頂管設(shè)計經(jīng)驗淺析

丘科勝

廣西城鄉(xiāng)規(guī)劃設(shè)計院省市

頂管設(shè)計經(jīng)驗淺析

丘科勝

廣西城鄉(xiāng)規(guī)劃設(shè)計院省市

市政排水管道是城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中十分重要的一部分，我國城市的整體基礎(chǔ)設(shè)施尤其是城市的排水管道建設(shè)較為陳舊，因此需要對城市的市政排水管道進行綜合的改造和設(shè)計。本文旨在通過對市政排水管道頂管設(shè)計與施工的研究為提升城市市政排水管道的建設(shè)質(zhì)量和效率提供借鑒和依據(jù)。

頂管設(shè)計；頂管施工

前言

頂管設(shè)計與施工在市政工程中，特別是深覆土大管徑的管道工程和交通繁忙的城市主要干道改造工程中尤顯重要。在特定工程條件下，相對于開槽埋管更具有優(yōu)越性。這種方法能夠節(jié)省大量的人力、物力和財力，但是在具體的實施過程中，存在著一定的危險，因此，頂管設(shè)計方案的合理性與施工中的嚴(yán)格控制尤其重要。

1　頂管的設(shè)計與施工

1.1頂管設(shè)計

頂管工程設(shè)計主要包括：卸荷拱法（隧道施工法）和無卸荷拱法。

卸荷拱法（隧道施工法，即普羅托基亞卡諾夫理論），在原狀土中頂管，覆土作用在管道上的垂直荷載，僅計算土層內(nèi)形成的、自然卸荷拱以下高為h1塌落區(qū)內(nèi)的土荷載，同時根據(jù)合理拱軸理論，卸荷拱上界面應(yīng)自然形成為拋物線：

卸荷拱的高度h1按下式計算：

式中fk——土壤的堅實系數(shù)；

a1——意義見右圖所示，

DO——頂管（或坑道）的直徑，m；

φ——土壤的內(nèi)摩擦角。

當(dāng)按卸荷拱計算土荷載時，要求滿足fk≥0.6（土壤的堅實系數(shù)）和管頂覆土深度H≥2h1。當(dāng)有實踐經(jīng)驗時，H可適當(dāng)減小，但不小于1.3h1。此時作用在管道上的垂直土荷載可按管頂以上h1高的土柱計算，且不考慮地面活荷載的影響，管頂總的垂直土荷載按下式計算：

式中 γs——土的單位重度，kN/ m3

Do——管道外直徑，mm。

當(dāng)頂管工程不能滿足fk≥0.6（土壤的堅實系數(shù)）和H≥2h1時，應(yīng)按管頂以上全部覆土計算土柱的壓力，管頂垂直荷載計算式：

按無卸荷拱法：

頂管在砂、卵石、砂卵石等土層中，或穿越河底軟土層，無法形成卸荷拱時，管頂垂直土荷載同樣按上式計算。

近年來實際頂管工程設(shè)計中，頂管頂力計算，多采用下列簡單的經(jīng)驗公式：

F=nDPL

式中L——管長，m；

n——土質(zhì)系數(shù)。

不同的地層，土質(zhì)不同，n取值不一。當(dāng)為粘土、亞粘土及含水量較小的亞砂土n=1.5～2，當(dāng)為密實的砂土或含水量較大的亞砂土n=3～4.因此經(jīng)歷的頂管工程中：鋼筋混凝土管，管徑頂管長60～100m，按上式計算頂力，其中土質(zhì)系數(shù)多數(shù)取用3～4。施工質(zhì)量滿足設(shè)計要求：頂管偏斜誤差、頂管施工坡降誤差均小于規(guī)范要求值。

頂管設(shè)計中的工作井與接收井

頂管施工雖不需要開挖地面，但在工作井與接收井處必須開挖。工作井、接收井構(gòu)筑方法有多種，近年來常用的沉井法、逆作法。

沉井方式施工的工作井、接收井，如果所頂管子的覆土較淺，采用一次澆搗一次下沉就可以了，如果管子覆土深度比較深，就必須采用多次澆搗多次下沉的方式。比較淺的沉井，可以先降水再下沉的干式沉井施工，而比較深的或離現(xiàn)狀構(gòu)筑物較近的沉井，則采用不排水的濕式沉井施工，最終在水中封底以后再排干井中的水。

逆作法的井壁施工順序與沉井法相反，逆作法一般沿深度每開挖1m作為一個施工節(jié)，由于其井壁是在井底施工，人員的安全與井壁的質(zhì)量易存在隱患，但是其施工方便、速度快、造價偏低，近年來對一些地下水位較低、隔水性好的土質(zhì)，或無房屋、地下管線、河塘、架空電線等項目常采用此施工方式。

工作井、接收井的選址應(yīng)盡量避開房屋、地下管線、河塘、架空電線等不利于頂管施工作業(yè)的場所，尤其是工作井，它不僅井內(nèi)有大量設(shè)備，而且地面上還有堆放的管子、注漿材料和提供渣土運輸或泥漿沉淀池以及其他材料堆放的場地，還要有排水管道等。如果工作井或接收井太靠近房屋、地下管線、河塘、架空電線等，在施工過程中不僅容易存在人員的安全隱患，而且容易造成現(xiàn)狀構(gòu)筑物的損壞，給施工帶來麻煩。有時因場地限制原因無法改線，為確保施工安全，必須對其進行加固處理后方可進行頂管施工。

1.2頂管施工

頂管工程施工包括：頂坑后背墻設(shè)計、管前挖土、注入觸變泥漿、頂管頂進等工序，這些工序的各種工藝都已趨于成熟和規(guī)范，已總結(jié)出一套完整的經(jīng)驗和實施方法，在次就不再贅述，下面以一些實例來說明頂管施工中的一些問題。

當(dāng)頂管處于地下水位以下，且管道穿越的土層為砂性土?xí)r，應(yīng)首先對地基進行止水固化措施，如采用高壓旋噴樁止水固化等。因砂性土遇水容易形成流砂，危及施工人員安全且會擾動管基造成管節(jié)易位等。廣西某污水管道工程，鋼筋混凝土管φ1.5m，管道埋深4～12m，穿越土層為粉土，靠近河邊，河水常水位高于頂管頂面約1.0m，采用降低地下水位至管底下0.5～1.0m、人工頂管的施工方式，施工中出現(xiàn)嚴(yán)重的流砂、塌陷及管節(jié)易位情況，項目造成嚴(yán)重損失。

又如廣西某污水截流工程，其中一段管段，管徑φ1.0m，頂進長度為80m，埋深約7米，由于場地限制原因，一接收井不得不設(shè)在一年代久遠的幾層民房旁，最近距離為3m，頂管管頂以上為亞粘土，管底以下為砂礫石層。安全起見，接收井采用不排水的濕式沉井法施工，在水中封底以后再排干井中的水，井壁周邊用高壓旋噴樁進行止水加固，最終頂管施工順利通過該處。但是在頂進過程中又遇到一道與頂管正交的混凝土擋墻，為馬路護坡?lián)鯄鯄駷?.35m，為使頂管穿過依靠人工進行了剔鑿，工作條件很困難。當(dāng)頂進長度至65m位置，又遇上一條斜穿頂管的光電纜，該電纜為某軍事單位的重要電信電纜，施工中差點挖斷。

上述工程實例表明頂管施工中碰到的問題主要來自對頂管周邊環(huán)境了解不夠，包括地質(zhì)情況、地下水位，頂管和其他管線交叉情況等，這些為以后的工程引以為鑒。

2　結(jié)束語

總而言之，通過這幾年頂管設(shè)計與施工，積累了一定的實踐經(jīng)驗，但是還有許多問題有待研究，相信通過廣大同行的努力，市政排水管道的頂管技術(shù)經(jīng)驗日臻提高和完善。

［1］徐至鈞.管道工程設(shè)計與施工手冊.

［2］余彬泉陳傳燦.頂管施工技術(shù).

［3］梁紹容.市政排水管道頂管工藝的設(shè)計和應(yīng)用［J］.科技風(fēng)，2011（07）.