長距離頂管技術

楊寶國，尹秋成

（1.河北省水利水電勘測設計研究院，天津 300251；2.天津市澤寶水泥制品有限公司，天津 301800）

1 長距離頂管技術

隨著市政給排水工程施工技術的發展，鋼筋混凝土排水管的頂進施工越來越受到業主、設計、監理、施工單位的青睞。頂進施工不受地表設施影響，不僅可以進行直線頂進，還可以進行曲線頂進。而且在施工過程中不需開挖明槽，只需在施工段內依據管道走向、施工起始端設置工作坑，在另一端設置接收坑，中間加幾個中繼間，采用頂管機將管道由工作坑向接受坑方向頂進。整個工程全部在地下進行，對地表建筑物、人文設施及人們的日常生活沒有影響。頂管的優點是大大降低施工費用，保護地表設施，降低施工難度。但是由于受地質條件的影響，各地區在頂進施工距離方面參差不齊，特別是天津地區，由于是沖積平原，土壤結構復雜，地基沉降不均，導致施工過程中土壤阻力大，影響單段頂進距離。到目前為止，天津地區的最大頂進距離僅為280m，遠遠低于國內其他地區的水平（上海的最大頂進距離為2000m）。

影響頂進距離的因素有兩方面：

1.1 管道兩端的混凝土強度

在頂進過程中管道的兩個端口是最主要的受力面，由于在施工過程中往往需要糾偏，所以常常會出現管口崩裂現象，造成無法頂進。

1.2 管道被抱死

在頂進施工過程中，為減小管壁與土壤的摩擦，需要邊頂進邊注漿，注漿孔就設置在管道的插口端（以頂進施工法用預應力鋼筒混凝土管為例，管道接口形式如圖1）。注漿孔的位置將直接影響泥漿的分布，泥漿分布不均會產生抱管現象。

圖1 頂進施工法管道接口形式

綜上分析，實現長距離頂進，應從管口加強和準確設置注漿孔的位置著手。

2 管口加強措施

2.1 確定混凝土配合比

本實驗沒有提高混凝土配合比的設計強度，仍然采用符合GB11839—2009《混凝土和鋼筋混凝土排水管》標準要求，頂管的設計強度不小于40MPa，本實驗的混凝土設計強度C50具體配合比如表1，原材料規格如表2。

表1 混凝土配合比

表2 原材料規格

2.2 實驗步驟

本實驗采用對比實驗法進行，也就是用加強的混凝土試件與不加強的試件進行對比試驗。

2.2.1 中心約束實驗

本實驗是將提前制作好的寬度分別為40mm和80mm的正方形加強環放置于立方體試件的中間，如圖2。加強環的厚度4mm，成型養護到規定齡期后與不加加強環的試件進行抗壓強度對比，計算強度提高系數，實驗結果如表3。

圖2 中心約束試件與普通試件

表3 立方體試件中心約束實驗結果統計 單位：MPa

2.2.2 圓柱體試件進行兩端約束實驗

本實驗將提前制作好的外徑150mm，寬30mm和60mm的圓形加強環放置于圓柱體試件的兩端，如圖3。加強環厚4mm，成型養護到規定齡期后，與不加加強環的試件進行抗壓強度對比，計算強度提高系數，實驗結果如表4。

圖3 兩端約束圓柱體試件與普通圓柱體試件

表4 圓柱體試件兩端約束實驗結果 單位：MPa

2.2.3 管道模型試件進行兩端約束實驗

本實驗采用管道模型進行管道整體加強性能試驗，將提前制作好的外徑150mm，寬30mm和60mm的圓形加強環放置于模型試件外壁的兩端，如圖4。再將提前制作好的內徑80mm，寬30mm和60mm的圓形加強環放置于模型試件內壁的兩端，加強環厚4mm，成型養護到規定齡期后，與不加加強環的試件進行抗壓強度對比，計算強度提高系數，實驗結果如表5。

圖4 兩端約束管道模型、無約束模型、模型圖片

表5 管道模型試件兩端約束實驗結果統計 單位：MPa

2.3 實驗結果分析

實驗結果可以看出，由于加強環的存在，約束了混凝土的橫向變形，提高混凝土的承壓能力，其提高比例為150%～190%，而且加強環的寬度將決定強度提高系數。

3 注漿孔位置確定

圖1中右側寬線條即為管道施工時注漿孔的位置，通過現場考察發現，注漿孔的位置直接決定了注漿過程中泥漿的分布情況，如果注漿孔全部被承口鋼環覆蓋，注漿時，泥漿將會被密封在承口和插口的縫隙內，無法保證管道外壁泥漿充足，將起不到潤滑作用；如果注漿孔全部被裸露于承口鋼環外部，注漿時，隨著管道的頂進，泥漿將呈線狀分布，管道外壁只有部分得到了潤滑，潤滑效果不佳；只有當注漿孔一部分在承口鋼環內部，一部分露在承口鋼環外部，這樣的潤滑效果才是最佳的設計方案，通過實際工程試驗得出。注漿孔露出承口鋼環的最佳比例為注漿孔直徑的1/3。

4 結語

（1）在管口的內外壁增設加強環，加強環的寬度不宜小于管壁厚度的1/2，加強環的厚底不宜小于4mm，這樣管道所承受的定力增加50%以上，相應的頂級距離增加了50%。

（2）管子的結構設計，要充分考慮注漿孔的位置，根據施工經驗注漿孔露出承口鋼環1/3為最佳位置，這樣才能保證管道在頂進過程中充分潤滑，進而減小摩擦阻力，增加頂進距離。

［1］GB11839—2009，混凝土和鋼筋混凝土排水管［S］.

［2］GB1596 —2005，用于水泥和混凝土中的粉煤灰［S］.

［3］JCT640—1996，頂進施工法用鋼筋混凝土排水管［S］.

［4］張耀春，曹寶珠.軸心受壓薄壁圓鋼管混凝土柱臨界徑厚比的確定［J］.工程力學,2005,22（1）:170-174.

［5］韓林海，楊有福.現代鋼管混凝土結構設計［M］.北京：中國建筑工業出版社，2004.

［6］GB/T50081—2002，普通混凝土力學性能試驗方法［S］.