摘要：在城市环境下进行给排水管道工程施工时，受社会交通、地上地下建构筑物等影响较大，长距离顶管技术随之得到长足发展。针对该技术及其应用，笔者结合自身实践，浅谈一下个人的认识，以供参考。
关键词：城市道路；长距离顶管技术；给排水管道工程
引言
顶管施工作为一种地下管道施工方法，在工程实践中已经有很广泛的应用。在城镇道路下方实施给排水管道顶管施工时，受管道敷设周边环境限制，当有条件实施的工作井之间距离过大时，长距离顶管将不可避免。对于相关的关键技术进行分析总结，很有必要。
1长距离顶管施工技术及其发展现状
顶管施工技术是继盾构施工技术之后发展起来的一种地下管道施工方法。它最早始于1896年美国的北太平洋铁路铺设工程施工。国内在20世纪50年代在北京和上海先后应用。在20世纪60年代，国内实现口径2m的钢筋混凝泥土管的一次推进距离120m,并开创使用中继间的先河。国内的顶管技术历经近70 年的发展，业内对于长距离顶管的认知也在发展变化。以前认为每一段连续推进距离都在100m以上的顶管工程即是长距离顶管。随着技术进步，目前认为顶进距离在300m以上的顶管工程是长距离顶管。
在技术发展过程中，顶管施工设备、顶管管材、注浆减摩材料、中继间技术等都取得了长足的进步。目前，长距离大口径的顶管日渐增多。顶管施工技术也由原来的穿越铁路、公路、河流等的特殊施工手段，转变为常规工艺，一次连续顶进的长度也越来越长，最长可达数千米。同时，顶管技术对复杂地质条件适应性也在不断提高。
2影响城市给排水管道长距离顶管施工的关键因素分析
在城市环境下实施给排水管道长距离顶管施工，由于一次连续推进距离长，于是诸多因素对长距离顶管产生了制约作用。主要的制约因素包括：周边环境、顶管机输出推力、给排水管道的承载力、顶管后背承载力、排土方式、管径大小、测量精度、顶管机关键部件寿命和运维状态、通风及供电等。
3 城市给排水管道长距离顶管施工关键技术分析
3.1顶管机设备与给排水管道的管材选择
顶管施工中最流行的三种平衡理论分别为气压平衡、泥水平衡和土压平衡。从目前的发展趋势来看，土压平衡顶管机更适合在城市内开展长距离顶管作业。主要基于以下几个原因：土压平衡顶管机顶进中产生的渣土比泥水平衡顶管机产生的泥浆更容易处理，施工占地相对更小；土砂泵的应用，使渣土的长距离运输和连续排土、连续顶进成为可能；土压平衡顶管机的设备复杂性较另外两种也简单的多。顶管机中各种密封件、切削刀头等关键部件的使用寿命对于长距离顶管的成败都有很重要的影响，因此在工前及施工过程中都必须做好设备的运维保养，确认并确保顶管设备的可靠性。
长距离顶管中设备的顶力输出是基本保障之一，理论上只需增加主顶油缸的推力即可实现，但实际上管道材料的实际承载力与推力之间形成相互制约的关系。给排水管道一般包括钢筋混凝土管、钢管、球墨铸铁管、PE管等，长距离顶管一般选择钢管、钢筋混凝土管。钢管的抗压强度可达到210MPa，为首选管材；常用混凝土管的抗压强度为13~17.5MPa；玻璃纤维加强钢筋混凝土管因为采用了一种特殊的耐碱性玻璃纤维，其管材抗压强度达到90MPa~100MPa，特别适合深覆土情况下的长距离顶管。长距离顶管的管径宜不小于1.8m，以方便人员作业。接口形式宜采用F型接口。
3.2工作井及后背墙方案选择
城市道路交通量较大，周边地上地下建构筑物分布复杂。因此工作坑的位置选择需尽量远离房屋和带压管线等重要的建构筑物，尤其应避免在电力架空线下作业。可根据环境情况选择钢板桩、沉井、锚喷倒挂井壁、地下连续墙等支护方式。后背墙结构一般为素混凝土。为增大后背墙有效承载能力，可采取适当加宽后背墙宽度及墙体受拉面增加钢筋的措施。
3.3注浆减摩的方案选择
注浆减摩是长距离顶管的成功与否的一个极其重要的关键性环节。注浆减摩的效果取决于顶管中管道外周能否形成比较完整的润滑浆套。因此，必须谨慎选择注浆材料和注浆工艺。
目前顶管注浆润滑材料有两类，一类以钠基膨润土为主，以纯碱为分散剂，以CMC或石膏为增粘剂，还可加入高分子胶凝剂，使浆液保持在胶凝状态下，防治地下水对浆液的稀释及防治浆液在土体内扩散；一类是人工合成的高分子材料，例如产于日本的，专供长距离顶管用的IMG减摩材料等。
从注浆工艺上说，注浆孔的布置、注浆泵的选用及注浆压力均对注浆效果有很直接的影响。在顶管机后必须连续放置3节至4节有注浆孔的管道，不断注浆以保证浆套完整。并在其后间隔数节管道放置1节有注浆孔的管道用于补浆。为提高注浆效果，注浆孔中应设单向阀。注浆泵应选用脉动很小的螺杆泵，以减少浆液在土体内扩散的程度。注浆压力不宜过高，以防冒浆。压力过高反而不易形成浆套，将造成推力增大。深覆土的粘土中施工时，尤其应警惕这种问题的发生。
3.4中继间的施工技术分析
在选用了较高承载力的管材、采用了注浆减摩措施后，仍无法满足推进距离的要求时，必须采用中继间。中继间的结构由壳体、油缸和密封件等主要组件组成。为减少长距离顶管的压力损失，对于较大管径的管道，宜采用在中继间附近安装一台中继间油泵的方式供油。第一只中继间应置于比较靠前的位置。当总推力达到中继间总推力的40%~60%时，应安放第一只中继间，以后每当达到中继间总推力的70~80%时，安放一只中继间。当主顶油缸达到中继间总推力的90%时，就必须启用中继间。在高水压或深厚覆土环境下，应对中继间进行改造，尤其必须保证止水密封圈的万无一失。
3.5供电与通风的施工技术分析
长距离顶管供电时，考虑到低电压长距离输电产生的压降，可能导致电气故障增多，因此一般采用380V以上的供电电压，较长距离顶管一般采用1000V高压供电。地下管道内供电线路安全维护工作必须高度重视。
长距离顶管施工时，地下有限空间内连续作业时间更长，作业人员需要消耗大量氧气，另外周边土体内也可能存在有毒有害气体需要及时排出，因此，长距离顶管的通风问题不容忽视。通风方式包括鼓风形式、抽风形式、鼓风抽风组合方式等三种。三种方式各有优缺点，首先鼓风式通风能迅速排出工作面有害气体和烟尘的能力强，安全性能好，但因其风压在风管内衰减较大，是不能用于太长距离顶管的，而且容易在工作坑底积聚污浊空气；抽风式通风能把浑浊空气从吸入口沿风道排出，工作坑上部的新鲜空气不断对管内进行补充，通风效果较好，当通风距离较长，也可两台抽风机串联使用；为获得理想的通风效果，必须采用组合式通风，其方式有两种，第一种为鼓风为主、抽风为辅的长鼓短抽方式，第二种为抽风为主、鼓风为辅的长抽短鼓方式。当风机串联使用时，必须分台启动。
3.6施工测量和监控量测
长距离顶管需采用经校准的高精度测量仪器设备，规范操作并多方校核，确保施工测量精度。城市环境下实施顶管施工时，对工作坑及顶管管道周边环境需要做好施工监控量测，根据监控量测数据，及时采取有效措施，控制周边环境的变形，切实做到信息化施工，确保长距离顶管的施工安全及周边环境安全。
结语
总之，在城市给排水管道长距离顶管施工中，需加强对周边环境的现场调查，明确工作坑及顶管施工周边的地质条件、水文条件、管线及建构筑物的空间位置、结构形式、运维状况。在对长距离顶管的关键技术要点充分了解的基础上，合理确定设备的关键技术参数，确保设备的可靠性满足长距离不间断顶管施工的需求。要重视优选管材，优化后背墙承载能力，并采取有效的注浆减摩措施，合理设置中继间。施工中要重视供电、通风，强化施工测量和监控量测，切实做到信息化施工。在确保环境安全的前提下，为社会提供高质量的给排水管道工程产品。
参考文献
[1]余彬泉，陈传灿.顶管施工技术[M].北京：人民交通出版社，1998.
[2]北京市政建设集团有限责任公司等.给水排水管道工程施工及验收规范：GB50268-2008[M].北京：中国建筑工业出版社,2008.