郑幸禹
北京市政建设集团有限责任公司???100037
摘 要
在当前时期，国内经济呈现出良好的发展趋势，在此背景下，城市规模也逐渐变大，这就使得市政给排水工程的受重视程度提高了很多。每座城市发展均离不开规划工作，而市政给排水则是城市发展规划中不可缺少的内容。在现阶段，全新的技术、设备在给排水工程中得到应用，使得施工质量有大幅提升，并对城市发展起到了一定促进作用。在市政给排水施工过程中，由于受制于施工面和交通组织等影响，明槽开挖施工难度较大，这也使顶管施工技术在当前市政给排水施工中应用越来越广泛。在各类施工技术中，长距离顶管技术的应用是较为普遍的，若想使得此项技术的作用充分发挥出来，施工人员必须要拥有相关的理论，同时对周边环境进行实地考察，确保安排是最为合理的，如此方可使得施工有序展开，城市居民在供水方面的实际需要得到满足。
长距离顶管施工技术应用在给排水工程施工中具有较高价值。本文基于顶管法基本原理及优势，结合实际工程情况，对顶管施工关键技术要点进行了分析与探讨。
关键词：市政；给排水；长距离；顶管
目 录
摘 要 II
绪 论 1
一、长距离顶管施工技术的原理及优点 2
1. 长距离顶管施工技术的原理 2
2. 长距离顶管施工技术的优点 2
二、工程概况 3
三、施工方案选择 4
1. 直线顶进方案 4
2. 斜向对接方案 5
3. 曲线顶进方案 5
四、市政给排水长距离顶管施工关键技术要点 6
1. 曲率半径和管节长度 6
2. 管节接头处理 7
3. 线型布设 7
4. 顶进施工 8
结 论 9
参考文献 10
附 录 11
绪 论
市政给排水工程在城市基础设施网络中占据重要位置，由于其直接关系到城市的日常生产和生活用水和污水排放，因此对其施工质量具有较高要求。在当前市政给排水工程施工中，由于受制于地面建筑和交通等因素的影响，长距离顶管施工技术应用十分广泛，整体施工过程中对地面影响较小，而且能够有效提升施工效率和质量。因此在实际施工过程中，需要掌握长距离顶管施工技术的难点问题，并合理运用具体的施工技术，以此来保证市政给排水长距离顶管施工的顺利进行。
一、长距离顶管施工技术的原理及优点
1. 长距离顶管施工技术的原理
在长距离顶管施工技术中，其需要利用到土压平衡顶管机，利用工作井中的油缸作为动力，使顶管机进入到地下管道内，并不断向前进行顶进。在顶进过程中管道前方土体会在顶管机切割过程中塌落，这些土体会进入到顶管机后仓和螺旋疏松结构中，经充分挤压后，这些土体会被输送至地面。在实际顶进作业过程中，由于顶管机开挖面地层特性存在较大的差异性，因此需要针对具体的地层特点，利用清水、粘土浆或是发泡剂等加入到刀盘的正面和土仓的内部，使施工土质变为泥状土，这样可以顺利将泥状土排出，同时螺旋输送机也能够承受住土和地下水的压力，保障刀盘前面土体的稳定性。
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图1.长距离顶管施工示意图
2.长距离顶管施工技术的优点
2.1施工进度方面
相较于其他施工技术，长距离顶管施工技术不需要在正式施工开始之前开挖地面，不需要提前为地面开挖作施工设备和人员的各项准备工作，可以有效减少工期，降低工程造价，有利于提升施工单位的施工进度。
2.2工程影响方面
顶管施工时不需要开挖地面，路面能够进行正常的交通。同时施工过程中产生的噪音较小，不会对人们的日常生活带来影响，并能够有效降低施工过程中对环境带来的污染，保证文明施工。
2.3管线设施方面
在当前城市快速发展过程中，特别是城市规模的不断扩大，城市基础设施也越来越完善，这也导致城市地下管线数量较多，这些管线结构十分复杂，而且与百姓的生产生活息息相关。利用顶管施工技术，不需要开控地面，能够有效降低施工过程中对这些管线设施带来的不利影响。
二、工程概况
某市政给排水工程施工周边地层环境复杂，沿线管道较多，且存在大量障碍物。为尽可能减少对周围环境及构造物的影响，决定采用全线钢顶管施工方案，顶管段为J42B井～J45井。结合工程施工现场情况，决定采用2根内径3．6m的钢管，27．1km为单根总长度，7．2m为2根管道的间隔距离。据地质勘查结果显示，沿线管道所处地基土主要由黏性土、粉性土和砂土等构成，且以水平层理分布，具体分层情况如表1所示。
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表1地基土分层表
三、施工方案选择
本工程所在管道沿线情况复杂，分布有大量民房、厂房，且地下管线纵横交错。原计划搬迁其中2处顶管井所在位置的民房、厂房，然而，具体实施过程中困难重重，因此决定另选其他解决方案，根据工程建设实际情况，决定采用以下3种施工顶进方案。
1.直线顶进方案
实施直线顶管方案的根本目的是为了与桩基避开，管道覆土厚度为23m，顶管穿越⑤2－1层黏土层，此土层属于微承压水层，若在此类土层内穿越顶管施工难度较大。加之管道具有较大埋设深度，工作井和接收井顶管施工的开挖深度将超过29m，且本管道沿线环境复杂，地下管线纵横较差，需要加大保护力度，深基坑施工风险很大，且成本高。
2.斜向对接方案
由J45井和J42B井分别顶出管段之后，便可于地下对接。14m为斜向对接方案管道覆土厚度，顶管将穿越④层淤泥质黏土层，且在顶管施工中此类土层施工效果最好。相比直线顶进方案，此方案的工作井和接收井顶管施工开挖深度相对较小，仅为20m，同样深基坑施工风险也相对较小，在可控范围之内，且成本较直线顶进方案偏低。然而，该施工方案需加固对接点位置的土体，将大大增加施工范围，并导致造价增高，基于本路段沿线环境复杂，加固困难重重，，因此，在土体加固施工中，此方案难度系数偏高，且成本较高。
3.曲线顶进方案
根据现场施工特点，可由J45井顶进一段直线段之后，可通过曲线顶管的方式和障碍物避开之后，进入J42B井。曲线顶进方案与斜向对接方案的管道覆土厚度相同，均为14m，且同样由④层淤泥质黏土层顶管穿越，此层土层顶管施工最佳。20m为顶管施工工作井和接收井的开挖深度，其深基坑风险较小，属于可控范围。此外，与斜向对接施工相比，曲线顶管可与障碍物避开，根本不需要加固周围土体，且对附近环境影响不大。
在充分考虑施工环境、施工难度、施工风险等多种因素的前提下，决定采用第三种施工方案，曲线顶进方案，即大口径长距离的曲线钢顶管施工工艺。
四、市政给排水长距离顶管施工关键技术要点
1. 曲率半径和管节长度
因管道沿线地层情况复杂，且存在大量障碍物，为避开管位上的障碍物，结合工程实际情况，可设880m为管线曲率半径，170m为管线弧长。据相关研究表明，中继间布设的间距和允许转角直接决定钢管曲线顶管最小曲率半径，因此，可按下式计算钢管曲线顶管的最小曲率半径。
Rmin≥L/2×sin(k×α/2)
其中，
最小曲率半径可由Rmin表示;
系数可由k表示，一般为1°;
管道中继间的间距可由L表示。
根据上式可以计算出，本工程钢管曲线顶管的中继间的间距8m，可设40个中继间。由于中继间数量过大，将大幅增加成本，甚至会增加施工难度，若仅仅依靠中继间来完成施工难度很大。为此，本工程决定选择单元管曲线顶进法进行施工，其方法为:针对钢管按一定长度进行分节处理，且采用活络接头作为钢管管节之间的处理，接头处采用专用设计，为形成曲线，接头处应满足偏转角需求。此外，可将若干个纠偏油缸设于管节接头位置，在特殊情况下，适当调整管节的偏转角。施工过程中，可将橡胶圈设于管节之间进行密封处理，该设置主要充当临时止水作用，待完成曲线顶管施工之后，可在管内焊接管节，从而连成一个整体，保证施工正常开展。
确定曲线顶管管节长度时，需考虑很多因素，如管线的弧长、钢板规格等，若管节太短，虽有利于形成曲线，但在顶进施工中极易产生偏差，甚至会大幅增加后期焊接补强的工作量。若管节太长，虽减小了后期焊接工作量，但很难形成曲线，甚至在不均匀顶力作用下，出现管节失稳情况。根据以往施工经验，2m、2．2m、2．5m为常用的钢板规格，为保证施工质量，决定在此基础上确定钢管曲线顶管施工管节的长度。经对比分析，决定以5m为曲线顶管的管节长度。
2. 管节接头处理
由于本工程选择薄壁钢管结构，为增强接头位置环向刚度，需将加劲板设于钢管管节接头2端，以此进行接头位置径向变形控制。在不均匀顶力作用下，钢管极易产生变形、失稳问题，可沿整个管道一周在管节接头两端进行加劲圆环设置，并将临时木垫片设于2个圆环之间，厚度为20mm。
在顶管施工中，可将天然橡胶圈设于管节接头处，起到临时止水作用，避免渗漏。同时，要尽可能减小接头处前后管节之间的空隙，从而达到管节间插入施工要求。根据施工要求，可在12000kN控制曲线顶管最大允许顶力标准值。待结束顶管施工之后，需及时去除加劲板、加劲圆环，从而达到过水断面的需求。并采用焊缝的方式对2节管节进行连接，且在2级以上控制焊缝质量。
3. 线型布设
根据工程实际情况，本工程共选用2根钢管，以直线+曲线的方式进行线型布设，其中曲线段I号管和II号管的各项技术指标如表2所示。
表2曲线段I、II号管主要技术指标
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此外，在直线段上，可将中继间布设于各条管线内，共2个;曲线段上，无需设置中继间，可将纠偏油缸设于2节管节之间，共3只。
4.顶进施工
待完成各项准备工作之后，便可按照设计要求，正常顶进施工。开始顶进时，便可开启各项操作工作，如总电源开关、主油泵、渣浆泵等，在此过程需对泥浆输送机和主顶千斤顶的速度进行适当调整，保证满足顶进施工要求。待其进入平衡状态后，便可开启压浆系统，在整个顶进施工环节，要实时查看掘进机的状态与施工趋势，随时微调千斤顶，避免偏差，做好机头方向控制。
结 论
伴随城市的不断扩张，地下管网、管线系统也愈加复杂。市政给排水工程是一项与居民生活息息相关的基础设施，如何提高工程质量成为了关键。顶管施工作为一种非开挖技术，无需开挖便可穿越地面建筑物、公路、各种地下管线。为此，在市政给排水工程施工中，必须重视顶管施工技术的应用，提高施工技术水平，规范施工工艺，全面提升工程建设质量。
参考文献
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附 录