进式管道铺设施工技术，具有噪音小、施工场地小、对周围环境影响小及不影响交通顺利通行等优势。由于城市地下管道种类多、管道错综复杂，采用传统的开挖埋管法必然对施工现场周围环境造成一定破坏和影响，因而提出了顶管技术—非开挖施工技术。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、地面建筑不用搬迁、不影响交通等特点，是一种高科技且实用的技术。

2、顶管施工技术优越性

与传统的开挖埋管法相比，顶管施工技术在施工工序、工程进度及管道地基施工等方面具有明显优势。具体内容如下：

（一）施工工序：以市政给排水工程为例，由于该工程中排水管道直径较大、管道埋深大，土层开挖后需要进行支护处理。如果遇到地下水位较高情况，还需要进行降排水处理，无形中增加了施工工序。尽管顶管施工技术不能全然取消这些施工环节，但一定情况下可以不采用某些施工工序，比如支护。

（二）工程进度：与传统的开挖埋管法相比，顶管施工技术工序相对较少、开方工程量小、回填作业量小，使得工期长度相对短一些，有助于在规定日期内保质保量地完成施工，并降低对地面交通、环境过分影响。

（三）管道地基施工：顶管施工技术由于采用的是管道和土同体置换的方式，与传统开挖埋管法相比，能够有效减少管道地基沉降现象，并减少对土层过分扰动。

三．顶管施工的技术要点

1、现场勘查与调查，做好施工准备

为了确定合理的施工组织设计，设计单位工作人员需要进入施工现场勘察与调查实际情况，做好施工准备工作。具体勘察与调查工作包括以下内容：勘察清楚施工现场或邻近施工现场地下管网情况，对给水、煤气、通讯、电力等管道进行现场定位，并严格分析那些管道需要停止工作或搬走，之后将其清楚标注出来；考察施工现场路面车流、人流等交通情况，必要时在路口设计交通导向牌、安排专人指挥，并根据道路交通情况合理安排施工路线；清楚掌握施工现场及附近排水管道情况，规划与设计最佳排污路线，必要时还可搭建临时排污管道，避免施工污水流入其他位置；如果施工现场有桥梁或其他建筑物，设计人员一定要摸清楚桥墩、桥台基础、建筑物基础桩等情况，避免管道施工为其带来破坏性影响。

2、施工技术准备工作

经过系统而周详勘测与调查后，设计人员应分析相关资料信息得出施工现场的一些施工技术条件，并根据勘察情况与技术分析确定合理的施工组织设计。具体内容如下：

掌握施工现场地质情况，比如，含水量、透水性质等。如果土层中含有砂层或岩层，设计人员则需要进一步摸清砂层及岩层具体情况，然后选择符合地质条件的顶管施工技术；

分析与总结地下水位变化规律，并将其来源、水面高度及潮汐情况清楚描述出来；

掌握各种顶管施工技术的相关要点。比如，水平螺旋钻进法、微型隧道施工法、水平定向钻进施工法等施工方式都具有自身独特的施工工艺和程序，设计人员必须根据实际情况选择最合适的顶管施工技术。

3、设计施工线路与井位施工

经过详细勘察与技术分析之后，设计人员便可以此为依据设计施工方式、线路及井位。然后，施工单位人员按照设计图上管道平面位置，利用测量仪器清楚标注出管道的具置，即水平高度及作业方向。同时，还要计算管道穿越长度，合理确定工作井位置和数量，并尽可能减少工作井数量，原因在于工作井造价比较昂贵。在设计施工线路过程中，设计人员应尽量使其避开树木根茎、建筑基础、

桥台桩基等实物，严格设计施工线路，避免与其他实物产生冲突。另外，如果顶

进深度范围内土层较为复杂，施工人员会同设计人员商议是否降低或抬高标高，

避免为施工带来不必要的困难。

4、钻进导向孔轨迹施工

导向孔轨迹设计与施工是否合理，直接影响着管道施工的精度，对管道施工成功与否有着至关重要的影响。完成测量放线工作后，施工人员便可以在管道平面位置按照深度要求操作定向钻机作业。钻孔作业前，施工人员必须严格检查导向仪，并在施工过程中严格控制钻头深度与方向，避免产生较大误差。一旦施工过程中出现钻压突变、扭矩、泥浆漏失等情况，施工人员必须及时采取处理措施，确保导向孔的精度。并且，设计导向孔轨迹时设计人员必须综合考虑现场地质情况、地下管网布置及其他障碍物布置状况，在此基础上才能确保轨迹设计的合理性与科学性。

5、扩孔施工要点

导向孔施工完成后，施工人员便可利用钻扩口对导向孔进行回扩工序。进行回扩工序时，应始终保持适当的泥浆量，并根据实际需要合理控制钻进速度，以便排渣。回扩工序一般分为几次完成，并在最后一次中采用挤扩式钻头，以便使孔壁定型和稳定。

6、顶进施工要点

导向孔施工完成、孔壁具有一定强度后，则进入顶进施工工序。顶进施工过程中应严格注意以下内容：顶进时，顶铁上不准站人；顶进就位后，应立即回复施工线路；顶进施工完成后，施工人员必须对管道线路进行全面修整与巩固，并进行相关实验。待一切无任何问题时，管道线路便可以正式运行。

四．顶管施工应注意的几个问题

1、工程地质和水文地质条件

施工前必须了解土层的变化情况，对于要经过回填土的地带，需要提前加固处理，避免施工过后地表有过大幅度的下沉。

2、有毒有害气体的检测和预防

顶管施工通过的地层一般都会有淤泥层，腐烂的动植物会在地下生成有毒有害的气体，顶管施工过程中，需要定时监测管内有毒有害气体的含量，及时通风换气，确保安全。

3、地下管线的提前探察

顶管施工时提前查明其它地下管线的埋设深度，走向位置等，不仅有利于顶管施工工程的顺利进行，而且对于保证其它地下管线的安全。

4、穿越建筑物时对基拙的探察

顶管在建筑物基础下施工时，需要明确施工路线上所遇到的建筑物基础类型，对部分不稳定的基础，顶管顶进前可以采取托换、加固措施。

5、顶进计算

根据准确计算顶进推力等计算结果，选用相应的油缸类型和确定中间的分布;通过工作设计，根据计算得到最大顶力，提出工作井的加固方案。

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Abstract:Slot pipe method and pipe jacking method can be adopted in the underground pipeline engineering construction.These two methods are chosen because the embedded depth of groundwater development situation and the buried depth and project cost in the urban area pipeline engineering construction,after studying a large number of engineering examples, the two construction methods are compared and summed, and the construction of pipe jacking construction method and matters needing attention are expounded emphatically,some new ideas and suggestions on its construction and several aspects should pay attention on the future development are proposed.

Key words:slot pipe method;pipe jacking method;prospect

中图分类号：P756.2文献标识码： A 文章编号：

1.开槽敷管法

开槽敷管法常被人们称为传统的或通用的管道施工方法，也是地下管道埋设的最基本的方法，其施工方法是先将地表挖开，形成基坑，然后埋设管道，完成后再填土。在实际工程中，要埋设的地下管道沿线往往有道路或建(构)筑物，采用开槽埋管就会对已有建成设施产生破坏，并且还会有额外的拆迁费或重建费用，尤其当管道埋深较大，现场遇不良地质条件，且深挖的坑槽临近重要建成建(构)筑物设施时，一般性的槽壁支挡措施就难以确保施工的安全，严重的甚至危害建成设施。并且在施工过程中，不仅要在工作坑有支撑，还需做沿线支撑，浪费大量木材，产生较大的经济损失。进行沟槽开挖和回填时，要开挖大量的土(石)方，并需要临时存放的场地，具有占地面积大的缺点。穿越铁路、公路、河流、建筑物等障碍物时沿线拆迁工作量较大，浪费资金和时间，增加了工程造价。从环境影响上分析，这种传统的“开膛破肚”技术施工噪音大，对周围环境影响较大。

这种施工方法污染环境，断绝交通，提高了工程造价，给工农业生产和人民生活带来极大不便。

2.顶管法

2.2顶管施工法

顶管施工法是最早用在排水工程施工中的一种非开挖施工方法，起源于美国。它是继盾构法之后发展起来的一种地下管道施工方法。最初，顶管施工法主要用于跨越孔施工时顶进钢套管，随着技术的改进，顶管法也可用于无套管情况下顶进永久性的公用管道，其主要是重力管道。

2.2.2施工的顶进速度

顶进速度的快慢对土体扰动的影响不同。一般顶进速度较快时，配合的出土速度和出土量得到提升，但土体受到的扰动也较大，所需要的后期稳定时间就较长；相反，顶进速度较慢时，出土速度以及出土量下降，对开挖面前方的土体的切削影响较小，土体扰动相应减小。

在顶进速度较快时，若监测到土体有较大的沉降扰动，可以对其扰动较大区域进行注浆

加固，直至土体稳定为止。顶进速度较慢时，就会有相比充分的时间进行相应的施工措施，施工补救和加固也会产生有利的作用，相应的施工工期就会延长。

所以，在施工时应根据具体的土体性质制定合理的施工规划，选择合适的施工速度。

2.2.3对减阻泥浆的设想

随着顶管法在不同施工环境下的不断改进和发展，减阻泥浆在顶管施工技术中的作用

也得到了设计专家的重视。顾名思义，选用减阻泥浆主要就是为了减少顶进阻力，其具体应用及原理是顶进时通过管节上压浆孔，向管道外壁注入一定量的减阻泥浆，在管道形成一个泥浆套，顶管顶进时在泥浆中形成一组剪切面，从而减少顶进时的顶力。但是在施工中经常会发现顶力依旧很大，有时还会发生工作井因承受不了顶力而导致井壁损坏，施工速度减慢，施工成本增加。

通常研究人员会采取增加膨润土的注浆量和次数等措施来解决这类问题，但最终也达不到较为理想的效果。除了增加膨润土的注浆量和次数，还可以考虑在泥浆里添加部分特殊材料或者直接更改泥浆使用一种新型材料发挥减阻作用。这种新型材料可以由滑材、高分子聚凝剂、氧化镁和水按一定比例配方组成，不同的土质，应采用不同的配方，这种有针对性的选用，才能满足不同的需要。国内已有少部分工程对泥浆的材料进行了改良，泥浆的减阻效果十分明显，为顶进施工的顺利进行创造了有利的条件。

2.2.4地质雷达在施工检测中的应用

顶管施工过程中会导致围岩振动，产生引起地面塌陷的隐患。利用地质雷达研究引起地

面塌陷隐患的位置及规模，可以有效的制定治理方案。

探地雷达是一种高频广谱的电磁探测技术，通过向地下发射电磁波，接受地下电性界面的反射、散射回波，分析回波的波形、波幅、旅行时，推断地下介质的结构。通过地质雷达记录的数据进行处理和对异常图像的识别来进行顶管检测，发现顶管施工过程中所产生的隐患，包括围土中强扰动、空洞、坍塌疏松等，进而采取相应的措施解决。

随着微电子技术、数据处理技术的不断发展，地质雷达资料的解释会更加精确，检测效果会更加明显，建议在顶管检测技术中推广。

2.2.5顶管法展望

经过最近几年非开挖技术的发展和应用来看，顶管法技术非常适合于城市排水管道的铺设、更换及修理。但在工程施工方面以及材料和设备的研究、施工部门等方面，我们还有很多的工作要做：

1）目前，我国的顶管法施工主要针对的是地下管线的铺设，随着社会科技与经济的发

展，地下管线的更换和修复工程也将会逐渐增多，这就要求研究人员加强对管线更换和修复方面的研究；

2）在人员组合上存在着失衡现象，缺乏懂得现代管理和经营的人员。增强施工人员的对顶管法的掌握度；

3）要增大对顶管法开挖设备的开发投入。由于大多数的顶管开挖设备大多采用德国、日本等发达国家的进口设备，所以要致力于使设备国产化；

4）使设计尺寸和施工设备模数化，设备能够被充分利用，促进顶管开挖的产业化；

5）应尽量成立明确的行业目录和行业主管部门；

6）在施工过程中，应充分重视采用信息化施工。严格执行对工程的监测，以便于指导施工，实施控制，防止施工事故的发生，并且能为今后的工程实践提供有价值的经验和第一

手资料。

3.结语

本文对开槽敷管法和顶管法进行了比较总结，并且针对顶管法的施工，阐述了顶管法施工速度与周围土体之间的相互影响，提出了：a.对减阻泥浆材料改进的设想，即可以在距离较长管道施工时能够减小顶进时的顶力；b.在施工过程中应推广地质雷达对所产生隐患的检测，并对顶管法未来的发展提出几个需要注意的问题。顶管法作为高新技术产业，既降低成本，又便利交通，将在未来的城市建设中担任重要的角色。

参考文献：

[1]陈家骏，非开挖技术在排水工程中的应用研究，申请同济大学工程硕士学位论文，2008-3