1、1顶管技术在保定市南水北调配套工程中的应用摘要：顶管技术就是非开挖施工方法，是一种不开挖或者少开挖的管道埋设施工技术。由于其在穿越交通工程施工中的众多优点而逐渐被广泛应用，本论文主要介绍了顶管的设计方法和顶管的施工注意事项，对于进一步提高顶管设计和施工水平具有一定借鉴意义。 关键词：南水北调配套； 顶管 ；穿越公路； 输水管线 Abstract: the pipe jacking technology is non excavation construction method, is a kind of pipeline without excavating or less excavatio
2、n of buried construction technology. Because of its many advantages in through traffic engineering construction and is becoming widely used, this paper mainly introduces the construction design of pipe jacking method and matters needing attention, to further enhance the level of design and construct
3、ion of pipe jacking has certain reference significance Keywords: South to North Water Transfer Project; pipe jacking crossing the highway; water pipelines; 中图分类号：文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012 2项目背景：保定市南水北调配套工程水厂以上输水管道工程是南水北调工程的重要组成部分，是省政府确定的重点工程，2014 年建成通水是省委、省政府做出的重大决策。建设南水北调配套工程是解决保定市市水资源供需矛盾的必须之举。
4、工程概况 保定市南水北调配套工程水厂以上输水管道工程第二设计单元主要为保定市（郑家佐） 、满城县、大王店产业园区共计 3 条输水管道，线路长度约 24.205km，管线规模 7.26m/s0.74m/s，供水目标为保定市区、满城县、大王店产业园区。主要设计包括箱涵工程、管道工程，及穿铁路、高等级公路顶管工程等。本论文详细介绍保定市北三环（G107）顶管方案。 保定第二水厂输水管道在保定北三环口与西二环交口立西侧 150 米处与保定北三环交叉，交叉位置公路桩号为 K149+006，叉角度为 76。保定北三环现状道路等级为一级路，路基宽 37 米，路面宽（212.25）米，绿化带宽度 6m，两侧排
5、水沟宽度 10m。采用顶管施工，顶进总长 72米，南侧设工作坑，北侧设接收坑，管顶埋深 5.0 米，管材采用 DN2000 级钢筋混凝土管，设计荷载等级采用公路级，采用人工手掘式顶进。一、结构分析计算 1、钢筋混凝土顶管计算理论及结构配筋计算 本项目中顶管的施工方式采用手掘式顶管，选用 CECS 法计算，即顶管时管顶土体将发生变形，管体外缘处的土体按照主动极限平衡出现裂3缝，形成一定范围的土柱作为计算隔离体，而管顶上土柱荷载通过土体剪力传递扩散给两侧土体，由分析竖向力系平衡条件，得出管顶处土体处于主动平衡时的裂线宽度和管顶竖向土压力计算系数，用以计算管道结构上的竖向土压力。 管道结构设计按照下
6、列两种极限状态计算。(1)承载力极限状态：顶管结构纵向超过最大顶力破坏，管壁因材料强度被超过而破坏；柔性管道壁截面丧失稳定；管道的管段接头因顶力超过材料强度破坏。(2)正常使用极限状态：柔性管道的竖向变形超过规定限值；钢筋混凝土管道裂缝宽度超过规定限值。 管道结构的内力分析，均按弹性体系计算，不考虑由非弹性变形所引起的塑性内力重分布。 2、顶进力计算 顶进力为初始顶力与各种阻力之和。 (2-1) 式中：F顶进力（kN） ； 初始顶力（kN） ； 管外径（m） ； q管周边均布荷载（kPa） ； W每米管的重力（kN/m） ； 管与土之间的摩擦系数（） ； 管与土之间的粘着力（kPa） ； L顶
7、进长度（m） 。 4在手掘式顶管中，其初始推力为： （2-2） 式中：N标准贯入值。 为了求出管周边的均布荷载，我们可先求出管顶上方土的垂直荷载与地面的动荷载，然后把两者加起来作为管周边的均布荷载。即： （2-3） 式中：管顶上方土的垂直荷载（kPa） ； p地面的动荷载（kPa） 。 （2-4） 式中：土的容重（kN/m3） ； c土的内聚力（kPa） ； 管顶土的扰动宽度（m） ； 土的太沙基荷载系数。 而(2-5) 式中：K土的太沙基侧向土压系数（K=1） ； 土的摩擦系数（） ； H管顶以上覆土深度（m） 。 而（2-6） 式中：挖掘的直径（m） 。 式中的为： （2-7） 5式中：汽
8、车单只后轮荷载（=100kN） ； i冲击系数； B车身宽度（m） ； a车轮接地宽度（m） ； 车轮分布角度（） 。 按照上述方法计算穿路顶管的顶进力。 3、工作井、接收井设计 工作坑形状一般有矩形、圆形、腰圆形、多边形等，本项目采用矩形工作坑。 矩形工作坑的底部尺寸就满足式（3-1）和式（3-2）要求： B = D1 + S （3-1） L = L1 + L2 + L3 + L4 + L5（3-2） 式中：B矩形工作坑的底部宽度，m； D1管道外径，m； S操作宽度，可取 2.43.2m； L矩形工作坑的底部长度，m； L1顶管掘进机长度，当采用管道第一节管作为顶管掘进机时，对于钢筋混凝土
9、管，不宜小于 0.3m；钢管则不宜小于 0.6m； L2管节长度，m； L3输土工作间长度，m； L4千斤顶长度，m； L5后座墙的厚度，m。 6工作坑深度应符合式（6.4-3）和式（6.4-4）要求： H1 = h1 + h2 + h3（3-3） H2 = h1 + h3+ t +h4 （3-4） 式中：H1顶进坑地面至坑底的深度，m； H2接收坑地面至坑底的深度，m； h1地面至管道底部外缘的深度，m； h2管道外缘底部至导轨底面的高度，m； h3基础及其垫层的厚底(不应小于该处井室的基础及垫层厚度)，m； h4顶管机进入接收坑后支撑垫板厚度，m； t 管壁厚度，m。 按上述公式要求计算穿
10、路顶管工作坑、接收坑尺寸。 二、施工注意事项 1、顶管施工系非开挖法施工工程（顶管施工、非开挖（拖拉）法施工） ，施工单位在施工时，应查明管道周围情况，加强对路面、周边建筑物、电杆、管道的观测及保护。 2、基坑开挖应控制基底高程，开挖接近基底高程时，宜保留0.10.2m 厚度，在基础施工前，以人工突击快速挖除。严格控制超挖，不得扰动原状土，对于超挖部分应用级配砂石料或低标号混凝土回填夯实。开挖时要做好基坑排水工作，两侧对称挖排水沟。 3、基坑围栏与基坑边的距离必须大于或等于 1.5m。在基坑顶以外 2倍开挖深度范围内不得堆载和重型车辆行驶。基坑开挖期间，基坑边 10m7范围内不得堆放弃土和建筑
11、材料。 4、基坑开挖后，应进行基槽检验。基槽检验可用触探或其他方法，当发现与勘察报告和设计文件不一致、或遇到异常情况时，应结合地质条件提出处理意见。验槽合格后方可进行下一道工序的施工。回填基坑时，管顶 0.5m 以下采用 12%石灰土分层回填，管道两侧分层回填密实，压实后每层厚度为 100200mm，压实度不小于 96%，管顶 0.5m 以上，地面 0.5m 以下部分采用原土分层回填，压实度不小于 90%，地面下 0.5m 内采用原土回填。 5、应用信息控制法进行基坑施工，应对边坡土体变形及裂缝进行监测，并应采取可靠的防护措施，备足临时加固的人员、器材。监测报警值：边坡土体最大水平位移 30m
12、m，连续三天超过 5mm/d。 6、顶进作业应应避开雨季施工，必须在雨季施工时，应做好防洪及防雨排水工作。 （1）工具管接触或切入土层后，应自上而下分层开挖，严防正面坍塌。必要时可辅以降水或注浆加固等施工措施，以保证土体的稳定。顶进过程中，人工在前掏土，整个顶管过程为边掏土边顶进。 （2）在允许超挖的稳定土层中正常顶进时，管下部 135范围内不得超挖，土弧要与管外壁吻合，保持原状土地基；管顶以上超挖量不得大于 15mm；管前超挖应根据具体情况确定，并制定安全保护措施。 （3）在顶管掘进机后接入第一节管道时，顶管掘进机尾部至少须有20-30cm 处于导轨上，并应立即进行管道和顶管掘进机的连接。当
13、顶进管道为混凝土企口管道时，应先在顶管掘进机尾部安装承口钢环，与企口8管的插口均匀吻合。企口管和钢承口管道应以插口在前、承口在后的方法排列在顶进轴线方向上。 （4）当顶进作业停顿时间较长时，为防止开挖面的松动或坍塌，应对挖掘面及时采取正面支撑或全部封闭措施。 7、手掘式顶管作业施工测量控制 （1）采用手工掘进时，顶管掘进机进入土层过程中，每顶进300mm，测量不应少于一次；管道进入土层后正常顶进时，每顶进l000mm，测量不应少于一次，纠偏时应增加测量次数。顶进纠偏必须勤测量、多微调，纠偏角度应保持在 1020，不得大于 0.50，并设置偏差警戒线。 （2）顶管掘进机开始顶进 510m 的范围
14、内，允许偏差应为：轴线位置 3mm，高程 0+3mm。当超过允许偏差时，应采取措施纠正。在软土层中顶进混凝土管时，为防止管节飘移，可将前 35 节管与顶管掘进机联成一体。 （3）顶管掘进机切入土体后，应严格控制其水平偏差不大于 5mm，其高程应为设定标高加上抛高数，其数值可根据土质情况、管径大小、顶管掘进机的自重以及顶进坡度等因素确定，以抵消机头到达接收坑后的“磕头”而引起的误差。当出现“磕头”现象时应迅速调整，必要时应拉回后重新顶进，但必须抓紧时间迅速完成，以减少对正面土体的扰动。 三、施工监控及信息化管理 施工监控包括对顶进管涵的测量监控，顶进过程中对公路路面的监9控，以及为保证公路稳定而
15、必须进行的掌子面、管涵自身结构情况、基坑等的监控。对施工监控的成果进行信息化管理，出现异常情况时管理系统能及时准确地做出反应，快速地根据情况采取强有力的措施。 1、测量监控 在管涵顶进时必须进行严格的测量监控，以确保管涵施工的精度。根据测量数据通过调整千斤顶的顶力调整管涵的偏位。 2、道面的监控 公路路面主要监测沉降、水平位移和裂缝。在顶涵施工前在道面顶涵范围及周边 20m 范围布监测点，并对每一测点高程和水平位置详细记录，同时观察记录道面的裂缝情况，在顶进过程中对这些测点的高程、水平位移和道面的裂缝情况作定时监测和顶进时的监测。 3、掌子面 随时观察监测掌子面的稳定情况。 对以上各种监控成果
16、，均应及时准确地报告给项目施工总指挥，并对各测量数据进行详细记录，总指挥对各种信息进行全盘分析，从而迅速做出反应，达到整个项目安全有序地进行。信息化管理流程图如下：信息化管理流程图 四、雷达检测 顶管施工完成后，应进行雷达检测。 1）检测内容 10管道四周土体是否密实。 2）测线布置 本次检测采用纵向布线，即在管道内上下左右布设四条测线。在检测过程中发现的异常部位，根据实际情况适当进行加密测量。 3）探测方法与原理 地质雷达是一种宽带高频电磁波信号探测方法，它是利用高频电磁波（主频为数十至数百乃至数千兆赫）以宽频带短脉冲形式，由地面通过天线传入地下，经地下地层或目的物反射后返回地面，被另一天线接收。脉冲波旅行时间为 T。当地下介质的波速已知时，可根据测到的准确T 值计算反射体的深度。雷达的工作原理及其探测方法见下图。 地质雷达主要利用宽带高频时域电磁脉冲波的反射探测目的体。 由公式 雷达根据测得的雷达波走时，自动求出反射物的深度 z 和范围。 雷达的工作原理及其探测方法 4）成果提交 所有检测工作完成后，对顶管施工质量进行整体评价，并对缺陷处理结果进行评价。
