钱进强
中铝国际南方工程有限公司，湖南 长沙 410000
摘要：围绕顶管法施工时的制约因素分析，提出了顶进施工增加顶进距离的应对措施，以为工程施工提供参考。
关键词：工程施工；顶管法；因素分析
在城市建设过程中，建设施工过程中管道施工对城市发展中引起的环境问题越来越受到重视。如城市地下污水管道施工，若采用明挖法施工，不仅影响城市交通，还会对相邻建筑物、地下管网设施以及周围的环境产生很大的影响。作为地下空间结构施工法中的一种，顶管法因其采用了非开槽的暗挖法施工，对地下建筑物、风景区和地面建筑设施影响小，则在地下管道施工中的应用相当广泛。顶管施工过程中有许多因素对顶管有制约作用，而对顶管施工的分析研究，也就是研究这些不同之处和寻求解决各种制约因素的办法。
1.推力制约
从理论上讲，管子推进只需把主顶油缸的推力增加一些就可以了，然而在实际施工中却并非这么简单：推力增加了，管子能否承受得住，后座能否承受得住，常用的混凝土管的抗压强度为13～17.5MPa，玻璃纤维加强的混凝土管抗压强度为90～100MPa，钢管的抗压强度为210MPa。因此，顶管施工中首先选用钢管，因为钢管的断面、重量及与土之间的摩擦系数均比混凝土管小，顶进推力也就相应减小许多。在混凝土管中玻璃纤维加强管是顶管的首选用管，在混凝土管的接口形式中，F管又是顶管的首选用管。
2.后座所能承受推力大小的制约
一般情况下顶管工作坑的后座所能承受的最大推力以所顶管子所能承受的最大推力为先决条件，然后反过来验算工作坑后座是否能承受最大推力的反作用力。一旦总推力确定了，在顶管施工的过程中决不允许有超过总推力的情况发生。
在顶管施工中，为了使油缸的推力的反力均匀地作用在工作坑的后方土体上，需浇筑一堵后座墙，这个后座墙必须能完全承受油缸总推力P的反力，受力情况如图1所示。
图1墙受力图
总推力的反力R为：
式中：
R—为P的1.2～1. 6倍，以确保安全 (KN)；
α—系数(取1.1～2.5之间)；
B—后座墙的宽度(m)；
γ—土的容重(KN/m3)；
H—后座墙的高度(m)；
Kp—被动土压系数(为tg2 (450+φ/2)；
c—土的内聚力；
h—地面到后座墙顶部土体的高度。
式中a的取值大小与下作坑及后座墙的结构形式有关系，如采用钢筋混凝土沉井坑a取2～2.5；若是钢板桩坑则a取1.0或更小些，此外后座后面的土若扰动过a取小些，反之可取大些。
当油缸总推力的作用点低于后座被动土压力的合力点.这时后座所能承受的推力为最大。因此，为了使后座能承受较大的推力，工作坑应尽可能深一些，后座墙也尽可能埋人土中多一些。
另外，为了使后座力增加，可适当增加后座墙的宽度B。后座墙的宽度一般与工作坑的宽度相等。假定后座墙的反作用力的作用点与主顶油缸合力的作用点相一致，而且该点又低于所顶管子的轴线，那么，后座的高度就以这一点为中心，向上和向下均为高度的二分之一。后座墙如果为素混凝土浇筑而成，它所承受的最大弯矩从为：
M = 0.28 B t2 σd
式中：
t—后座墙的厚度；
σd—混凝土的抗拉强度，一般取抗压的强度的1/10～1/15；
其余符号同前。
若经计算，认为素混凝土的强度不够，则可在墙体受拉一面加入钢筋，使其强度增加达到要求。
3.排土方式的制约
如果所顶管子长达100m以上时，采用人工出土的速度太慢，制约了顶进速度，显然是不适宜的；如果采用水力输送，需在输送一定长度以后加1台中间泵；如果采用土砂泵，则必须保证土砂泵在克服了各种弯头、伸缩接头的阻力以后，还能在该距离内把管道内的土砂排出，或者可以加中间输土泵；如果管径较大的顶管则可采用电瓶车出土，为了加快出土量，可让电瓶车在管内所设的道叉处交换。
4.管径大小的制约
顶管的管径应该在1.8m以上，因为如果管径小了，作业人员进出管道时不能直立行走而影响顶进速度，而且极易使人疲劳，降低工作效率。
5.测量的制约
普通的激光经纬仪，其光点的直径在10mm以下，如果距离太长，光点的直径将扩大，就会影响测量精度；如果增大激光的功率又会对人体尤其是对人的眼睛造成伤害。此外，距离太长时管内的雾气等也会影响测量。如果顶进长度达数千米以上时，测量会因地球表面的曲率而影响其测量精度。
此外，顶管还会受到掘进机等各种机具寿命的影响和制约，其中，尤其是会受到各种密封件的寿命、切削刀头的寿命、中继间的寿命等制约。这些在顶管中是一个不可忽视的重要因素，因为在一般情况下，对掘进机的维修比较困难。顶管还会受到通风的制约，在管径小而作业人员多的情况下，距离长会造成通风不良，继而产生缺氧。这一点尤其不能忽视，否则可能出现安全事故。另外，顶管还会受到供电的影响。一般的380V以下的电压，在距离长了之后压降较大，因而电气故障会增多。一般采用1000V高压供电。
针对上述制约因素，在顶管中，如果这一段管子直到加中继间前一直是很正常的，但随着距离的增长，这段管子在经过不同土质时，推力上升得很快，中继间的推力也不断提高，一旦推力超过混凝土管所能承受的极限时，混凝土管就有可能被破坏。因此，顶管过程中必须十分小心地选择注浆材料和完善注浆工艺。注浆的好坏除与材料有关外，还与注浆孔的布置、注浆泵的选用和注浆压力大小有关。过去注浆孔通常设计在管子的中间位置按90℃或120℃设置4个或3个孔，这样设置的注浆孔其注浆效果不佳。因为从孔里往外注出的浆液大多往土里渗透，浆套是不易形成的，而按下图设置，注浆孔就不一样。浆液注出来先在钢套环与混凝土管外壁之间空隙里先形成一个浆套，然后继续注浆，浆液就从这空隙中挤出来。这样，浆套就比较容易形成， 注浆效果也就容易显现出来。顶进施工增加顶进距离的措施很多，如可以提高混凝土管的强度、钢管及减小管壁与土的磨擦力、采用注浆减阻等。但是上述种种措施都不能满足推进距离要求时，则需要采用中继间。
参考文献：
[1]伊易，顶管管道失稳分析.建筑施工.
[2]周明艺，张玉生.大断面顶管施工工艺及机理分析.岩土工程学报.
[3]吴玉林，朱叶军.地下混凝土顶管施工技术.建筑技术.