摘要：相比于其他的排水管道施工方法，顶管法施工具有对地面干扰小的优点。只要施工前选线合理，施工方法恰当，构筑物并不妨碍施工的正常进行。本文将结合具体的工程实践，谈谈顶管技术在市政污水管道施工中的实际应用。
关键词：顶管法；排水管道；施工
引言
近十年来，国家加大了城市的基础设施建设的力度，使其日益完善，城市优质道路的形成以及各种埋于地下管线中的煤气管道、供电线缆、给排水管道等的交错复杂、相互的影响，从而对敷设提出了更高要求。所谓非开挖技术讲的是在地表不开槽的前提下铺设，是地下管线的一种施工新工艺。而顶管法作为非开挖施工中使用的较为广泛的一种方法，其主要的施工工艺是在工作坑之内依靠顶进设备所产生的顶力，克服管道以及周围土壤产生的摩擦力，将管道依照设计的坡度顶入泥土中，且将土方运走。过程中一节管道完全顶入土层后，接着再下第二节管道继续顶进。
以前的顶管法均是采用人手工挖掘顶进，并不能够在水下施工，单次顶进长度比较小，大约在20~30m，应用上受到一定程度的限制，过去顶管法施工只用于穿越铁道、路面、河流等的比较特殊施工领域，一般不会轻易采用。但随着施工技术以及施工机械的开发研制，比如各种类型导向仪、钻进系统和挖掘机械的运用，中继间以及触变泥浆减阻的实际使用，从而使长距离顶管、曲线顶管、水下顶管和小口径顶管成为现实，并且能够适应各种土质条件及施工环境。当前正在开发更为先进的技术，以此实现施工的全过程自动化且减少废土的产生，顶管技术已凸现出越来越多的优势，原只作为特殊施工方法的顶管技术已经被广泛应用。
1顶管技术的特点
顶管技术具有下面特点：
(1)不需开槽路面，施工面由线变点，占地面积少，可减少破路费用。
(2)施工面移到地下，地面基本不受施工影响，最大程度减少对交通的干扰。在穿越铁道、公路、河川、建筑物等障碍物的时候可减少拆迁的工作量，也不影响正常的通航，而且也不用修建围堰及水下作业。
(3)施工速度快、周期较短，总体成本低。
(4)施工噪音小，对环境没有影响，不破坏已有的管线及建筑物。
(5)在承载力很小却有一定承载力的土层当中顶管是具有可行性的，不用跟深埋管如此要进行地基处理。
根据顶管技术的特点，顶管法通常适用于下面的情况:①用于非岩性土层，如果是岩石层或含水层施工的难度较大大。②管道穿过铁道、公路、河流或者建筑物。③街道比较狭窄、两旁建筑物多。④交通繁忙的市区道路施工，管道既不能够改线，又不能封路的。⑤施工现场条件比较复杂，和地面工程发生交叉作业，且相互干扰，容易发生危险。⑥管道覆土深厚，开槽土方工程量大，而且要支撑时。
2工程概况
本工程为某污水主干管工程中的第一标段(顶管施工)，工程地址位于城市主干道，交通流量较大，工程内容有:顶管排水管道施工、工作井、接收井施工等，污水主管道采用钢筋混凝土管，管径d600-d2000。管道全长2195米，S15-S15-2及S20-S20-2段d600污水管道运用大开挖施工工艺，其它段用顶管施工。下面谈一下该工程段顶管施工技术。
3顶管井开挖
顶管井开挖:①每个顶管井都用一台抓斗挖土机施工。②开挖时要预留一定的土方，而进行人工开挖，以防基底土壤受到扰动。③在挖的过程中，要对开挖尺寸及土体质量检验，对边坡进行人工的整修、夯实，检查开挖轮廓是否符合施工图。④在开挖当中若发现地质情况跟图纸不符合，应当马上报监理工程师及设计单位进行处理。⑤夏季、天气多变，如遇到下雨，要及时用防雨布覆盖开挖面，以防雨水冲刷边坡及侵蚀基底的土壤。⑥基坑的底部应沿四周设一条2%坡度的排水小沟，在四角设1000×1000mm的集水水坑，集水坑的深度要比四周沟深500mm左右，应及时将收集到的水排到下水道。
4顶管井施工
当土方开挖工作完成后，这时候就可以制作顶管井了。
4.1钢筋工程
在钢筋制作之前要认真熟悉图纸，每个部位使用的钢筋的品种、规格、形状、尺寸大小、数量等都要准确无误。钢筋在遇到洞口或者相邻的墩墙，就必须遵照规范或者设计的要求相对应地加强处理。
而构件受拉区域的同一横截面的钢筋接头不能超过钢筋总量的50%，在接头相互地错开时，间距大于钢筋直径的35～40倍，而接头和相邻钢筋之间净距离应比混凝土骨料的最大粒径还要大。钢筋安装过程中，务必核对钢筋具体安放位置、间距以及保护层的厚度，在报请监理工程师验收合格之后，才可以进行下一道工序施工。
4.2模板工程
模板支撑体系是用钢管扣件支撑的。首先，模板的设计、制作安装要满足混凝土浇筑及振捣的要求。为了保证混凝土表面光洁、平整，并且方便脱模，浇筑前应在模板内侧板面涂刷隔离剂，禁止涂刷废机油。模板接缝处必须平整严密，没有漏浆现象，混凝土直到规定要求时才可以拆除模板，拆除顺序要遵循先支后拆、后支先拆，不是承重的先拆、是承重部位后拆的规律。拆模需使用专用工具，不能硬撬或者用力过猛。
4.3混凝土浇筑
在浇筑井壁的时候，要从两端向中间浇筑，预防模板吸水膨胀，从而造成壁板弯曲变形。
混凝土浇筑时，应分层、分段进行。施工中使用70振动棒，有效长度为500mm，分层浇筑厚度为50×1.25=625mm，下层混凝土初凝前必须浇筑上层混凝土，为了保证结构具有良好的整体性，混凝土浇筑应连续进行，浇筑的间隔时间最长不得超过1.5小时。
混凝土浇筑采用插入式振捣器，垂直振捣。振捣器的圆柱棒不得碰撞模板、钢筋或预埋件，更不得挂在钢筋上。施工采用多台振捣器同时作业时，作业前应划分每台振捣器的振捣范围，防止漏振、重振。
按规定留置抗压强度试块和抗渗试块，混凝土试块每100立方米留置一组抗压试块，不足100立方米按一组进行留置；试块取样:根据现场进料情况，在业主及监理工程师监督下随机取样。
混凝土浇筑完12个小时后，用草垫复盖，派专人浇水养护，保持混凝土表面湿润。留制的试块同等条件进行保养。
5顶管施工
本工程顶管采用泥水平衡方法进行施工。
5.1顶力计算、最大顶距确定
本工程顶管单元长度根据设计图纸的井室位置、地面运输和开挖工作坑的条件、顶管需要的顶力、后背与管口可能承受的顶力等因素确定单元长度。本工程土质参数基本相同，顶力计算时分不同管径取一个最大管径和最大单元长度进行计算。
5.2地面准备工作
(1)在顶管顶进施工前，按要求进行施工用电，用水，通道，排水及照明等设备的安装。施工用电每台套采用150KW的发电机组。水需从外拖运，要修进场简易便车道，保证施工管材料、设备及机具进场。还需铺毛渣石的场平。现场设备摆放空间至少需长45米，宽55米的平整封闭场平区域。
(2)施工材料，设备及机具必须备齐，以满足本工程的施工要求。管节等准备要有足够的余量(30~40m)。
(3)井上，井下建立测量控制网，并经复核报验监理认可。
5.3井下准备工作及井内布置
工作井井内布置主要是后靠背、导轨、主顶油缸、油泵动力站、钢制扶梯等。顶管基座为钢结构预制构件，顶管基座位置按管道设计轴线准确进行放样，安装时按照测量放样的基线，吊入井下就位安装固定。基座上的导轨按照顶管设计轴线并按实测洞门中心居中放置，并设置支撑加固，保证基座稳定不变形。
5.4后座墙
(1)后座受力分析
顶管工作坑所能承受的最大推力应有所顶管子所能承受的最大推力为先决条件，然后反过来验算工作坑后座是否能承受最大推力的反作用。顶管的顶力可按下式计算，亦可采用当地的经验公式确定:
式中P―计算的总供顶力，kN；
―管道所在土层的重力密度，kN/m3；
D1―管道外径，mm；
H―管道离路面覆盖土层的厚度，m；
―管道所在土层的内摩擦角，o；
ω―管道的单位长度自重，kN/m；
L―管道的计算顶进的长度，m；
f―顶进时，管道表面和周围土层间的摩擦系数，具体取值可以按照表1所列数据选用；
PF―顶进时，工具管迎面阻力，kN，具体取值应该按不同顶进方法按照表2所列公式计算。
(2)后座墙的强度及其影响因素:
后座墙的强度取决于千斤顶在顶进过程中施加给后座墙的最大后从力，后从力的大小与最大顶力相等。影响顶力的因素甚多，可分为客观因素及主观因素两类。客观因素包括管材种类、管径大小、顶距长短、覆土厚度、土的种类、地下水位、管节重量等；主观因素包括操作误差、顶进方法、中途停工与否、是否采用润滑剂等。现在主要讨论影响后座墙强度的主观因素。顶进误差:在顶进过程中，由于土质、设备的操作等原因，导致管子的方向或高程出与偏差，这种偏差称为顶进误差，简称误差。这种误差将导致顶力增加。技术熟练的工人应既能采取措施防止误差的出现，又能及时发现误差的趋势而加以校正，使误差发展不致过大，并保持在容许范围以内，顶力即使增加也不显著。否则，当误差出现时，校正易操之过急而造成管线上出现折线段、错口等现象，从而导致顶力不断增加，使后座墙遭到破坏。中途停工:顶进作业一开始，中途就不能停顿。如果停止一段时间后再顶进，其起始顶力要大大超过停工前的顶力。这主要是由于停工时间过长，使管顶土层坍落的缘故。在地下水位以下顶进时，因停顶而使液化的粉细砂将管周围包裹起来，顶力也会大大增加，如果顶力增加至后座墙的设计强度，此时就不能再顶进，必须对后座墙进行加固后方可再顶进。
另外，在顶进过程是否采用注浆润滑措施，对顶力的影响甚大。如采用注浆润滑，施工中的顶进阻力将减小很多。
(3)后座墙的刚度要求
顶管时要求后后座墙具有充分的刚度，以避免往复回弹，消耗能量。要保证受最大顶力时不变形，或只有少量残余变形，后座墙应尽量采用弹性小的材料。如果后座墙弹性过大，顶进的后从力先压缩后座墙，直到后座墙被压紧而不能再压缩时顶力才向前发挥作用使管段前进，千斤顶卸荷，后从力解除后，后座墙虽然有残余变形但不大，甚至可以恢复到未受荷载的状态，可是下一次顶进时，仍要先压缩后座墙，因而每次顶进都要浪费一段千斤顶行程于压缩后座墙。
(4)后座墙的形式和类别
后座墙形式虽然多种多样，但就其使用条件来讲，基本上有以下三种:①覆土较薄或穿过高填方路基的顶管，无土抗力可利用时修建的人工后座墙；②覆土较厚时可以充分利用土抗力的天然后座墙；③在混凝土或钢筋混凝土竖井内建筑的现浇钢筋混凝土后座墙。
GB50286―2008规范中对装配式后座墙作出了如下规定:①装配式后座墙宜采用方木、型钢或钢板等组装，组装后的后座墙要有足够的强度和刚度；②后座墙土体壁面应平整，并与管道顶进方向垂直；③装配式后座墙的底端宜在工作坑底以下(不宜小于50cm)；④后座墙土体壁面应与后座墙贴紧，有间隔时应采用砂石料填塞密实；⑤组装后座墙的构件在同层内的规格应一致，各层之间的接触应紧贴，并层层固定。
顶管工作坑及装配式后座墙的墙面应与管道轴线垂直，其施工允许偏差应符合规定。
参考文献:
[1]霍国友，谢力.顶管技术在市政截污管道施工中的实践经验[J].中国给水排水，2009，(06).