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浅谈顶管施工的过程控制和技术管理
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内容提示：顶管工程是一门综合地质学、电子技术、机械、冶金、液压控制及化学等多门学科的综合性土建工程。顶管施工在我处已经开展了一年时间，通过这一年多的实践我们积累了较为成熟的经验，如对于顶管机械的理解及设备改造形成我们自己看法，对于施工过程中的各个方面（如冒浆、地面隆沉情况分析、顶进中的压力控制、复杂地层的顶进控制、轴线偏差控制等）也积累了一些技术处理措施。这些都是我们的宝贵的财富。本文整理一些思路和感想并就
1、前言
顶管工程是一门综合地质学、电子技术、机械、冶金、液压控制及化学等多门学科的综合性土建工程。顶管施工在我处已经开展了一年时间，通过这一年多的实践我们积累了较为成熟的经验，如对于顶管机械的理解及设备改造形成我们自己看法，对于施工过程中的各个方面（如冒浆、地面隆沉情况分析、顶进中的压力控制、复杂地层的顶进控制、轴线偏差控制等）也积累了一些技术处理措施。这些都是我们的宝贵的财富。本文整理一些思路和感想并就相关问题和各位同事探讨交流，希望对今后顶管施工的发展有所帮助。时间仓促再加上本人才疏学浅，错误之处尚请各位同事批评指正。（参考《建筑中文网》）
2、顶管方案选定
2.1现场踏勘及调查
定位测量后进行现场踏勘及调查工作。
（1）观察现场人、车流情况确定人流及车流交通组织及路线，考虑在路口设立交通导向牌、高峰期安排人员指挥交通。
（2）调查周围民房与现场的距离，确定防噪音方案，并考虑是否向业主提出建造发电机隔音房。
（3）调查周围有没有施工用水的水源。
（4）摸查清楚附近的排水系统，设计最佳的排泥水线路，必要时施工临时排水管道，避免污水横流。
（5）了解周围建筑物的用电负荷及用量看是否需要租用发电机。
（6）对于现场的煤气、电力、通讯、煤气、供水等管道现场定位并标示出来看是否需要拆迁。
（7）看是否有架空的管线及结构物影响到顶管设备的吊装。
（8）周围是否可以接用办公用电。
（9）查询附近结构物的竣工图及相应设计变更。
（10）调查雨水渠箱、原有污水管道等埋设较深的市政地下构筑物。
（11）对于附近一些桥梁等构筑物调查其桥台基础、桩基深度及间距，附近建筑物基坑采取什么结构形式，是否采用喷锚结构施工，其长度是否在顶管顶进轴线内。
（12）打听顶进路线地面上以前是否拆除过旧有的建筑物或地下构筑物，是不是有一些废弃临时设备及支架基础，是否原来有垃圾填埋场等等。
（13）考虑到旧的竣工图不详细甚至可能有错误，尽量利用一切可能的手段调查，尽可能分析到一切不利影响因素。
在这阶段，笔者建议注意以下几个细节：
①进场前采用多媒体资料记录原有地貌及地面原有裂缝情况。
②地面沿着顶进轴线每5m～10m测出原地面初始标高。
③安装水表和电表并会同业主方共同见证初始读数并签名。
④现场踏勘及调查后作记录并存档备查。
2.2前期技术准备
笔者认为前期技术准备主要重点在于地质情况的摸查及设备的选型。
顶管施工的大忌是对地质情况的摸查不够清楚，一般而言，设备一下井，工程的成败顺利与否就已基本经定了。所以前期的地质情况调查是重中之中的工作。我们可以尽量要求业主及设计方提供顶管顶进路线详尽的地质资料。尽量了解土层的物理性质（颗粒组成、含水量大小、透水系数及塑性指数）、力学参数（标准贯入值、内粘聚力及内摩擦角）、分布状况（分布范围及埋深厚度）等等。了解地下水的状况及变化规律如地下水来源、水面标高及是否受到潮汐影响而变化等。如果有砂层则要搞清含砂量多少及砂的细度情况及级配关系。岩层则要搞清楚是否有裂隙发育。如果是风化岩层则要搞清楚是否强风化、中风化抑是弱风化，其抗压强度及抗剪强度多少，是粉沙质泥岩还是砂岩，是否为条片状结构还是整体结构等等。一般来说现行业主及设计单位提供的地质资料不够详细，甚至是截然不同（有时设计单位利用相近位置工程的地质资料），作为施工单位，我们一定要求业主补钻。业主应承条件下我们自己也可以在顶进线路上补鉴别孔，局部问题点补技术孔。
根据土质情况参数可以选择采用的机头形式，首先从设备厂家处了解到该机头适应的土层范围及该设备的特性和优缺点。有时设备厂家从其利益出发往往比较保守，有些设备经销商对专业可能并不太了解，这时我们要依靠对设备和土层的认识形成自己的判断。总的来说，有地下水及流沙的情况一般不能采用前端开敞式的工具头而要采用机械顶管。多刀盘的形式主要用于上海地区等的软弱土层，对于广州地区大面积的颗粒较大的黄粘土土层并不适用。而同样的大刀盘的机头由于不同厂家的设计形式而有不同的效果。
一般来说，刀头的转动形式，刀架的设计形式、刀具的布置、采用驱动的形式、刀具的稀有金属的掺量及加工精度等等因素决定其能对付的土层强度有多大。分段式结构的机头的具体机械尺寸、重心以及重量影响到机头是否在软弱土层中顺利顶进而不会下沉。机头是否外套筒内切削方式还是全断面的切削形式决定着顶进的顶力大小。机头超挖刀的设置是否与相应土层的情况相适应。
笔者认为目前我处设备中伊势机在河床冲积含砾石土层中有其优势。海瑞克设备范围最广，能对付N值小于5的土层到较硬的中风化土层。国产设备由于技术缺陷及材料缺陷只能运用于较为均匀的土层。建议根据工程实际情况选择机头、如果我处没有相应设备是否考虑可以外租。机头选型并非选口径，而是包括多方面因素的综合考虑。总而言之一切都是为了工程。
笔者希望作为项目部来说：
①每隔25～30米作鉴别孔、关键点加密并作技术孔。
②组织处里各方包括设备科及顶管队讨论机头设备选型。
③预定管材厂家，并提出相应技术要求及进场计划。
2.3方案设计及工期计划
有了前期的准备工作，可以集中精力考虑方案设计。主要包括有线路及井位设计、顶力计算及管材设计、工作井及接收井设计、检查井设计、平面布置设计、施工过程组织设计、监测及预警措施设计。
2.3.1线路及井位设计
顶进距离考虑到设备情况及周围环境综合决定。考虑到工作井的造价比较昂贵，尽量少一些工作井，尽量安排往两个方向顶进。由于现行设计院设计管道大多按照明挖方式设计，在现场调查后尽量优化线路设计，避开不利顶管的土层、尽量让顶管线路避开结构物及树木。最好在每个工作井或者接收井内设计成检查井位。线路与附近结构物的距离设计必须考虑到以后作检查井的方便和空间，尽量避免冲突。检查井间距按照现行规范可以和设计单位研究适当加长。顶进深度范围内土层较为复杂时，与设计部门协商考虑抬高或者降低标高。
建议：综合对冲突。检查井间距按照现行规范可以和设计单位研究适当加长。顶进深度范围内土层较为复杂时，与设计部门协商考虑抬高或者降低标高。
建议：
①综合对设备认识及施工经验，笔者建议每段顶进长度最好不超过150米。
②尽量避免顶进轴线有树根竖向生长的树木。
2.3.2顶力及管材设计
顶力现行有很多的计算方法和模型来计算。其实这些方法只能作为定性分析和综合取值考虑，按照传统上顶力大小主要和土质及是否注浆有关。实际上顶力大小和很多因素如土层的变化情况、是否有纠偏、采用设备的形式、机头的切削形式、采用管材形式、后靠背的刚度、工作井的形式、注浆的压力、顶进速度等等有关。我们在实践中也可以证明这一点，现行考虑采用整体三维模型，考虑多参数系统来模拟顶管顶进过程中各结构的受力情况。以后我们可以在这一方面加以进一步研究。一般采用经验公式也就足够对付一般工程。
对于管材的设计，现行对于管材的配筋量、钢筋布置、砼的强度及端部的细部处理都区别于一般承受纵向线荷载的排水管道，一般可以按照轴心受压柱的考虑来设计管材，但是注意到顶管是需要纠偏处理的情况，必须考虑到管道的偏心受压及局部应力集中的情况而要预留一定的安全系数。顶管有时要在管内挂设各种管道及焊接相邻管道而考虑在局部细部构造上进行一些改进。
笔者个人认为：顶力设计及管材的强度计算的最好取安全系数2.
2.3.3工作井及接收井设计
考虑工作井的设计方式：
（1）工作井的深度。首先与顶管队确定设备的顶进轴线与设备底架的距离。注意到海瑞克设备管道是靠顶环悬空对心顶进管道，伊势机与国产机是采用导轨定向顶进。一般工作井深度＝设计管道轴线到地面距离+设备需要顶进轴线到设备底架的距离+预留排水距离（一般为10cm），如果采用钢管顶管注意前部预留钢管焊接位的深度。
（2）工作井的平面尺寸。考虑到顶管的多方向顶进方向可以采用圆形工作井或者多边异形井。一般来说采用的是矩形平面尺寸。宽度必须考虑到设备顶架的宽度、操作空间、泥水泵的放置、基坑内盘通装置（如果有的）等因素。长度必须考虑到顶架长度、千斤顶行程、后靠背厚度、密封圈厚度、下管及连接管道的方便、连接泥水及电缆管的操作空间。对于钢管顶管还要考虑到定型产品的长度及焊接位等因素。如果双向顶进则要考虑先顶进管道的最后留在井内的长度对后续反向顶进的影响。
原文网址：http://www.pipcn.com/research/200712/9705.htm
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