顶管施工技术论文范文

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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

特点的基础上，重点对顶管施工在给排水管道建设中的施工应用进行了分析探

讨。

关键词：顶管技术给排水管道施工工艺

中图分类号：S276文献标识码：A

引言

地下给排水管网是城市基础设施的重要组成部分，污水管道、雨水管道、自

来水管道、中水管道的系统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。由于施工现状

地形及管线的原因，传统的挖槽下管施工技术难以进行现场施工，顶管施工技术

将完全能解决这些难题，提供安全及经济的施工方法。随着顶管技术在市政工程

的广泛运用，本文主要探讨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。转贴于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

篇3

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，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：顶进管的长度对项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：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。

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：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）为确保穿墙子L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。

2.3.3顶进过程遇地下障碍物的处理措施：① 孤石：如所选用的土压平衡机头直径较小，前端没有检查孔，在顶进过程中，碰到软土中的孤石，当多次调整机头自身操作也无法再继续顶进时，应停止顶进，用开挖的方法来排除孤石，待排除孤石后，继续顶进。② 混凝土、砖墙：一般来说，对于小体积的C30以下的混凝土、砖墙均可以切削。具体操作时降低顶进速度，减少每次切削，通过仪表随时注意观察刀盘电机的电流大小，另外切削扭矩也会使机头产生扭转，应不断改变刀盘旋转方向，使机头不至扭转过大。③ 如遇机型利用自身操作也无法穿越障碍物时，应停止顶进用钢套筒或开挖的方法来排除，待障碍物排除后，再重新顶进。如果顶管作业穿越道路底下而遇到上述情况且无法采取开挖的方式排除障碍物时，则采取反向（由接收井向工作井方向）人工顶管的方法来解决，但需做好足够的安全措施。

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。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。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，膨澜土在管项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：

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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.

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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。

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。

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，主要技术施工措施如下：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。

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。

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。

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顶管法又称为非开挖管道铺设技术，它具有不需要开挖面层，就能穿越地面构筑物的特点，相比开挖铺设技术，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。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。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成椭圆形或圆形构造物逐渐顶入路基，以构成立体交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.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。 2.4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，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，以致在刀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。膨润土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。 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》

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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.

［2］ 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.

［3］ 张振宇.盾构法施工技术在我国的应用与发展［J］.武汉工程职业技术学院学报,2005,(04):26-28,36.

［4］ 马福海.发展中的中国非开挖事业［J］.非开挖技术，2006,(03):85.

［5］ 方客军.北京地铁蒲黄榆车站超前长管棚试验研究［J］.铁道建筑技术，2005,(05)63.

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而且做工细致。

制作本身就是利用实物演示形象地说明专业理论，如果发动得当，学生会有许多创新产品出现。因此，指导学生制做制作大大提高了学生学习本专业知识的兴趣，加深他们对专业理论的理解，进而提高了动手操作能力、创新能力，也培养了他们团结协作的精神。

6.结语

在新课标教育改革下，教师应当要善于避开思维定势的方向，善于从侧向和逆向设奇想、出奇问，跳出传统教学模式的束缚，对教学环节进行不断的创新。而作为机械专业的教师来说，要从改善课程的教学质量，提高学生的创新能力，就必须要对机械教学进行创新。

参考文献：

［1］ 薛小雯.创新教育在机械基础课程中的实践［J］.无锡教育学院学报，20O4(l) .

［2］ 干成.机械基础教学中的形象思维培养［J］.职业教育研究，2004 .

［3］ 王五一在《机械基础》教学中应注重学生创新素质的培养［J］.教学研究与实践，2004(1).

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故障安全评价。对于故障分析时需要考虑哪些故障，就是GB7588―2003中14.1.1.1和附录H叶|所列出的故障。把这些故障分别输入评价流程图中，只有能到达“可接受”的设计才是符合安全标准的。对含有电子元件的

安全电路还需进行规定的型式试验合格。目前对安全电路进行故障安全评价这一环节未能得到有效地控制。使用计算机软件(程序)作为安全电路的组成部分，是电梯控制技术发展的趋势；而GB7588标准中提到的安全电路的三个组成部分却并不包含软件(程序)。

4 结语

电梯制造企业在设计电气控制系统时，应充分考虑其对各种意外情况下的安全保护，应达到不低于标准GB7588-2003的相关要求，电梯检验人员在检验过程中，亦应加强对电气控制系统的试验，严格把关。通过对电梯电气控制系统故障的诊断和分析，找到了电梯电气控制系统一般故障有效的检查方法和切实可行的维修方案。

参考文献：

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一、 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以及公路、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管线工程中得到了广泛地应用。

二、 顶管施工技术要点

(一) 现场勘查

首先，在进行顶管施工前，要进行施工现场勘查，观察施工地点的人、车流情况，确定交通路线，并且在交通路口设立导向牌等标志，同时安排人员指挥交通；其次，在施工之前要考察临近的排水系统建设，设计好排水线路以及管道建设，避免污水横流；再次，对施工现场的电力、通讯、煤气等管道进行现场定位勘查，找出需要临时关停或搬迁的设备设施，避免发生不良影响；此外，认真调查附近桥梁等构筑物的桥台基础、桩基深度及间距、建筑物基坑的结构形式，以便于确认是否要对其进行喷锚结构施工，为顶管技术的顺利实施打好铺垫。

(二) 技术准备

在顶管施工前，根据当地的顶管顶进的地质资料，了解土层的物理性质、力学参数、分布状况，了解建筑施工场地的地下水来源、水面标高数据以及受潮汐影响等自然条件。在有砂层的情况下，要了解含砂量以及砂的细度、级配关系等。在岩层的地质情况下，要勘测是否有裂隙发育的情况；风化岩的地质，则要了解强风化、中风化或是弱风化等级，并且了解抗压强度和抗剪强度以及结构状况等。作为施工单位，一定要认真考察施工地质状况，结合业主所给的资料，运用各种施工技术手段进行勘察，以备顶管施工实施的需要。

(三) 顶管线路确定以及井位设计

现行设计院设计管道大部分都是按照明挖方式设计，在经过施工现场调查后，要尽量优化线路设计，避开不利顶管的土层，让顶管线路避开结构物及树木等障碍物。可以选择在每个工作井或者接收井内设计成检查井位。线路与附近结构物的距离设计必须考虑到以后作检查井的方便和空间，尽量避免冲突。此外，按照现行规范检查井间距，根据具体施工情况可以和设计单位研究来适当加长，当顶进深度范围内土层较为复杂时，可以考虑与设计部门协商进行抬高或者降低标高。

三、 顶管技术施工应用分析

（一） 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。

（二） 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。

（三） 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。

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：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。

(四) 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土中的特性。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。

（五） 顶进管在膨润土悬浮液中受到的浮力

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某给排水施工项目位于开发区内，顶管工程全长215.5m，工作井处左侧为某建筑工地，右侧为居民楼，接收井处左侧为医院，右侧为空地，地下有污水、雨水、电话、上水四道管线。

1.施工准备

1.1顶管机头选择

根据土质和施工环境条件，同时考虑到顶管距离、顶管施工排土、施工时地面沉降控制难易程度等，顶管机头选型为：Ф1000管和Ф1350管,采用泥水平衡顶管机，Ф1650管采用土压平衡顶管机。

1.2顶管总推力计算

掘进机头迎面阻力F0

经计算机头切削面泥水压上限值和下限值分别为:

机头土舱实际控制值应介于理论计算值的上下限之间。如设定值为：

Ф1000管机头：110KPa 上限值130KPa

Ф1350管机头：115KPa 上限值135KPa

Ф1650管机头：125KPa 上限值145KPa

此时机头迎面阻力按式F0=1/4πD2Pmax计算，则有：

F0（Ф1000管机头，外经1.24m）＝157KN

F0（Ф1350管机头，外经1.65m）＝289KN

F0（Ф1650管机头，外经2.07m）＝488KN

管道的综合阻力F1

F1＝μπDL

考虑施工时实测管壁外周摩阻力值，在管壁外侧同步注入触变泥浆情况下，平均值均为4KN／m2，故μ取此值。

1.3洞口地基加固

在洞口围护桩外圈增加一排水泥土搅拌桩，与围护结构同时施工，该排桩宽度比洞口宽度大3m，深度比洞口下沿深4m，施工方法与洞口水泥土搅拌桩类同。

2.施工技术

2.1顶进施工

2.1.1 注浆减摩

在顶管顶进过程中为使管壁外周形成的泥浆环始终起到支承土体和减阻作用，在中继环和管道的适当点位还必须进行跟踪补浆，以补充在顶进过程中的触变泥浆损失量。一般压浆量为管道外周环形空隙的1.5～2.0倍。要达到以上的效果，压浆不仅要及时和适量，还必须在适当的压力下由适当的点位和正确的方法向管外压注。压浆压力应根据管道深度H和土的天然重度γ而定，一般为2～3γH。

2.1.2注浆孔布置

注浆砼管的安排：在掘进机头后连续放4节有注浆孔的砼管子，然后隔2节管子放1节有注浆孔的管子，这样放设4节带注浆孔的管子后，每隔6节管子安放一节有注浆孔的管子，在中继环前后各连续放3节管子。

每节带注浆孔的管子设1个补浆断面共4个注浆孔，均匀布置。带孔管1个补浆断面上的4孔为对称布置，但安装时不能将注浆孔按水平轴、竖垂轴这样的状态布置，左扭转22.5°～40°，前后相邻带孔管上的注浆孔扭转至孔位相差45°左右。

2.1.3泥浆施工

由于顶管机头外周空隙是压浆的主要部位，施工中采取同步注浆方式，即在机头被顶进过程中所有补浆管路关闭，只开通注浆管路，注浆量要根据机头型式具体情况具体确定，主要以压力控制，约为0.2～0.3MPa（太高的压力会产生触变泥浆向机头前端泥土仓（泥水仓）内串聚，使机头段周围泥土在泥浆液压的作用下形成一定的空隙容纳触变泥浆。

在后续管道的四周泥浆套，由于可能产生的局部漏失，泥浆微粒渗入土体空隙内，管壁的拖动作用等原因，使局部泥浆套厚度变薄，甚至消失，难以始终起到支承土体和减阻的作用，就需要进行跟踪补浆。补浆按顺序进行，定量压注每班不少于2次。

洞口注浆压力和注浆量根据洞口止水装置情况实际确定。

总之，施工中应坚持“先压后顶、随顶随压，及时补浆”的原则。

2.1.4泥浆置换

在顶管结束后，立即用纯水泥浆置换膨润土泥浆，水泥浆水灰比为0.4，置换量约为：

Ф1000管：0.12m3/m

Ф1650管：0.20m3/m

2.1.5排泥系统与弃土

泥水式盾构排泥管与机头输泥泵出泥口口径相同，管节接头采用卡箍式活络接头，在中继间处用高压橡胶波纹管过渡，以适应中继间的伸缩。泥水输送距离较远的顶管区段（＞150m）在工作井底增设一台管道泵串联在管道线路中接力输送泥水提升至地面沉淀箱内。论文参考网。

直径较大（Ф1650管）的顶管，由于采用泥土平衡式机头，顶管距离全长为71m，故本工程中间采用手推车将土从管道内运至工作井内，再由起重机将手推车吊运出井。

输泥泵输出的泥水被泵送到地面上的5只储泥箱（每只容积8m3）内，经沉淀后（除泥浆被调配改良后返回到泥水仓继续使用）的稠泥浆通过密封车外运、小车运出的土方，在工作井附近设土方临时堆场，晚上用土方车外运。

2.2管道接口施工

接口是顶管工程的关键部分，保证做好接口部分是顶管工程成败的关键，因此对组成接口的每一部分都必须严格遵照有关规程的要求逐一分别严格制作。

2.3顶管机头出洞与防旋措施

顶管机头出洞的步骤是：机头被主顶顶入洞口止水钢橡护套内，穿过内衬砼墙，旋转切刀切削洞前搅拌水泥土加固土体，主顶回缩，加装砼管，主顶顶进送机头出洞进入自然土层。

顶管机头穿过加固土体后，正面即受到约0.12MPa以上的水土压力，使顶进机头后退力约140KN，因此当千斤顶缩回安装管子之前必须作临时支撑。机头正面承受的140KN的退缩力需要顶入4节管子后产生的摩阻力才能被平衡掉，因此在出洞施工中必须按防退要求周密考虑安排施工。

4节管子顶入后不再安装临时支撑，但洞口附近管子由于管接缝受到地下水的压力仍有被推出的可能。因此必须在靠洞口的管缝间安装临时连接钢板，防止收回千斤顶后管子后退而使管缝脱开。

为了防止顶管机出洞时产生磕头现象，应在洞口下部制作一块素砼托板。

当顶管机头开始切削搅拌水泥土体时，推进速度应较慢。因为机头在一定的坡度上且土体面不平整等原因，开始切削的土体只是断面的一部分，而且顶管机只靠机壳与导轨之间的摩擦力来承受切削的反力矩，如推进速度过快，有可能刀盘不转而机身转，因此，设置防旋转措施很有必要。

防旋措施之一就是在机身和洞口上各焊一环，之间用5t手拉葫芦连接起来，用以承受顶管机切削的反力矩。

顶管机出洞的推进过程是一个泥水平衡建立的过程（对泥水压平衡机头而言）。泥水机头施工前，必须有一定粘度的、足够量的泥水供应，在泥浆槽里第一次准备的泥浆量应有5m3。

机头在出洞段施工中，开始时由于处于水泥土加固区域，在不影响泥水系统正常输送平衡条件下，切口水压较低。论文参考网。当机头穿越加固区后，随着顶进距离增长，必须提高切口水压达到正常控制状态。

2.4机头纠偏操作

顶进纠偏普遍采用调整纠偏千斤顶的编组操作，若管道偏左侧千斤顶采用左伸缩方法，反之亦然。如同时有高程和方向偏差，先应纠正偏差大的一面。顶进中发生顶管机头旋转时应采取措施防止偏转扩大，常用措施为改变切削刀盘的转动方向和在管内的相反方面增加压重块直至正常。

2.5顶管机头进洞段施工

2.5.1接收井准备

接收井施工完成后，必须对洞内的方位测量确认，根据实际标高安装机头接收基座，并配备拔提接收井洞口H型钢的机械设备。论文参考网。

2.5.2机头姿态的复测

顶管贯通前的测量是复合机头所处的方位，确认机头状态、评估机头进洞时的姿态和拟订机头进洞的施工轴线及施工方案等的重要依据，必须使顶管机在此阶段的施工中始终按预定的方案实施，以良好的姿态进洞，正确无误地座落到接收井的基座上。

2.5.3接收井洞口临时支护

为了顶管机头快速进洞，又不致于出现施工风险，拟将洞口H型钢在机头靠近接收井前便进行拔提，让出洞口位置，封内衬洞口的砖砌体不拆，在洞口处砼内侧连同砖砌体采用16厚钢板临时封挡，并用钢管水平支撑杆撑住，以抵抗机头进洞前洞口截面土体的水平推力。

2.5.4机头进洞

当机头接近洞内时，保持好顶进时的泥土压力在0.1MPa左右，在距洞口砖墙前0.5m左右时，停止前进，拆除内侧临时封挡。当封挡拆除后应迅速、连续顶进管节，尽可能缩短机头进洞时间，让机头破开封洞砖砌墙，在充水水囊的止水状态下完成安全进洞。

3.结束语

本工程采用顶管施工方法，大大加快了施工进度，对施工沿线房屋和公用管线起到了很好的保护作用，基本没有影响施工沿线居民的出行交通，也无噪音、粉尘污染，取得了良好的社会效益和经济效益。

【参考文献】

[1]褚若升.大口径供水钢管顶管出洞施工技术[J].安徽建筑,2009,(01).

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Abstract: in this paper, on the basis of domestic and foreign of slurry balanced pipe jacking construction technology and process, according to the particular geological conditions in Wuhan area near the Yangtze River characteristic, summarize the construction technology and key technology of slurry balance pipe jacking. Combined with the background of Wuhan Petrochemical Ethylene tube tunnel large slurry balance pipe jacking construction, summed up a set of more scientific and reasonable technique of pipe jacking construction method. By the actual construction situation and the analysis of monitoring results can be seen, slurry balance pipe jacking technology has a certain application value in Wuhan and the central and Western regions.

Keywords: pipe jacking construction; the water balance method; construction management; effect monitoring

中图分类号：Q946.885+.7文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2013）

一、工程概况

80万吨乙烯上游管廊工程作为中国石化武汉分公司80万吨/年乙烯工程项目的组成部分之一，主要承担武汉石化与乙烯工程之间物料互送任务。由武汉石化、武钢和乙烯工程所处的地理位置决定了上游管廊必须从武钢厂区通过。物料输送线包括7根为武汉石化和武汉乙烯之间物料输送线，1根乙烯分输站至武汉石化天然气输送线，8根预留管线，管径均为250mm，介质为氢气、氮气、芳烃抽余液等物质。这些管线需要从武汉石化铺设到80万吨乙烯项目部，如何铺设，如何处理将直接影响工程的成败。

通过石化设计人员和武钢管理部门双方的多次协商和实地考察，决定采用方案二，即大管径的顶管技术进行施工。如图所示（方案一为架空敷设，直接穿过武钢重要厂矿，被否定）。

乙烯项目路线图

二、顶管方案

本工程采用D3000泥水平衡法顶管施工工艺，顶进的混凝土管长约981.26m。由于线路曲折，需要采用钢筋混凝土顶管工作井4座，钢筋混凝土顶管接收井5座。

三、泥水平衡式顶管施工工艺与技术

1、泥水平衡顶管施工工艺技术

本顶管工程拟采用泥水平衡式顶管技术。泥水平衡顶管机如右图所示，该型顶管机利用机头刀盘旋转切削并破碎前方土体，同时利用外部提供的泥水将破碎的土进行拌合，在泥土仓内形成流塑状的泥水与土的混合体，同时该泥水混合体保持一定的压力以支撑并平衡周围土体以及地下水的压力，因此称为泥水平衡。泥水仓内泥水混合体的压力必须高于地下水压力15kPa左右。 泥水平衡式顶管机

2、施工平面布置

为了保障顶管施工顺利进行，节约工期和成本，需要在工作井周围布置一台匹配的吊车（50T），负责顶管施工中的各类物资的吊装和安置。顶管施工中的主要操控都在控制室内进行，因此控制室必须靠近工作井以便于对管道顶进进行实时监控。

工作井刚性后座由钢板和高强度混凝土组成，后座钢板与管道轴线垂直，后座中心与管道轴线一致。千斤顶、导轨、顶铁等顶进设备的布置如图所示。

施工期间在工作井内及管道内应合理布置排水泵，以保证管内和工作井内不大量积水，保障管道施工时设备和人员的安全。

工作井内布置如下图所示：

3、顶管施工关键参数计算

顶管机主要性能参数要根据本工程设计的管道直径大小以及地质勘察资料和地下水情况，并结合顶管机生产制造厂家的设计，共同计算完成。

顶力计算：顶管施工过程复杂，它涉及到多方面的力学计算问题。但顶管计算的根本问题是要估计顶管的顶力。顶管的顶力就是顶管过程管道受的阻力，包括端阻力和侧壁摩阻力。

最大推力计算，采用经验公式，按最大顶距200m计算：

（2-1）

F――总推力；

F1――端阻力；

F2――侧壁摩阻力；

（2-2）

D――管外径m；

P――控制土压力KN/m2；

（2-3）

Ko――静止土压力系数，一般取0.55

Ho――地面至掘进机中心的高度，取值15.9m

γ――土的重量，取1.9T/m3

（2-4）

f――管外表面综合磨擦阻力，取值0.50T/m2

D――管外径m

L――顶距m

工作井内采用8个200T的千斤顶，能满足顶进推力的需要。若在顶进过程中遇到复杂的地质情况，阻力有较大的增加，导致总推力超过1600T时，则需要增设中继间。

4、泥水平衡顶管施工过程控制

4．1．穿墙顶进

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中图分类号:TU328

文献标识码:A

文章编号:1009-2374(2009)19-0151-02

随着科学技术的发展和生产工艺的不断改进和提高,城市输水管网工程日趋向大系统、高参数的方向迅猛发展。由于输水管网工程规模大、造价高,而且影响面广,涉及城市规划建设和环境美化,这就要求输水管网在设计、施工和调节中选择最优方案、进行最佳施工。因此,对城市输水管网工程的设计、施工、维修和运行管理的要求也就越来越高。要想使管网达到优质、高效、低能耗运行的目的,除要有合理的设计方案外,管网系统安装质量的优劣将会对日后的使用产生极大的影响。

为了确保管网在使用过程中充分发挥其安全稳定、高效的作用,本论文将对输水管网施工过程中的技术问题进行探讨,以期和同行分享。

一、城市地下输水管网施工技术概述

(一)城市输水管网非开挖技术介绍

在地下输水管网工程施工中,通常有开挖施工与非开挖施工两种施工方法。在以往管道施工中,由于受施工条件、施工设备、技术影响,绝大多数采用开挖施工。新铺设的管道大多位于繁华地段,或是居民比较集中地区,开挖路面铺设管道势必对人们的出行造成障碍,严重影响交通,同时尘土飞扬污染环境,不利于环保,回填后易产生地面沉降,铺完沥青后与原路面不能无界痕结合,痕迹醒目,道路的外观和结合受到破坏,降低了使用寿命。在繁华路段车流量较大,开挖路面困难重重;在穿越铁路、河流等时,开挖施工危险加大,工艺复杂,这时非开挖技术的应用显得十分重要。非开挖工程技术是指在不开挖地表的条件下探测、检查、修复、更换和铺设各种地下公用设施(管道和电缆)的任何一种技术和方法。与开挖施工法相比,非开挖施工技术具有不影响交通、不破坏环境、施工周期短、综合施工成本低、社会效益显著等优点。

非开挖施工按其用途可分为管线铺设、管线更换和管线修复三大类。管线铺设包括的施工方法主要有顶管法、隧道施工法、导向钻进等;管线更换包括碎管法、胀管法、吃管法和抽管法;管线修复包括内衬法、软衬法、缠绕法、喷涂法和灌浆法等。

(二)几种常用的管网非开挖施工技术分析

1.手掘式工具管顶管。手掘式工具管顶管适用于粘土层或较稳定的砂性土层,管径一般在800mm以上,工人直接进入工作面挖掘,具有操作简便、设备少、造价低、高程和方向便于控制等优点。缺点是效率低、不安全、易发生涌水涌土现象,特别是碰到流砂土时易发生严重的塌方和路面沉陷。单段顶距一般控制在60～200m之间。

2.挤压式工具管顶管。挤压式工具管顶管适用于较软的可压缩粘土层、砂土层,特别适用于淤泥质土层,管径一般在600mm以上。工具管的胸板留有一喇叭形的锥筒,当土质压缩性较大时可把工具管胸板上的锥筒封住,不用出土。该工艺具有设备简单、安全、效率高(出土量小)等优点,缺点是容易造成地面隆起,不适用于地面变形要求严格的路段。单段顶距一般控制在60～150m之间。

3.挤密式钢管顶管。挤密式钢管顶管适用于较软的粘土、砂性土层,管径一般在500mm以下。第一段管子作为工具管使用,可做成锥形状或直接用钢板焊死。该技术具有设备简单、效率高、对工作井长度要求不高等优点,缺点是高程、方向不易控制,土质较硬时会造成地面隆起。单段顶距一般控制在80m以下,一般多用于过路预留支管的顶管施工。

4.牵引管。牵引管适用于较硬的粘土、砂粘土性土层,管径一般在600mm以下。首先利用机械进行钻孔,接着用扩孔器扩大孔道,待孔道形成后再利用钻杆在前方牵引管道、直至贯通。该工艺具有设备简单、造价低等优点,缺点是孔道容易塌陷、对管材强度要求很高、高程和方向不易控制等。单段牵引距离一般在60～200m之间,多用于对管道高程要求不严格的管道施工。

二、地下输水管网施工技术探讨

(一)城市输水管网施非开挖施工技术分析

输水管道的敷设施工,可利用非开挖技术安装的钢管作为套管,从中穿越敷设,因而这里介绍一下用得较多且技术比较先进的导向钻道新管敷设技术。

导向钻道敷设技术全套设备由导向钻机、液压系统、泥浆系统、钻进钻具及定向导航系统组成,主要用于非开挖穿越公路、铁路、河流、鱼塘和建筑物等,可适用于长距离敷设管道。

施工时,转向钻头以10°～15°的角度钻进地面,沿设计的轨迹钻出直径约为90mm导向孔,然后,卸下钻头,换装适当尺寸和特殊类型的回程扩孔器,使之在回拉钻杆的同时将孔扩大至所需的直径,并将需敷设的管线同时返程牵回钻孔入口处。在回程扩孔时,泥浆混和泵会向孔内提供足够的钻进泥浆液,泥浆液会在松动的孔壁表面迅速形成一层护壁泥浆层,以保证新管不会由于空间不足或钻层的摩擦而受到损坏。

泥浆系统由一台泥浆泵和一台泥浆搅拌器组成。搅拌器完成泥浆配制后,通过泥浆泵把泥浆液经水龙头、钻杆送入喷射头,直接冲蚀孔底。另外泥浆可起扩孔及的作用。钻孔的方向既可依据偏压导向原理进行控制,也可由高压射流的单向冲蚀作用予以改变。当钻头处于匀速回转状态时,由于钻头喷嘴中射出的高压泥浆流休对钻孔四周的泥土进行冲蚀破碎,此时,钻头在钻杆的推动下直线前行。当钻头不回转时,高压射流仅冲蚀破碎孔内一个方向的泥土,此时钻头在钻杆的推动下即沿一个方向延伸,从而使钻孔方向发生改变。

导向钻非开挖敷管技术最显著的特点是钻孔方向可控,敷管精度高,尤其是在城市管网极为复杂的地区,可精确控制要敷管线的位置,从而实现城市地下输水管网敷设的良好布局与施工。

(二)城市输水管网施工工艺分析

1.管道安装施工工艺。(1)安装应遵循先装大口径、总管、立管,后装小口径、支管的原则。安装过程中应按连接顺序连续安装,以免出现段与段之间连接困难和影响管路整体性能。(2)管道接头两端应设支撑点,以保证接口牢固。(3) 准备好符合要求的沟槽管段、配件和附件。钢管端面不得有毛刺。(4)检查橡胶密封圈是否损伤,将其套上一根钢管的端部。(5)将另一根钢管靠近已套上橡胶密封圈的钢管端部,两端间应按标准要求留有一定间隙。(6)将橡胶密封圈套上另一根钢管端部,使橡胶密封圈位于接口中间部位,并在其周边涂抹剂(洗洁精或肥皂水)。剂涂抹应均匀。(7)检查两端管道中轴线,应使其尽量保持一致。(8)在接口位置橡胶密封圈外侧将金属卡箍上、下接头凸边卡进沟槽内。(9)压紧上、下接头的耳部,并用木榔头槌紧接头凸缘处,将上、下接头靠紧。(10)在接头螺孔位置穿上螺栓,并均匀轮换拧紧螺母,以防止橡胶密封圈起皱。收紧力矩应适中,严禁用大扳手上紧小螺栓,以免收紧力过大,螺栓受损伤。检查确认卡箍接头凸边全圆周卡进沟槽内。

2.技术措施。(1)给水管道安装。管道安装部分应作好以下工作:管道支架在加工场地预制,支架上的孔眼要用台钻,经油漆后才准安装。按先装大管径干管、立管,后装小口径支管的原则。完毕或安装中断的敞口处,也要作封闭或临时封闭,以防止杂物进入管腔内。(2)给水系统冲洗调试。冲洗顺序应先室外,后室内;先地下,后地上。室内部分的冲洗应按配水干管、配水管、配水支管的顺序进行。冲洗前应对系统的仪表及设备采取保护措施,必要时将其隔离或拆除。对不能经受冲洗的设备和冲洗后可能存留脏物、杂物的管段要进行清理。冲洗工作结束后,应及时复位。管网冲洗的水流速度,可按设计流量进行,设计无规定时可用流速不小于1.0m/s的自来水连续冲洗,直至出水口处浊度、色度与入水口处相同为止。管网冲洗的水流方向原则应与系统工作水流方向一致。如果系统管网因现场环境及水源关系无法按系统工作水流方向冲洗时,应做好保护措施,用反冲洗的方法进行。冲洗时应保证排水管路畅通。排水管的截面面积不得少于被冲洗管道截面面积的60%。给水管道在使用前要进行消毒处理,采用含量不低于20mg/L氯离子浓度的清洁水灌满管道进行消毒,并在管道中留置24小时以上。消毒完后,再用饮用水冲洗,直至水质管理部门取样化验合格后方可交工使用。

3.排水管道安装。排水管道系统包括污水和废水系统,污水包括厕所冲洗水和生活污水,废水主要是车站冲洗水,消防废水,车站结构渗漏水及雨水等。排水管道站内无压管材采用UPVC管,站内承压管采用热镀锌钢管。排水管道安装应作好如下工作:管道支架在加工场地预制,支架上的孔眼要用台钻,经油漆后才准安装。室内排水管的卫生器具、地漏及有隔绝臭气要求的器具,其排水管上均应设置存水弯,以隔绝臭气。污水管的拐弯处、分叉处及立管底端均应使用45°零件。污水管上按设计和规范要求安装伸缩节,设置检查口和清扫口。

三、结语

城市输水管网工程的施工建设,直接影响到城市的发展规划,因此,城市输水管网建设不仅需要合理的规划和设计,更需要先进的施工技术,以确保输水管网的正常服务周期,不至于重复规划、设计和施工。作为管网施工技术人员,只有不断学习探索先进的管网施工技术,并在实际施工中加以实践和探索,才能够逐步发展并形成适合城市发展的管网施工技术,同时要加强管网施工人才队伍的培养和建设,以真正适应城市的快速发展。

参考文献

[1]秦海平.市区给水管网建设的几点建议[J].黑龙江环境通报,2001,25(3).

[2]李建林,杨志颖,吴成祥.浅议供水管线并网施工技术[J].黑龙江水专学报,2000,27(3).

[3]孙战帅.总体安装综合管网设计的实际意义[J].山西建筑,2002,28(7).

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中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：

随着城市基础建设日益完善，市政地下工程越来越普遍地采用非开挖技术，其中顶管施工技术正成为地下管道工程最主要的施工技术之一。在污水治理工程中，随着工程在更大范围内的展开，在实施过程中遇到了许多复杂的地质情况和交通情况，工程所处的位置和施工环境不可能进行较多的地面开挖作为顶管工作井，因此常常会采取减少顶管作业井数量，增长顶管一次顶进长度，特别是将直线顶管变更为长距离曲线顶管的方案。

一、曲线顶管施工

1、 曲线顶管设备的选型与设计

选择好顶管掘进机对顶管施工是至关重要的。顶管掘进机的选型与土质情况有关，而与曲线情况无关。该工程顶管穿越土层多为灰色淤泥质粘土层，土体软弱，含水率高，所以，工程选用了目前国内较先进且适合于本地区土质，较易于控制沉降量的全封闭大刀盘顶管掘进机 Φ2400 泥水机械平衡式顶管机。同时针对工程实际情况对曲线顶管的机头纠偏系统另行设计，满足机头处有 3~4 套纠偏系统，用机头处的整体弯曲弧度来导向，引导后续管道顺利曲行。纠偏系统的设计着重注意以下关键数据：（1）该工程机头纠偏油缸总推力 F 控制在 6 800 kN，取 8 台 D =200 mm 双作用油缸，每组 2 台，满足推力要求。（2）机头长径比(即机头前壳体长度 /机头外径)，若过小，在软土地层中顶进，常会因土体反力不够，加之掘进机自重和机械振动的影响，即使在机头纠偏油缸伸出的情况下，仍无反应，故该工程的机头长径比取值为 1.1，纠偏效果良好。（3） 机头最大纠偏角度，由于顶管纠偏的原则是勤测、勤纠、微纠，如果取值过大，操作人员往往很难控制微纠，若设计太小，又不能满足及时纠偏的要求，根据大量经验数据，最后取为 2°。（4）纠偏特殊管的设计，一般掘进机的纠偏系统设计成 l套 4 组，成 45°斜线上下方布置，但是考虑到该工程为急曲线顶管，所以在机头的 l 套纠偏系统上再增加 3 套纠偏系统。这种纠偏系统是用纠偏特殊管形式来解决的，即在 F 型成品管的尾部预置若干个油缸槽，以便顶管进入曲线段时，可以用油缸强行把成品管接缝张开，同时在接缝处塞人木垫，满足设计确定的 θ 值和缝隙值。

2、 成品管的选型与设计

目前顶管用的管材型号有企口管、T 型钢套接口管和 F 型钢套接口管三种。该工程选用 F 型成品管。管节接缝有以下几何关系：tanθ=L/RX=Dtanθ=DL/!R式中，θ 为相邻两管节之间的转角；L 为管长（标准管长为 2.5 m）；R 为曲线半径；X 为管外壁的缝隙差；D 为管外径。当 R=300 时，代入上式，得：X=24 mm，θ=0.48°，当 R=600 时，代入上式，得：X=12 mm，θ=0.24°。成品管的另一个重要问题是管节端面的木衬垫。在直线段，木衬垫经受力已经被压缩了一部分。进入曲线段以后，在管道内侧又被压缩了一部分，但是这种压缩与材料性能有关。试验显示：采用多层夹板，变形量很小，为 15%；而采用松木，变形量可以达到 30％以上。对曲线顶管施工，曲线段管子端面的承载面积应尽可能大些，同时衬垫材料也能够满足强度条件，显然松木衬垫更适应于曲线顶管施工。同时，木衬垫的厚度也不宜太薄，否则将起不到压缩变形和补偿端面承载面积的作用。为此选择厚度为 30 mm 的松木衬垫。

3、 顶管施工过程

整个曲线顶管过程分为四个阶段：出洞前准备阶段、正常顶进阶段、曲线段顶进、出洞及后期收尾阶段。

⑴ 出洞前准备阶段该阶段工作包括：起重设备就位，顶管设备进场，洞口止水装置安装，轴线放样，立后靠，机坑导轨、主顶油缸组成及测量安装就位，泥水系统机坑旁通阀组及管道系统安装就位，操纵平台搭建，电气控制线路布置，储水箱及泥水泵安装就位、压浆系统及其管道安装就位、顶管机头下井就位，各部分设备调试运行，联机总调试，触变泥浆搅拌储存等。

⑵ 正常顶进阶段凿除水泥土或混凝土，割除型钢或钢筋，打开洞门，机头顶入洞口后下设备段。转接油管、电缆及泥水管后继续顶进。油缸顶到位后，拆除泥水管和电缆，第一节管下井，设备段与第一节混凝土管合拢，接通泥水管和电缆继续顶进。重复上述过程。在顶至预定长度后，下中继环并联机调试一次。在顶进过程中每顶一节管就要对顶进轴线作1~2 次测量，确定纠偏的方向和时机，并对机头前10 m，后 20 m 的地面沉降监测点作测量，以便当班施工人员能及时采取相应措施，控制沉降幅度。整个顶进过程中从机头后设备段、即后续管每隔两只管节设置一圈压浆孔向管壁外注入触变泥浆，进行顶进中的定点压浆和中间补浆，用以减小顶进时管外壁阻力，填充土中空隙，减小地面沉降。

⑶ 曲线段顶进管道顶进进入曲线段时，利用机头纠偏油缸作(管道)机头一侧“伸展”形成曲线。这种“伸展”所产生的曲线稳定可靠，但后续接口易产生张开量不均匀的问题，严重时会造成接口破坏。为确保每个管节的接口张开量均匀，须用液压千斤顶来调整接口张开量。当接口张开后，用特制的厚木垫嵌入开口处而使接口张开量保持恒定。

⑷ 出洞及后期收尾工作该部分工程包括：接收导轨就位，安装洞口止水装置，机头偏差复测，井位复测，打开洞门，机头进洞并吊运，管道内清理，洞口井壁与混凝土管节间连接处理，机坑内设备拆除和吊运, 管道清洗，管节偏差测量记录。

二、曲线顶管控制的技术措施

1、 曲线顶管顶力控制技术

根据以往工程实例和有关资料，机头压力对地表变形有较大的影响，在顶管中要要严格控制好机头压力。对于曲线顶管，只要在管外壁形成质量良好的完整泥浆套，曲线顶管顶力的变化与直线相似。问题是要形成良好的浆套。

2、 曲线顶管轨迹控制与纠偏技术

⑴顶管自动测量引导系统测量对曲线顶管的轨迹控制至关重要。由于在曲线顶管管内，测量仪器不能与机头通视，而且在顶进过程中，整体管道都是处在无规则动态，还会发生旋转现象。若采用人工地下导线测量方法，不仅测量时顶管必须停止，而且工作量大，影响顶管进度。在二次测量之间，只能盲目顶进，顶管质量难以得到可靠保证。为此，引进了国内先进的顶管自动测量引导系统，实现了机头的跟踪测量，做到“随测随纠”，有效地保证了顶管的质量并大大提高整体施工进度，效果特别明显。

⑵曲线顶管的纠偏技术除了机头一套纠偏装置以外，把最前 3 节管子设计成纠偏特殊管。即：在普通管的尾部预留油缸槽，放置起曲油缸，以便顶管进入曲线段时，可以同时启用机头纠偏油缸和起曲油缸，并把松木垫逐步垫到设计厚度，形成整体弯曲弧度开始起曲。只要机头及前几节管子已经开始起曲，后面的管节一旦到达起曲段，也会自行起曲。为了保持曲线，必须在管节开口后，逐步塞入木垫，直到设计厚度为止。同时在前 8 节管子上设置拉杆，以便控制管节缝隙的变化，以防线型失控。当顶进从曲线段恢复到直线段时，也是通过机头纠偏油缸和起曲油缸实现的。这时可把原来压实的木垫抽出，或在反方向塞人木垫，逐步达到设计厚度。曲线顶管从直线段到曲线段和曲线段恢复到直线段，应经过一段过渡曲线。施工前可根据设计曲线制定实际控制曲线，实际控制曲线宜保持在设计曲线的内侧。

结语

曲线顶管中，在确保注浆套完整的情况下，管外壁侧向摩阻力与直线段相比不增加。曲线顶管应严密计算确定成品管管长、管缝及钢套环接口长度，据此确定实际控制曲线。曲线顶管技术为施工困难地区管道工程提供了新的施工途径。特别是老城区，由于原有管线密布，道路弯曲，曲线顶管施工技术必将在市政工程建设中得到越来越广泛的应用。