【摘要】顶管技术是一项用于市政施工的非开挖掘进式管道铺设施工技术，其优点在于不影响周围环境或者影响较小，土方开挖量小，施工场地小，噪音小。顶管技术目前在城市给排水施工中运用广泛，且为适应城市发展，大口径顶管作业技术也得到了迅速发展，本文结合工程实例介绍D2400～D3000钢筋混凝土管泥水平衡式顶管施工工艺。
【关键词】大口径；顶管；泥水平衡式
一、工程概况
某市政工程，位处于老城区，为由于多重因素导致现有排水系统出现明显不足而实施的雨水系统提标的改造工程，采用泥水平衡式机械顶管施工工艺，管材为D2400-D3000III级F型钢承口钢筋混凝土管。管顶覆土深度6-18m，穿越地质情况主要为粘土层及粉质粘土层。
二、工作井、接收井施工
顶管工作井都必须进行专门的设计，主要考虑结构形式、外部形状、空间尺寸、洞口及刃角。由于本项目覆土较深，所以工作井均Ф8.0m内径的钢筋混凝土井，其施工主要程序为：基坑开挖―模板制作―钢筋绑扎安装―混凝土浇筑―养生拆模―下沉―封底―井周的处理对于大口径顶管来说，顶进力相对较大，其顶进均要传递至工作坑后土体，但在沉井下沉过程中不可避免造成井外壁与土体之间产生空隙，空隙过大势必影响整个工作井在顶井过程中的稳定，所以在沉井完成后，顶管作业前对工作井井周进行水泥净浆注浆，确保井周土体密实，一方面确保了井体的稳定，另一方面也提高了土抗力。
三、顶管掘进机选型
根据地质勘察报告提供的土质分析，本工程顶管采用泥水平衡顶管机头。该机种的刀盘可根据前方土压力的变化自动伸缩，伸缩的同时进泥量也可随之变化。使前方平衡土压力始终保持定值，该机种是目前平衡土压力最准确的顶管机，可保证地面沉降量最小。
四、顶管作业的相关计算
1）、后背墙被动土压力计算
P=αB（γH2Kp/2+2cH+γhHKp）
=2*5.5*（20.5*42*1.8/2+2*13.6*4*1.342+20.5*4*4*1.8）=11348KN
R-总推力之反力，KN；α-系数；B-后座墙宽度；γ-土的重度；H-后座墙的高度；Kp-被动土压力系数，c-土的内聚力；h-地面至后座墙顶部土体高度；
2）、顶力计算
P=f*γ*D1*（2*H+（2*H+D1）*tan2（45-φ/2）+ω/（γ+D1））*L+Ps
γ-土的重度；D1-管道外径；H-管道顶部以上覆盖土层的厚度；φ-所处土层内摩擦角；ω-管道单位长度的自重；L-管道的计算顶进长度；Ps-迎面阻力
Ps=13.2*π*Ds*N Ds-掘进机外径；N-土的标准贯入指数
五、顶管入洞口技术措施
工具管安装调试完毕后，推进至预留孔1m处时停止。用空压机凿除沉井洞口封堵，尽快清理完毕。迅速将工具管推进土中，静候3～4小时，测出实际静止土压力，结合理论土压力，制定出控制土压力。
六、顶管外壁注浆
顶力控制的关键是最大限度地降低顶进阻力，而降低顶进阻力最有效的方法是进行注浆。注浆分为机头同步注浆和管道补浆二部分。注浆使管周外壁形成泥浆润滑套，从而降低了顶进的摩阻力。工具管推进时形成的土洞与顶管间存在着一定的空隙，我们在顶进过程中，通过压浆泵向管材与周围土体间的空隙内注人膨润土悬浮液，悬浮液在管外转变为凝胶并迅速形成浆套，可阻止周围土体及地下水进人空隙内。膨润土悬浮液浆套的形成使管材与土体间的干摩擦转化管材与膨润土悬浮液间的液体摩擦，摩擦系数U大大减小，摩擦力相应降低。施工时首先在工具管尾部注浆孔注人触变泥浆减阻，注浆量根据工具管后部泥浆槽厚度及顶进长度计算确定，计算所得注浆量应根据地质条件作适当调整。在顶进过程中，应根据后座顶力的大小在后部补浆孔补浆。一般压浆量为计算量的150～200%。
七、顶管进洞口技术措施
当推进至距接收井沉井井壁外侧30cm处时，停止推进，凿除沉井预留洞口封堵，在接收井凿除封堵后掘进机头应迅速、连续顶进管节，尽快缩短出洞时间。掘进机整体进洞后就应尽快把机头和混凝土管节分离，并把管节和接收井的接头按设计要求进行处理，减少水土流失。吊起工具管，清除泥土，迅速将预留孔与管节之间的空隙堵住，并留好出水孔。防止渗水，泥土流失引起土体塌方和路面沉降。
八、测量控制、顶进控制及顶管纠偏措施
1）测量控制为了保证顶进轴线控制在设计轴线允许偏差范围内，在顶进过程中要密切注意激光点的偏向。轴线测量的控制系统设在工作井内液压主顶装置中间。施工中需经常对控制台进行复测，以保证测量精度。按独立坐标系放样后用测量控制台使它精确地移动至顶管轴线上，用它正确指挥顶管的施工方向。在后顶观察台架设J2型激光经纬仪一台，通过后视测机头的光靶及后标点的水平角和竖直角各一测回，编排程序计算顶管的头部及尾部的平面及高程。顶管施工初次放样及顶进尤为重要，另外由于顶管后靠顶进中要产生变化，后台的布置应保持始终不变形、移位来确保顶管施工测量的正确性。
2）顶进速度控制
初始顶进：分为两个阶段进行控制。一是机头入洞阶段，速度控制在3～5mm/min；二是第一节管进洞阶段，机头顶进速度控制在10～20mm/min。初始顶进阶段重点是找正管子中心、高程，偏差控制在±5mm之内，所以速度不要太快。正常顶进：机头顶进速度设定50mm/min。如要加大顶进速度，在保证泥水仓泥压的条件下，要先加大泥浆流量，再计算顶进速度。
九、顶管过程中的技术措施及意外应急措施
顶进中应安排日夜连续施工，为减少顶管设备的转移，采用双向顶进。施工前应充分调查清楚地下相关管道、电缆线等位置、走向，确保一次顶进成功。
1）、障碍物 最大可能出现的意外事故是遇到不明障碍物，泥水工应随时观察出泥口有无渣、砖、混凝土硬块和石块等异物的出现。顶管司机应注意刀盘转矩的突然增大，并监听机头声响，一旦由意外应减慢顶速或停顶，同时严密观察、慢行，如果遇到顶进面有刚性障碍物时而必须停机时刀盘应处于零位，防止机头磕头。研究排除方案后再进行顶进，注意管内沿线的补压浆。
2）、顶管过程中的保护措施 A.推进前，在出洞口15m范围内每隔3m布设一个沉降观测点，以后每隔5m设置一道，根据沉降数据及时调整推进泥水压力与出泥量。B.工具管出洞前，必须检查止水带的密封性，以防漏水，造成土体沉降；根据土压显示表，以便能及时反映推进泥水压力；检查连接部位是否牢固；检查纠偏系统是否完好，确保顶进时灵活纠偏。C.施工前必须先对沿线重要管线在自行进行监测的基础上要求第三方进行监测，摸清地下管线与施工管线之间的高差。对重要管线要打开样洞，测出其确切标高。D.在管线上设立监控点，派专人进行24小时监测。测量数据及时送施工班组、项目部，随时调整顶进速度和控制泥水压力。E.全部管线顶部样洞上，直接设立监控点，进行加密测量。F.在顶管穿越管线建筑物时，在顶管影响范围内进行压密注浆加固，并设立沉降控制监测点，严格控制推进速度和控制土压力及出土量。
参考文献
[1]魏纲.顶管工程技术//魏纲，魏新江，徐日庆.北京：化学工业出版社，2011
[2]中国地质大学.顶管施工技术及验收规范.北京：人民交通出版社，2012
