摘要：頂管施工技術近年來在我國發展迅猛。市政工程中采用頂管施工可以將作業面移入地下，從而避免了對地面交通的影響。只要施工前選線合理，施工方法恰當，構筑物并不妨礙施工的正常進行。本文就頂管施工工藝以及在市政給排水管道工程的應用作了簡要闡述，并展望以后頂管方法日漸成熟，可成為市政建設中的一種常用技術。
　　關鍵詞：市政工程、給排水施工、頂管施工、沉井措施
　　一、工程概況
　　某市政排污管道工程位于市中心繁華地帶，交通繁忙且疏解困難，地下管線密集，渠箱明挖施工無法進行。采用兩條直徑2m混凝土管，頂管長度約80m，管距0.5m，流水位標高為3.1m，埋深約5.5m。
　　1、地層自上而下依次為雜填土、粉土、粉質粘土和泥質粉砂巖，部分地段厚度為2m～10m中砂層。
　　2、管道沿線水文地質資料表明：該工程場地地質結構復雜，管道穿越土質主要有雜填土、含砂粘土、中細砂層和強風化巖等，地下水在地表以下2m左右，管道處于地下水位以下。
　　二、施工方案的確定
　　（1）頂管法施工的原理
　　頂管法施工原理是在管道的沿線按設計的方案設置工作井和接收井，工作井內設置堅固的后座，吊進油壓千斤頂以及要頂進的鋼管或混凝土管，接好照明，泥漿管，油管等管線，然后用油壓千斤頂緩慢頂進，通過壓漿系統使管節周圍形成泥漿套，管道在泥漿套中滑行，在頂進的過程中通過激光經緯儀測量頂管的方向，邊頂進邊排土邊調整，直至將鋼管或混凝土管頂至接收井內。
　�。�2）頂管法施工適用條件
　　在污水管道直徑較大（Φ600mm以上），施工現場無法有采用明溝開挖埋管施工而管道沿線又無其它建筑物基礎時，可考慮采用使用頂管法施工。由于周邊地下管線繁多，車流量大、交通繁忙，為降低施工影響，盡量減少開面，同時為防止流砂，選擇沉井法構筑工作坑。
　　三、頂管施工工藝流程
　　施工準備→測量放線→工作坑構筑→工作坑設備安裝→管道出洞準備→挖土掘進→壓力推進→接口安裝→進洞→砌筑檢查井→竣工驗收。
　　四、工作井設計與施工
　　4.1工作坑的設計要求
　　（1）工作坑盡可能選在檢查井處，待頂管施工完成后直接構筑檢查井；（2）單向頂進時，應選在管道走向下方；（3）根據地形和土質情況，充分考慮原土靠背的抗壓能力；（4）工作坑與周邊或需穿越的建筑物、構筑物應有一定的安全距離。
　　4.2工作坑尺寸的確定
　　工作井井底長、寬尺寸可按式（1）、式（2）確定。
　　W=D+（2．4～3．2）→（1）；
　　L=Ll+L2+L3+L4+L5→（2）；
　�。�1）式中W為工作井底寬度，m；D為被頂進管外徑，m；（2）式中L為工作井底長，m；L1為管節頂進后，尾端壓在導軌上的最小長度，混凝土管一般留0．3m；L2為每節管長度，m；L3為出土工作間隙，一般為1．0～1，5m；L4為千斤頂長度，m；L5為后背墻厚度，m；
　　本工程工作坑和接收坑采用6m×4m矩形坑，工作井護壁為厚0．4mC30鋼筋混凝土，底板為厚0．5m鋼筋混凝土，井內設集水井。其中接收坑內不設置靠背系統，混凝土墩臺加受力面鋪設鋼板并灌注水泥漿加固做靠背。
　　4.3工作坑施工
　�。�1）工作坑采用沉井法施工。考慮到此處地下水位較高，且需穿越砂層，為防止流砂，采用不排水下沉的施工方法，必要時向井內注水，使井內水位稍高于地下水位，保持水壓平衡。①具體要求(a.井內挖土深度，一般根據土質而定，最深不應低于刃腳下2m。b.盡量加大刃腳對土的壓力。c.通過粉砂，細砂等松軟地層時，不宜以降低井內水位而減少浮力的辦法，促使沉井下沉。應保持井內水位比井外高1—2m以防止流砂涌向井內，引起沉井傾斜。
　　d.除了糾偏外，井內的土應由各井孔均勻清除，各孔內高差不超過50cm)；②抓土下沉施工(抓土一般鍋底比刃腳低1—1.5m，刃腳周邊不易坍落時，應采用高壓水搶沖刃腳部位輔助下沉，多孔井時，每個井孔需配備一套抓土設備。出土方式可采用特制的掛勾甩土或利用井頂運輸軌道)
　　（2）為防止井筒傾斜，挖土時注意對稱均衡挖土。為防止突沉，坑底開挖深度一般不得超過0.5m。
　�。�3）待下沉到施工所需高程后，立即鋪墊碎石墊層，澆筑水下混凝土進行封底，并留鋼封水管，待混凝土達到應有強度后將水抽去，封閉鋼封水管，再做底板。
　　（4）根據地質情況，坑底鋪設50cm片石墊層，10cm素混凝土防水墊層，50cm厚C20鋼筋混凝土底板，基坑采用DN600鋼支撐支護。
　　4.5沉井的施工測量
　�。�1）沉井頂面中心測量
　　在岸上導線點利用紅外線測距儀，直接測出沉井中心位置或利用預先設置的基線三角網進行交匯法測出沉井中心位置，根據中心位置檢查沉井各點下沉中的偏差，在施工中予以糾正。
　�。�2）刃腳標高測量
　　a.沉井下沉前求出刃腳假定標高，下沉接高時，將刃腳底面標高返至井頂面。b.接高測量：沉井接高時，其基準面也要逐節向頂面返，保持上、下基準面平行，豎向軸線垂直。c.下沉深度測量：按實測頂面標高和量得的沉井高度，計算下沉深度標高。d.當最后一節沉井，下沉至頂面露出水面0.5m時，應設置防水擋土墻圍堰，再繼續下沉至設計標高。
　　4.5、沉井施工過程中的質量控制措施
　�。�1）井筒傾斜的觀測及校正
　　在沉井施工過程中，必須隨時觀測傾斜情況。井筒傾斜可由以下因素造成：刃腳下面的土質不均勻、井壁四周的土體側向壓力不均衡、挖土進尺不對稱以及刃腳下有障礙物等。因井筒內四周挖土進尺或土質不均，土體耐力不一致導致的井筒傾斜，可采用不均衡挖土法或采用加載法加以校正。
　�。�2）井筒不沉
　　如土體摩擦阻力較大，導致下沉緩慢或不能下沉時，宜采用高壓水槍沿四周均勻沖射土體，以減小摩擦阻力，使井壁下沉。因物體阻礙，則應及時挖除障礙物。
　　（3）井筒裂縫
　　因四周土壓力不平衡或挖土時障礙物支撐井筒的若干點，而混凝土強度不足時，可能產生裂縫。施工時應使井筒達到規定強度后，方可下沉；也可在井筒內安設鋼支撐支護加固。井筒產生裂縫后，應盡快分析產生的原因，如由土體壓力不均造成的應在裂縫面井筒外側挖土，以減少該向的土體壓力；如果是障礙物造成的應及時拆除障礙物，以減小局部應力，防止裂縫繼續擴大。采用水泥砂漿，環氧樹脂或其他補強材料對裂縫進行補強處理。
　　（4）沉井的抗浮
　　由于沉井位于地下含水層內，可能產生上浮。施工過程中，可采取增加構筑物的附加荷載，增加下沉摩阻力，減少刃腳開挖深度，防止地面水流入等措施抗浮。封底時結構重量應大于地下水產生的浮力。
　　五、頂管頂進壓力的確定
　　1、頂管施工的關鍵問題是準確估算頂管施工所需的推力（頂進壓力）。頂管推力的主要組成是推進過程管道所受的阻力，包括工作管切土正壓力、管壁摩擦阻力及泥水平衡壓力。
　　2、工具管切土正壓力F1與地質情況及工作管形式有關。一般情況下軟土層土體正壓力為20t/m2～30t/m2，硬土層為30t/m2～60t/m2。
　　3、管壁摩擦阻力F與管壁土體間摩擦系數及土體壓力大小有關。管壁摩擦阻力在100kg/m2～500kg/m2。
　　4、泥水平衡壓力F3穿越流砂層，工作管密封，水力出泥。采用泥水壓力平衡地下水壓力，防止泥砂涌入。泥水壓力選擇應合理。壓力過小，泥砂易涌入，造成路面破壞，壓力過大，則增大設備負荷。一般取10t/m2～20t/m2。
　　5、根據上述受力分析，該工程管道在頂進過程中管道所受阻力約為：F=F1+F2+F3=（30～60）×1×3.14+（0.100～0.500）×2×3.14×80+（10～20）=155t～459t。
　　6、考慮不可預見因素，頂管設備推力按其計算最大阻力的1.5倍取值，應選擇設備頂進推力不小于700t。
　　六、靠背結構及靠背的承載能力
　　1、靠背承載能力，根據頂進需要的總頂力，運用靠背土壓力公式核算后背受力及擋樁的長度，使土體所受的力小于土壤的允許承載力。
　　2、靠背作為千斤頂的支撐結構，要有足夠的強度和剛度，且壓縮變形要均勻。頂力反作用力下，不應產生塑性變形。
　　3、該工程選用人工挖孔樁做靠背，樁長應大于10m，樁前構筑50cm鋼筋混凝土墩臺，并在受力面采用55mm鋼板敷墊。
　　4、為保證受力均勻，應嚴格控制墩臺的平面度和垂直度，應與管線中心垂直；人工挖孔樁應與樁芯咬合，樁芯強度達到強度要求后，方可進行頂管施工。
　　七、頂管施工
　　1、頂管施工出土方法
　　頂管施工采用人工掘進頂管施工，人工挖土，小型手推車運土，卷揚機垂直提升出土。如遇流砂層，則將工具管密封，加氣排水，水力出泥。
　　2、工作坑內設備安裝完畢，經檢查符合要求后，進行管道頂進施工
　　首先將管子下到導軌上，就位以后，裝好頂鐵，校測管軸線和管底標高，其符合設計要求后，進行管端挖土。安裝好頂鐵，擠牢，管前端掘進一定長度后，啟動油泵、千斤頂組成的液壓系統，將管子推進一定距離。停止油泵，打開回油控制閥，千斤頂活塞頂桿回縮。添加頂鐵，重復上述操作，直至安裝下一節管子。
　　八、結語
　　本工程在采用頂管施工技術后，減少了大量的土方開挖量，縮短了工期，減小了對周圍建筑物和周邊居民影響。取得了良好的經濟效益和社會效益。掌握工藝設計與施工技術要點有助于合理選擇市政排水施工工藝，更好地為市政工程服務。
　　
　　
　　參考文獻：
　　[1]現行市政工程規范大全【M】．北京：中國建筑工業出版社，2003．
　　[2]周民強.頂管施工技術[J].甘肅水利水電技術,2005(1).