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摘要：顶管法作为地下工程中常用的非开挖方法，以其污染少、适用性强、对地面交通及已有建筑物影响小等优点，在管线工程越来越受欢迎，特别是复杂工程条件下应用较多。本文先简要地介绍了顶管（圆形截面）工法的主要流程与施工关键点，以新津县迎宾大道综合管廊配套污水管迁改工程为例，介绍了顶管工艺在复杂管线工程中的特点、关键点及方案比选等方面的问题，为类似工程提供参考。
关键词：顶管工艺；复杂管线工程；矩形盾构顶管
1引言
随着经济的发展和城乡建设的日趋完善，一方面，大量的旧有排水管道需要升级改造，以满足日渐高涨的环保呼声，另一方面，大量的新的环保项目及建设项目建设时的局限，尤其是原城市交通、铁路、轨道交通、房屋建筑及固有水、电、通讯管线的限制，施工环境也越来越复杂多变，顶管施工工艺以其污染少、适用性强、对地面交通及已有建筑物影响小等优点，在管线工程中越来越广泛应用。因此，在复杂管线工程中为减小对既有交通、地下构筑物的影响，需要根据顶管工艺流程和关键点，分析工程中施工的难点，选择合理的顶管方案和配套措施，才能确保项目顺利实施。
2 顶管工法
2.1顶管工法简述
直观地说，顶管工法就是通过传力顶铁与导向轨道，利用千斤顶将预制好的管道节段（混凝土或钢结构）一节节压入地层中，同时挖除并运走管道正面的泥土，到达管道的设计位置[1、2]。此工法所需的临时设施及施工设备主要有：始发井、接收井、千斤顶、反力托架、导向轨道、测量及纠偏设备、中继环、泥浆制备设施、通风设施等。
2.2顶管工法主要流程
以泥水平衡法为例，顶管的主要流程如下：
（1）洞口加固，洞口土体距离凌空面较近，土体稳定性较差，为防止工具管与第一段管节进洞时发生塌落事故，要对洞口土体进行加固处理。
（2）穿墙并安装止水装置，顶管出洞，即工具管与第一节管道进入土层，此时要谨慎测量，因为第一段管节的位置对后续管节的几何线性影响较大，故要确保首个管节在设计位置上。
（3）注入泥浆，目的有两个：一是在管道周围土体空隙中注入触变泥浆形成泥浆润滑膜，主要用来减小推进阻力；二是填充并支撑地层，防止土体出现较大的沉降变形，遵循“同步注浆与补浆相结合”和“先注后顶、随顶随注、注、及时补浆”的原则。
（4）管道测量与纠偏，为了保证顶入管道与设计位置的一致，需实时进行位置测量，当管道轴线与设计轴线有偏差时，要进行纠偏，常采用调整工具管后千斤顶的作用力大小进行纠偏作业，图1为顶管工法主要流程示意图。
土压平衡法较泥水平衡法简单，主要流程示意图如图2。
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图1 顶管工法主要流程示意图
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图2 顶管工法主要流程示意图
2.3顶管工法施工关键点
2.3.1顶管洞口加固
洞口土体的止水性与稳定性的优劣对施工的影响显著，为了提高洞口土体的强度与稳定性，不发生塌落现象，在工作井洞口一定范围内采用旋喷桩或注浆的方法加固土体，在接收井出洞口附近可用同样的方法加固土体，并做好防水工作。高压喷射注浆成机理主要包括五方面：一是压密作用，指的是高压喷射流在破碎土层过程中，在破碎边缘对周围土体产生的压密作用；二是填充、渗透固结作用，指的是高压水泥浆迅速填充土体间空隙，析水固结形成固结体；三是升扬置换作用，指的是压缩空气把部分土体颗粒排出地表，所留空隙为水泥浆液填充；四是混合搅拌作用，指的是水泥浆与土体在喷射压力作用下混合，形成新的结构；五是切割破坏土体作用，指的是土体在高压射流作用下出现空隙。图3所示为旋喷注浆加固土体示意图。
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图3 旋喷注浆示意图
2.3.2触变泥浆系统
在顶管向前顶进过程中，随着管道长度的增加，其所受的摩阻力也随之增大[3]，故千斤顶需施加的推力也随之增大。这会带来两个问题：一是对混凝土顶管而言，其所能承受的推力有限，过大则会损坏混凝土。二是主推千斤顶后的反力托架所受推力有限，若推力不断增大，将影响到反力托架的安全与稳定。利用触变泥浆系统将泥浆压入顶管四周，在顶管与土体间形成一润滑膜，从而减小顶进阻力，进而增加顶进距离。此外，在注浆压力作用下，管道周围土体更加稳定，体现出泥浆的支撑作用，可以增加土体稳定性与安全性。注浆孔一般沿管节周边布置，按120°均布3个或90°均布4个。图4为泥浆系统示意图。
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图4 泥浆系统示意图
2.3.3顶进测量与纠偏
为保证顶入管节空间位置的准确性，需在工作井处设置观测台，并将地面水准点引入工作井，测量频率一般为顶进0.5m/次，此外需考虑工具管在顶进过程中的纠偏能力。在对地面沉降有严格要求的条件下，还需要在地面上沿管道方向设置观测点，将观测数据实时反馈给施工人员，便于实时调整顶进方案。当发现工具管头部偏离设计轴线时，需利用工具管后的纠偏千斤顶调整工具管端面姿态位置，调整偏差使工具管回到设计位置。纠偏时应贯彻“勤测、勤纠、缓纠”原则，禁止一次性剧烈纠偏，避免对管节和后续施工造成不良影响。
3顶管工法在管线工程中的应用
3.1顶管工法在管线迁改工程中的应用
以新津县迎宾大道综合管廊建设项目配套污水管迁改工程为例，介绍顶管工法在旧有排水迁改中的应用。
该项目位于新津县老城区迎宾大道与希望路交叉口，地下构筑物较多，包括房屋地下室、各种市政管线（军用光缆、电力、通信、污水、排水、给水等）和化粪池，在同步实施的还有地铁10号线五津站和综合管廊，交叉工程密集，如图5所示。污水管（DN1000）迁改工程的施工直接关系到地铁五津站附属结构及综合管廊项目的顺利实施。
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图5 污水管迁改平面布置图
3.1.1施工中的难点
1）地质条件差。施工场地地势较平坦，地貌单元为岷江水系冲积平原Ⅰ级阶地，表层为人工填土，其次为杂填土、素填土、粉质黏土、细沙和粗砂，中间为砂卵石层，下面为泥岩层，污水管刚好处于砂卵石层，地基承载力特征值达200kPa以上。
2）顶管临近地下构筑物较多。由于顶管距离房屋地下室较近，最近离管中心仅2m，同时顶管附近有较多市政管线，如军用光缆、污水干管、给水干管（砼）和化粪池等，要充分考虑顶进过程中，地表沉降或坍塌对周边建筑物和既有市政管线的影响，确保安全，必须加强对地表变化的观测，并采用注浆加固保护措施。例如，P4—P4+工作井之间有一化粪池，尺寸约11m×10m×4m，另一侧有一φ300污水管（塑料波纹管），土质为砂卵石，顶管顶进施工过程中顶管上方土体变形沉陷引起化粪池及污水管渗漏风险较大，为保证施工安全，在顶管施工前对顶管上方土体进行注浆预加固处理。
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图6 顶管施工加固处理示意图
3）工作井或接收井与既有污水管道冲突。由于受周边建筑物、市政管线和地铁车站及附属结构、综合管廊的空间限制，污水迁改工作井和接收井与既有污水管道冲突，在顶坑下挖过程中遇到既有污水管道，需对该处污水管上游所有的污水管线标高进行调查，若均比该处污水管高程高，则可调整标高，原位顶进，但需对既有污水管道进行保护。
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图7 顶坑下挖遇到既有污水管道处理措施图
3.1.2顶管施工方案的选择
目前，在顶管施工中最常见的有三种顶进工艺，分别为人工掘进法、泥水平衡法和土压平衡法。结合周边环境、地下管线、构筑物等实际情况，本工程采用手掘法顶管。
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图8 手掘式顶管法施工图
3.1.3施工注意事项
①顶坑开挖前，首先要人工挖掘调查既有管线分布情况，特别是燃气、军用光缆，避免造成严重事故，若遇到既有管线需采取保护措施，有必要的话对顶坑位置进行调整；②在顶进过程中，要加强地表沉降观测，人工挖土时要注意坍塌，不宜过长，遇到地质条件差的，可以缩短开挖长度，及时顶进。
4结语
在城市化发展的背景下，顶管工法以其减少土方开挖、建设周期短、对周边环境干扰小等优点，取得了良好的经济效益与社会效益，特别是在工程周边环境较复杂的情况下，为了减小对既有构筑物、交通运营的影响，顶管工法首当其冲。
本文先详细介绍了顶管工法的工作流程和施工关键点，再结合新津县迎宾大道综合管廊配套污水迁改工程、水污染治理工程等项目，针对周边建筑物、地下既有管线及构筑物较多以及绕行困难等复杂环境下，针对顶管工法的施工难点、方案选择及施工注意事项进行了较全面的论述，以可为在类似工程项目提供一定的借鉴作用。
参考文献：
[1] 向炎标.城市道路下埋管道的顶管施工技术研究[J].城市道桥与防洪，2018，02.
[2] 李家鑫，于庭伟.顶管施工技术在市政工程中的应用[J].施工技术.2007，（07）：23-25.
[3] 丁晓梅.浅谈市政给水管道中顶管施工技术[J].科技创新与应用.2015，（04）：111-113.
[4] 艾祖斌.泥水平衡法顶管施工过程控制研究[J].城市道桥与防洪，2017，（12）：137-139.
[5] 孟宪翚.复杂地质条件下污水管道顶管施工技术的选择与应用[J].中国给水排水，2016，32（08）：134-138.