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摘要：随着居民对城市交通及环境要求的不断提高，非开挖管道敷设技术顶管施工的优势将越来越明显。本文阐述了顶管的技术发展史和施工技术特点，并结合工程案例进行分析，说明顶管与传统开挖敷设管道相比，具有一定的优势，发展应用前景良好，为今后顶管在工程中的设计和运用提供了科学依据。
关键词；非开挖；顶管；施工技术，管材，工程案例
中图分类号：TU74文献标识码： A
引言
城市地下管线是城市赖以生存和发展的物质基础，是城市基础设施的重要组成部分，担负着城市的信息传递、能源输送、排涝减灾、废物排放的功能。随着我国城市现代化与信息化建设高速发展，城市化进程的加速，城市地下管线建设发展迅速，城市地下管网正逐步实现。对如此浩大的地下管线工程，如果仍用传统的开挖技术施工，无论从经济、社会还是环境角度上看，都是不合适的，非开挖技术的发展已经成为必然的趋势。顶管技术是较早使用的一种非开挖施工方法，近年來在我国得到了快速发展。
1、顶管技术概述
所谓顶管技术也可以称之为非开挖管道敷设技术。我们将这种技术与开挖敷设技术进行比较，发现顶管技术具有非常明显的优势。例如在实际操作过程中施工人员对于面层不需要进行开挖也能够将管线穿越各种建筑物或者公共设施，从而提高了工程的施工效率降低了工程成本。另外顶管技术还可以进行长距离施工，并且不会对周边环境造成影响，不会产生噪音污染而影响到人们的正常生活。总而言之顶管技术是一种无污染、高效率、值得推广的技术。正因为顶管技术具有多方面的优势，因此在实际施工过程中，设计者必须要对工程的实际情况进行分析，了解管线的布置方式、管型的选择等，然后从多个设计方案中选择最佳的施工方案。[1]管线施工是市政排水工程施工中的关键，要求施工人员对开挖施工、管线的布置施工等进行综合考虑，尽量保证工程的施工不对交通造成影响，保证交通的畅通性并提高市政给排水工程的施工质量。
2、顶管施工技术的发展和施工工艺
2.1、顶管施工技术发展历史
大约在30年以前，世界上的一些发达国家就开始使用顶管施工技术。目前，一些发达国家已经开始广泛使用顶管施工技术。在我国，顶管施工技术在一线城市被逐步使用和发展着。世界上可以查到的关于顶管施工技术的最早记录是在1892年，而最初的顶管施工作业是由美国太平洋铁路公司完成。但是在我国顶管施工技术确实起步较晚，在引进顶管施工技术以来发展也很缓慢，直到1964年上海开始使用机械式顶管，上海的单位开始进行了机械式顶管的各种试验和相关的研究，自此以后，在我国的沿海发展地区逐渐开始使用顶管施工技术。
2.2、施工工艺
在顶管施工工艺中主要分为以下几种工艺：机头选型、顶进设备及顶进工艺、注浆工艺三种。在机头选型这一项中，一般根据在工程施工前获得的地质报告，施工者还要结合自身的相关施工经验对顶管机头进行选择。有的施工中采用气压平衡网格式机头来进行施工，这种机头是通过气压平横正压面土来稳定机头。顶进设备及顶进工艺中，包括：主顶工艺、中间继工艺以及接口的工艺。主顶主要采用油泵为千斤顶提供动力，用分压环和道木放在千斤顶后端将反力均匀的作用在工作井，千斤顶前端顶进分压环中，而后顶铁将顶力传至管节中。中间继：在顶管工程顶进长度超过100米时，需要在机头后设置中间继，中间继由前壳体、千斤顶、后壳体组成。接口主要由软土衬垫、外环套橡胶止水带组成。[2]外环套在施工过程中不允许变形，接口处不能出现损坏，这样可以确保在顶管施工过程中，对接成功，保证管节间的密封。注浆工艺是在长距离施工过程中使用，在采用此技术时必须注意浆的比例。
3、市政排水管道顶管施工技术分析
3.1、顶管工艺施工适用的地质环境条件
不同的地质环境下适用的铺设管道的方式不同。后背墙是千斤顶的支撑部分，也是施工时要求比较高的部分，要求它有极其坚固的程度，它所发挥的作用也是十分重要的，一般来说，后背墙都是采用加宽和加厚的方法来制作的，用厚度来保证其坚固度，在此基础上，还要用钢筋加水泥的工艺技术来处理后背墙，使其受力均匀，再将钢板作为辅助，能够在很大程度上延长后背墙的使用年限，其误差值也应该处于合理的范围内。排水管道顶管施工的基坑是进行地下排水管道工程中不可替代的部分，有着十分重要的意义，它是在市政管道顶管工艺施工期间起到支撑作用的部分，这种施工工艺主要运用在排水管道的铺设上面来，在技术越来越发达的今天，对于施工基坑的强度要求也越来越高。它是安全的重要保障，因此在保证安全的基础上，基坑的制作一般都是钢筋加水泥混合浇灌，在这个过程里要尽量均匀，这样就能够使工作人员在施工时能够受到均匀有效的力度支撑，提高工作的效率和质量。[3]在城市市政排水管道直径较大，管道施工环境里，无法采用明沟开挖埋管施工管道，而沿线又没有其它建筑物基础时，可考虑采用顶管法进行市政排水管道的铺设。因此这种工艺对于土质有较高的要求，要求顶进面土体的自立性好，还要求地下水的压力不能过大，否则就会在正面土体局部产生塌方的危险，也不容易控制情况。人工顶管时，通常采用顶进面局部超挖的方法，如果发生流沙现象就很难进行纠偏，因此，事先对环境及土质的详细了解是十分必要的。这样就能提前对不好施工，不适合施工的路面地质进行预处理，就能减少安全隐患的存在。
3.2、管材和管接口形式的选择
钢筋混凝土管是顶管中使用得最多的一种管材，其次才是钢管，在特殊条件下也采用铸铁管和塑料管。按其接口形式可分为平接口、企口和F型接口三种。对于重力流管道，目前国内普遍采用F型钢筋混凝土管。这种管克服了T型管的缺点，它是把T型钢套环的前面一半埋入到钢筋混凝土管中就变成了F型管接口。该管接口是把钢套环的前面一半埋入到混凝土管中去，为了防止钢套环与混凝土管结合面产生渗漏，在该处设了一个橡胶止水圈，且是采用了遇水膨胀橡胶，该橡胶在吸收了水分以后体积会膨胀1～3倍[4]。采用这种接口有以下优点：①它与T型套环管接口比较，它不仅省去了一环筋板和一环衬垫等材料，而更重要的是增加了可靠性。同时，也扩大了它的适用范围，即使在砂砾土中，它也可使用。②由于钢套环是埋在混凝土管中的，这就增加了它的刚度，在运输中也不会变形。③F型接口很适用于曲线顶管。它的最大张角可达3°，也不会产生接口渗漏，可靠性相当好。④它与企口管相比，接口间的接触面积增加了一倍多，很适用于长距离顶管。
3.3、工作井设置
顶管施工通常应该设置2种形式的工作井：第一种是供顶管机头安装以及出坑使用顶进工作井也被称之为顶进井；而另一种则是供机头进坑以及拆卸使用接收工作井也被称之为接收井。工作井的平面位置应该同设计管位要求相符合，应该尽量避让地下管线，减小到施工扰动之后的影响。工作井同附近建筑物以及地下管线的最小平面距离应该依据现场地质条件以及工作井施工方法而进行确定。使用钢板桩或者是沉井法施工的工作井，而其地面影响范围通常是依照井深的1.5倍计算，在这个范围之内建筑物以及管线等等应该使用必要的技术措施对其进行保护。
3.4、顶管顶力计算以及承压壁后靠土体稳定验算
顶管顶力最为重要的是为了克服顶管管壁以及土的摩擦力而将管节顶推入土体之中。所以，第一应该计算顶管管壁外周摩阻力。而对于不同的工作方式比如说注浆以及不注浆、钢筋混凝土管以及钢管和不同的工具管等等，有着不同的计算方法，则应该依据实际情况来说。
3.5、管进出洞的处理
第一，要把工具管向出洞口部分推，直到距离1m处停止，之后在工作井的洞口处进行橡胶止水圈的安装。第二，为避免掘进机在出洞的时候有叩头现象的出现，要在洞的止水槽的下部利用副导轨来作托块，将纠偏油缸进行整体收紧，在其底部进行延伸导轨的安装，并且把前节的钢混凝土管和机头进行可调节的钢性连接，连成一个整体，在后续管道出洞的时候，同样利用这种方法，逐节进行施工，直至不会出现叩头現象为止。第三，在推进工具管的时候，直至洞口的止水圈能够起作用为止，要等待3—4h，进行静止土压力的测量，结合相关的理论资料，将推进土压力的控制系数进行推测。第四，进行工具管的不断推行，在进行第一节管的安装之前，要进行适当的止退装置的设置，避免主顶在缩回之后出现回顶，因为正面土的压力的作用而把工具管进行弹回。第五，为了能够降低机头和管子在出洞之后的阻力，在进行沉井洞的1:3的封门的施工的时候要进行注浆管的设置，以能够正常进行顶管施工时进行触变泥浆的注入，进而能够有效将管子与土体之间的摩阻力降到最低。
3.6、工具管进洞技术
第一，在工具管距离接收井还有30m左右距离时，要进行轴线复测力度的加强，将工具管的确切位置测放在接收井之内，进而能够确保工具管能够安全进洞。第二，因为很多工程的接收井的外围均设有水泥土搅拌桩和隔水帷幕，所以不必对洞口土体进行特殊的加固。第三，继续进行推进工作，直到推进到设计要求的尺寸再停止，把工具管和后混凝土管进行脱离。第四，进行工具管的吊起，把井内的杂物清理完毕，再把将管的外壁和预留孔之间的间隙利用水泥砂浆进行密实地填充，避免发生整体的塌方或是第一节管的沉降。
4、工程案例
近年来我国顶管施工量得到了快速增长。顶管施工随着城市建设的发展已越来越普及，应用的领域也越来越宽。[5]笔者在武汉市东湖开发区某道排工程中使用了顶管施工工艺。工程概况如下：设计d600污水管道某段埋设较深（6~8m），长度约255m，由于设计道路旁有大量建筑物不具备大开挖条件，为避免排水管沟槽开挖对道路周边建筑物等产生影响，采取了顶管施工工艺。顶管工艺采用泥水平衡式机械顶管。顶管采用F型钢承口式钢筋混凝土管（Ⅲ级），钢套环和锲形橡胶圈接口。顶管工作井采用C30钢筋砼沉井结构，采用排水下沉干封底。此种方法既节省了工期，减少了综合成本，也减少了环境影响。
5、结语
顶管技术作为较早使用的一种非开挖施工方法，由于其施工精度高，适用土质广，适用管径范围大，综合成本低，环境污染小，能穿越江河、公路、铁路、机场跑道、建筑物或障碍物等优点而得以广泛应用[6]。随着国家对污水工程的大量投入和大直径污水管线敷设量的增加，顶管技术已广泛用于我国水平定向钻进技术难以施工的污水、雨水等重力流管道的非开挖施工，以及大直径的燃气、自来水、中水等压力管道的非开挖施工。
参考文献:
[1]梁绍容.市政排水管道顶管工艺的设计和应用[J].科技风,2011,07:128-129.
[2]余美文.顶管工艺在大型市政排水工程中的应用[J].福建建设科技,2000,02:37-39.
[3]鲍凝.市政排水项目施工质量管理[D].天津大学,2008.
[4]王册删.市政基础设施地下给排水管道顶管施工技术研究[J].城市建筑,2013,16:236.
[5]詹仕发.顶管技术在市政给排水管道施工中的应用探讨[J].福建建材,2014,01:31-32.
[6]葛金科，沈水龙等.现代顶管施工技术及工程实例.中国建筑工业出版社，2009,10：273.
关键词；非开挖；顶管；施工技术，管材，工程案例
中图分类号：TU74文献标识码： A
引言
城市地下管线是城市赖以生存和发展的物质基础，是城市基础设施的重要组成部分，担负着城市的信息传递、能源输送、排涝减灾、废物排放的功能。随着我国城市现代化与信息化建设高速发展，城市化进程的加速，城市地下管线建设发展迅速，城市地下管网正逐步实现。对如此浩大的地下管线工程，如果仍用传统的开挖技术施工，无论从经济、社会还是环境角度上看，都是不合适的，非开挖技术的发展已经成为必然的趋势。顶管技术是较早使用的一种非开挖施工方法，近年來在我国得到了快速发展。
1、顶管技术概述
所谓顶管技术也可以称之为非开挖管道敷设技术。我们将这种技术与开挖敷设技术进行比较，发现顶管技术具有非常明显的优势。例如在实际操作过程中施工人员对于面层不需要进行开挖也能够将管线穿越各种建筑物或者公共设施，从而提高了工程的施工效率降低了工程成本。另外顶管技术还可以进行长距离施工，并且不会对周边环境造成影响，不会产生噪音污染而影响到人们的正常生活。总而言之顶管技术是一种无污染、高效率、值得推广的技术。正因为顶管技术具有多方面的优势，因此在实际施工过程中，设计者必须要对工程的实际情况进行分析，了解管线的布置方式、管型的选择等，然后从多个设计方案中选择最佳的施工方案。[1]管线施工是市政排水工程施工中的关键，要求施工人员对开挖施工、管线的布置施工等进行综合考虑，尽量保证工程的施工不对交通造成影响，保证交通的畅通性并提高市政给排水工程的施工质量。
2、顶管施工技术的发展和施工工艺
2.1、顶管施工技术发展历史
大约在30年以前，世界上的一些发达国家就开始使用顶管施工技术。目前，一些发达国家已经开始广泛使用顶管施工技术。在我国，顶管施工技术在一线城市被逐步使用和发展着。世界上可以查到的关于顶管施工技术的最早记录是在1892年，而最初的顶管施工作业是由美国太平洋铁路公司完成。但是在我国顶管施工技术确实起步较晚，在引进顶管施工技术以来发展也很缓慢，直到1964年上海开始使用机械式顶管，上海的单位开始进行了机械式顶管的各种试验和相关的研究，自此以后，在我国的沿海发展地区逐渐开始使用顶管施工技术。
2.2、施工工艺
在顶管施工工艺中主要分为以下几种工艺：机头选型、顶进设备及顶进工艺、注浆工艺三种。在机头选型这一项中，一般根据在工程施工前获得的地质报告，施工者还要结合自身的相关施工经验对顶管机头进行选择。有的施工中采用气压平衡网格式机头来进行施工，这种机头是通过气压平横正压面土来稳定机头。顶进设备及顶进工艺中，包括：主顶工艺、中间继工艺以及接口的工艺。主顶主要采用油泵为千斤顶提供动力，用分压环和道木放在千斤顶后端将反力均匀的作用在工作井，千斤顶前端顶进分压环中，而后顶铁将顶力传至管节中。中间继：在顶管工程顶进长度超过100米时，需要在机头后设置中间继，中间继由前壳体、千斤顶、后壳体组成。接口主要由软土衬垫、外环套橡胶止水带组成。[2]外环套在施工过程中不允许变形，接口处不能出现损坏，这样可以确保在顶管施工过程中，对接成功，保证管节间的密封。注浆工艺是在长距离施工过程中使用，在采用此技术时必须注意浆的比例。
3、市政排水管道顶管施工技术分析
3.1、顶管工艺施工适用的地质环境条件
不同的地质环境下适用的铺设管道的方式不同。后背墙是千斤顶的支撑部分，也是施工时要求比较高的部分，要求它有极其坚固的程度，它所发挥的作用也是十分重要的，一般来说，后背墙都是采用加宽和加厚的方法来制作的，用厚度来保证其坚固度，在此基础上，还要用钢筋加水泥的工艺技术来处理后背墙，使其受力均匀，再将钢板作为辅助，能够在很大程度上延长后背墙的使用年限，其误差值也应该处于合理的范围内。排水管道顶管施工的基坑是进行地下排水管道工程中不可替代的部分，有着十分重要的意义，它是在市政管道顶管工艺施工期间起到支撑作用的部分，这种施工工艺主要运用在排水管道的铺设上面来，在技术越来越发达的今天，对于施工基坑的强度要求也越来越高。它是安全的重要保障，因此在保证安全的基础上，基坑的制作一般都是钢筋加水泥混合浇灌，在这个过程里要尽量均匀，这样就能够使工作人员在施工时能够受到均匀有效的力度支撑，提高工作的效率和质量。[3]在城市市政排水管道直径较大，管道施工环境里，无法采用明沟开挖埋管施工管道，而沿线又没有其它建筑物基础时，可考虑采用顶管法进行市政排水管道的铺设。因此这种工艺对于土质有较高的要求，要求顶进面土体的自立性好，还要求地下水的压力不能过大，否则就会在正面土体局部产生塌方的危险，也不容易控制情况。人工顶管时，通常采用顶进面局部超挖的方法，如果发生流沙现象就很难进行纠偏，因此，事先对环境及土质的详细了解是十分必要的。这样就能提前对不好施工，不适合施工的路面地质进行预处理，就能减少安全隐患的存在。
3.2、管材和管接口形式的选择
钢筋混凝土管是顶管中使用得最多的一种管材，其次才是钢管，在特殊条件下也采用铸铁管和塑料管。按其接口形式可分为平接口、企口和F型接口三种。对于重力流管道，目前国内普遍采用F型钢筋混凝土管。这种管克服了T型管的缺点，它是把T型钢套环的前面一半埋入到钢筋混凝土管中就变成了F型管接口。该管接口是把钢套环的前面一半埋入到混凝土管中去，为了防止钢套环与混凝土管结合面产生渗漏，在该处设了一个橡胶止水圈，且是采用了遇水膨胀橡胶，该橡胶在吸收了水分以后体积会膨胀1～3倍[4]。采用这种接口有以下优点：①它与T型套环管接口比较，它不仅省去了一环筋板和一环衬垫等材料，而更重要的是增加了可靠性。同时，也扩大了它的适用范围，即使在砂砾土中，它也可使用。②由于钢套环是埋在混凝土管中的，这就增加了它的刚度，在运输中也不会变形。③F型接口很适用于曲线顶管。它的最大张角可达3°，也不会产生接口渗漏，可靠性相当好。④它与企口管相比，接口间的接触面积增加了一倍多，很适用于长距离顶管。
3.3、工作井设置
顶管施工通常应该设置2种形式的工作井：第一种是供顶管机头安装以及出坑使用顶进工作井也被称之为顶进井；而另一种则是供机头进坑以及拆卸使用接收工作井也被称之为接收井。工作井的平面位置应该同设计管位要求相符合，应该尽量避让地下管线，减小到施工扰动之后的影响。工作井同附近建筑物以及地下管线的最小平面距离应该依据现场地质条件以及工作井施工方法而进行确定。使用钢板桩或者是沉井法施工的工作井，而其地面影响范围通常是依照井深的1.5倍计算，在这个范围之内建筑物以及管线等等应该使用必要的技术措施对其进行保护。
3.4、顶管顶力计算以及承压壁后靠土体稳定验算
顶管顶力最为重要的是为了克服顶管管壁以及土的摩擦力而将管节顶推入土体之中。所以，第一应该计算顶管管壁外周摩阻力。而对于不同的工作方式比如说注浆以及不注浆、钢筋混凝土管以及钢管和不同的工具管等等，有着不同的计算方法，则应该依据实际情况来说。
3.5、管进出洞的处理
第一，要把工具管向出洞口部分推，直到距离1m处停止，之后在工作井的洞口处进行橡胶止水圈的安装。第二，为避免掘进机在出洞的时候有叩头现象的出现，要在洞的止水槽的下部利用副导轨来作托块，将纠偏油缸进行整体收紧，在其底部进行延伸导轨的安装，并且把前节的钢混凝土管和机头进行可调节的钢性连接，连成一个整体，在后续管道出洞的时候，同样利用这种方法，逐节进行施工，直至不会出现叩头現象为止。第三，在推进工具管的时候，直至洞口的止水圈能够起作用为止，要等待3—4h，进行静止土压力的测量，结合相关的理论资料，将推进土压力的控制系数进行推测。第四，进行工具管的不断推行，在进行第一节管的安装之前，要进行适当的止退装置的设置，避免主顶在缩回之后出现回顶，因为正面土的压力的作用而把工具管进行弹回。第五，为了能够降低机头和管子在出洞之后的阻力，在进行沉井洞的1:3的封门的施工的时候要进行注浆管的设置，以能够正常进行顶管施工时进行触变泥浆的注入，进而能够有效将管子与土体之间的摩阻力降到最低。
3.6、工具管进洞技术
第一，在工具管距离接收井还有30m左右距离时，要进行轴线复测力度的加强，将工具管的确切位置测放在接收井之内，进而能够确保工具管能够安全进洞。第二，因为很多工程的接收井的外围均设有水泥土搅拌桩和隔水帷幕，所以不必对洞口土体进行特殊的加固。第三，继续进行推进工作，直到推进到设计要求的尺寸再停止，把工具管和后混凝土管进行脱离。第四，进行工具管的吊起，把井内的杂物清理完毕，再把将管的外壁和预留孔之间的间隙利用水泥砂浆进行密实地填充，避免发生整体的塌方或是第一节管的沉降。
4、工程案例
近年来我国顶管施工量得到了快速增长。顶管施工随着城市建设的发展已越来越普及，应用的领域也越来越宽。[5]笔者在武汉市东湖开发区某道排工程中使用了顶管施工工艺。工程概况如下：设计d600污水管道某段埋设较深（6~8m），长度约255m，由于设计道路旁有大量建筑物不具备大开挖条件，为避免排水管沟槽开挖对道路周边建筑物等产生影响，采取了顶管施工工艺。顶管工艺采用泥水平衡式机械顶管。顶管采用F型钢承口式钢筋混凝土管（Ⅲ级），钢套环和锲形橡胶圈接口。顶管工作井采用C30钢筋砼沉井结构，采用排水下沉干封底。此种方法既节省了工期，减少了综合成本，也减少了环境影响。
5、结语
顶管技术作为较早使用的一种非开挖施工方法，由于其施工精度高，适用土质广，适用管径范围大，综合成本低，环境污染小，能穿越江河、公路、铁路、机场跑道、建筑物或障碍物等优点而得以广泛应用[6]。随着国家对污水工程的大量投入和大直径污水管线敷设量的增加，顶管技术已广泛用于我国水平定向钻进技术难以施工的污水、雨水等重力流管道的非开挖施工，以及大直径的燃气、自来水、中水等压力管道的非开挖施工。
参考文献:
[1]梁绍容.市政排水管道顶管工艺的设计和应用[J].科技风,2011,07:128-129.
[2]余美文.顶管工艺在大型市政排水工程中的应用[J].福建建设科技,2000,02:37-39.
[3]鲍凝.市政排水项目施工质量管理[D].天津大学,2008.
[4]王册删.市政基础设施地下给排水管道顶管施工技术研究[J].城市建筑,2013,16:236.
[5]詹仕发.顶管技术在市政给排水管道施工中的应用探讨[J].福建建材,2014,01:31-32.
[6]葛金科，沈水龙等.现代顶管施工技术及工程实例.中国建筑工业出版社，2009,10：273.