摘要：20世纪90年代，我国开始在多个城市应用顶管法施工并取得成功。此后，顶管法施工技术才真正意义上得到了实质性的发展与进步。文章在阐述顶管法基本原理和优势的基础上，结合南京市江北新区综合管廊项目，对施工关键技术分三阶段进行细化研究，重点明确了顶进推力的计算、优化了管节接口防水构造，针对性的总结了顶管施工中易出现的问题，提出应对措施，旨在为类似顶管法施工提供借鉴参考。
关键词：顶管法；综合管廊；推力计算；接口防水
1引言
顶管法施工是通过一系列机械设备将各类管节依次从始发顶管井，利用掘进机头和顶进推力穿越土层至接收井的暗挖管线施工方法，主要应用于软弱土地层，在不阻断交通、不破坏既有道路和植被的前提下穿越地表及地下障碍物，具有机械化程度高，工期短，造价低，无噪声、绿色环保等显著优势。
2城市综合管廊的定义和特点
城市综合管廊是每一个正在建设的城市中最基本的工程，它也被称为综合管廊。这种综合管廊会集供水、供电或者燃气等两种以及两种以上的市政管线于一体，它建设在城市的地下，主要是铺设市政公用管线所用，这其中还包括支线综合管廊和电缆沟等[1]。城市综合管廊建设的地点是地下，使用的是集约化的设计理念，在地下建设可以节约很多地下空间的资源，也可以避免各专业管线需要不定期进行挖掘，从而避免对道路通行或者环境造成影响。城市综合管廊的出现创造了非常明显的社会和环境效益，而且这种管廊可以容纳防火、通信或者电力等设备，还可以给排水管道或者燃气等各种管线进行统一的管理和设计规划。
在城市建设实际应用综合管廊的时候具有以下特点：
（1）可以实现统一的管理。在城市综合管廊当中有很多地下管道，正因为是统一的管理才可以避免出现被有关部门垄断的现象，提升城市中综合管廊的管理水平和管理效率。
（2）可以提升地下空间的使用效率。现代化城市土地资源的使用率越来越高，也就意味着资源越来越紧张，城市道路的建设对交通有着重要的意义，并且很多市民都开始重视城市中的空间功能。但是大量的房屋和交通占用土地资源，为了可以节约土地资源和美化城市，传统的电话线或者电力线都已经向地下转移，这样就让地下管线变得越来越多，这些管线规划和设计也就变得越来越复杂。如果将城市综合管廊设计出来，可以将地下管线有规划地进行设计，从而将管线合理地分布，提高地下的空间的利用率。
（3）可以提升经济效益。在建设城市综合管理的初期会投入很多的经费，但是在建设成功之后运用以及维护的时候不需要将路面挖开，可以延长城市道路的使用周期，这样能够节省大量修复和维护费用以及保护路面和周围环境。城市综合管廊也就被许多城市运用起来[2]。同时，地下水和土壤中的物质很容易腐蚀地下的管道，影响管道的使用寿命，如果将城市综合管廊建设起来，可以保护管线，减少管材的维修和保养的费用。
3工程案例
3.1概况
某项目J0-J5共计6座顶管井，其中J0井为“方型井”，J1-J5均为“圆形井”。顶管井采用钻孔灌注桩+高压旋喷围护形式。以J3井为例，按“分层开挖”原则，其主要施工顺序为：放坡开挖→灌注桩施工→高压旋喷桩施工（止水帷幕+地基加固）→一次开挖→冠梁施工→二次开挖→围檩施工→三次开挖→垫层施工（钢筋凝土+素凝土+碎石）→内衬施工。此外，顶管井井壁需进行初始洞门凿除，即先在洞门范围内打4个深1.2m探孔，观察孔内渗水情况；然后由上往下分层凿除混凝土、切除钢筋，清理工作面；最后，在洞门周围安装止水圈密封橡胶板，提高洞口止水效果，防止外部水土涌入顶管井。
3.2顶进推力计算
顶进推力的计算是现场施工顺利进行的关键，计算结果将直接影响到千斤顶的规格数量及组合、后靠墙的尺寸设计和最大顶进长度等。顶力设计过大会造成后靠墙过厚、中继间过多等问题，造成浪费，增加成本。
本项目选取最长距离段进行顶进推力F估算，具体如下：F=πD1Lfk+NF其中：D1—管道外径；L—管节设计顶进长度；fk—管节外壁和土的平均摩擦力（kN/m2，触变泥浆减摩擦后，取2kN/m2），NF—顶管机迎面阻力。
3.3顶管机选型与安装
本项目根据管径的不同分别选用准4350和准2910两种泥水平衡式顶管机。此种顶管机是集机械、液压、电控、激光和测量等多种现代化技术于一体的暗挖管廊顶进设备，其在土层中利用自身系统平衡切削接触面的土体压力，自动化程度高，配备操作人员少，安全可靠。顶管机共包括千斤顶、基座、机架和后靠墙四部分。顶力由顶管井允许顶力和管节允许顶力共同决定，且千斤顶要沿管节中心轴线方向左右对称布置，确保受力均匀；基座必须正确定位，牢固，顶进过程中不变形、不沉降；机架通过高强螺栓在工作井内拼装完成，其上两根轨道必须等高、平行；后靠墙中心与顶进轴线重合，且需表面平整，满足顶进工作要求。
3.4顶管管节接口防水
顶管法施工的管节接口连接处是防水薄弱环节。本项目创造性的在管节连接处应用“F型承插口+两道0型聚异戊二烯密封橡胶圈”接口构造措施，解决了传统接口处止水效果差、无法做到事前检测的问题。管节在安装到位顶进施工前和施工完成，应分别进行两次打压试验，打压压力为0.6MP，稳定恒压3min。
4施工过程阶段
4.1触变泥浆控制
利用注浆泵将由膨润土、水和掺合剂三种材料按一定配比混合而成的触变泥浆压至管节与土体的缝隙中，通过触变泥浆良好的流动性，减小顶管顶进过程中的摩擦阻力，压浆按照“先压后顶、随顶随压、及时补浆”的原则，确保顶进的顺利进行。此外，触变泥浆还能在一定程度上控制沉降。
4.2顶进过程控制
在顶管正常顶进过程中，需重点控制顶进速度、出泥量、动态纠偏等参数。顶进速度，初始值一般应控制在10mm/min，正常工作时则可控制在20-30mm/min；出泥量，理论上切削下来的土体混合转化为4倍体积的泥浆，防止超挖或欠挖，正常情况下出浆量控制在理论出浆量的98%~100%；动态纠偏，利用四个动态纠偏千斤顶，通过激光经纬仪的激光束照射在位于钻掘系统的光靶上判断是否发生顶进偏差，操纵液压纠偏系统，调节掘进系统机头产生偏摆，确保顶进方向的正确性。
4.3中继间控制
中继间是将长距离管线分成若干短距离，采用接力逐段顶进的方式增加顶进距离的长距离顶管施工重要措施。中间继的设置位置和数量应根据总顶进推力和管材允许顶进推力来共同确定，一般用钢材制作，沿环向设置千斤顶。其中，每个中继间只负责前面区间的管节顶进，后面区间的管节由下一个中继间负责。
4.4施工结束阶段
顶管顶进施工结束后，管节与土的孔隙应及时注入固化泥浆替换之前的触变泥浆，利用之前的触变泥浆注浆系统及管路实现浆液置换，以防后期引起地面不均匀沉降。固化泥浆注浆要求为：42.5级普通硅酸盐水泥，压密注浆水泥浆液水灰比1:1，经过压密注浆的加固注浆压力0.3~0.5MPa。
5结束语
当前，顶管法施工现场应关注顶进前做好洞门加固和防水处理，做好事前防控。顶进过程中不可控制因素多，经常遇到未知障碍物的影响，使得顶推力出现异常值，造成机头过载烧坏。在顶进前，应仔细研究地勘报告，必要时增加测点的数量，准确预估顶推力。管节安装过程中，防水胶圈易产生脱落、错位、破损等问题。在接头安装时应做好胶圈完整性和气密性检测。此外，应及时调整机头前进方向，避免过程中出现“抬头”和“低头”现象。
参考文献：
[1]王雪，王成虎.国内外顶管施工技术对比分析[J]施工技术，2017，12（46）：1018-1023.
[2]赵明，姚喜民.如何选购顶管掘进机与液压顶推机械[J].工程机械与维修，2011，2：158-161.
[3]祁峰，沈晔.长距离顶管减摩措施探讨[J].特种结构，2007，4：99-101.
[4]吴建军.顶管法在污水管网中的应用技术研究[D].重庆交通大学，2013.