摘要：油气田地面建设顶管穿越过程中，鉴于以往施工中事先不进行顶力计算，出现中途顶力不够另换千斤顶或采用边掏边顶的探挖情况发生，给日后原有道路及障碍物的安全运行带来隐患，因此真正意义上的顶管穿越起到非常重要的作用。
关键词：顶力计算 后座墙强度计算 套管强度复合 刃脚设计 纠偏 操作程序
1 施工方法选用
由于长输管道、集输管道线路长，经常遇到穿越公路、铁路、地下障碍物等，为对原有设施进行保护，避免遭到破坏及影响交通，经常采用穿越施工方法，与定向钻穿越相比由于顶管穿越需要设备简单，投资少，方便操作，效率高，可很好的完成短距离穿越施工，为保证顶管质量，一套完成的顶管穿越施工技术显得非常重要。
2 工程概况
以京沈高速穿越为例，京沈高速K412＋900m处顶管长度为86m。该处高速公路路面比自然地面高3.48m，管顶至高速公路中间路面4.31m，地勘报告显示地基土层由上至下为，第一层黄褐色，以冲积土为主，层底埋深1.20～1.30m。第二层粘土含碎石，黄褐色，呈碎块状，层底埋深5.00～5.50m。穿越位于第一层与第二层中间，套管以下1m无地下水。穿越套管为DRC1500×2000 QⅡAJC/T640钢筋混凝土套管。穿越过程中道路正常通车运行，要求精度高，质量高。
3 顶管的顶力计算
3.1 顶管顶力理论计算
顶力应大于工具的迎面阻力、周围土压力对管道产生的阻力以及管道自重与土层产生阻力之和。
P≥（P1+P2）L+PF
式中：P――计算的总顶力；
P1――顶进时，管道单位长度周围土压力对管道产生的阻力；
P2――顶进时，管道单位长度的自重与其周围土层之间产生的阻力；
PF――顶进时，工具管的迎面阻力；
L――管道的顶进长度；
P1分为管顶上垂直土压力和管侧的侧土压力，考虑顶管施工作业中的安全，增加安全系数，因此上述公式替换为：
P＝KfYD[2H+（2H+D）tg2（45°-Ф/2）+ω/YD]L+Af0
K――安全系数，一般取1.2；
f――顶进时，管壁与周围土层之间摩擦系数，根据土质报告及套管取0.3；
D――管道外径（m）；
H――管道顶部以上覆盖土层的厚度（m）；
Y――管道所处土层的重力密度（KN/m3）；
Ф――管道所处土层的内摩擦角（度），根据土质报告取25度；
ω――管道单位长度的自重（KN/m）；
L――顶进管段长度（m）；
A――管端截面积；
f0――土壤单位阻力，有刃脚挤压取500KN/m2。
P=1.2×0.3×4.31×1.8×[2×4.31+（2×4.31+1.8）tg2（45°-25/2）+1.9/1.88×9.8]×86+0.1708×500
=3483KN。
3.2 顶管顶力的经验计算
F=nGL=2×1.9×86=326.8t
n――土质系数，根据土质情况本处取2；
G――管节单长重量；
L――顶进管段长。
理论计算顶力值348.3t大于经验计算值326.8t，但由于在顶管期间可能出现特殊情况，施工操作因素等。计算结果偏大，按照理论计算选择液压千斤顶可以保证安全操作。
3.3 管道允许顶力
[F]=（σc・A/1000S）η=（40×100×3.14×1.5×0.15
/2.5）×0.7=791.28t>348.3t，强度满足要求。
σc――管体抗压强度（MPa）；
A――加压面积（m2）；
S――安全率，采用2.5～3.0；
η――接触系数，全园无垫层加压取0.7。
4 靠座墙强度计算
R=αB（YH2KP/2+2ChKP1/2+YHhKP）
R――总推力之反力（一般大于推力的1.2－1.6）；
a――系数（取1.5－2.5之间），此处取2.0；
B――后座墙的宽度（M）此处取4m；
Y――土的容重（KN/m3)依据勘查报告1.88；
H――后座墙的高度(m)，此处取2m，（发送坑基槽开挖深度为4.31-3.48+1.8+0.5=3.13m）；
Kp――被动土压系数tg2（45°+Ф/2）；
C――土的内聚力（kPa) 一般情况下取10；
h――地面到后座墙顶部土体的高度（m），此处取0.6米；
R=2×4×[1.88×2×9.8×2×tg2（45°+25°/2）/2+2×10×0.6×tg（45°+25°/2）+1.88×2×0.6×tg2（45°+25/2）]=921.44t=2.6F总顶力。
5 刃脚加工制作
为减小工作管的迎面阻力，使其能够达到完全吃土顶进的状态，混凝土套管顶管过程中必须安装刃脚，刃脚为圆周结构紧密的安装在套管外侧。
6 测量、纠偏
第一节管每顶进300mm测量一次，其它管段每顶进500mm测量一次，发现问题后及时采取措施，可以采用螺旋式千斤顶和木楔子人工校正。楔子起到阻碍管段行走，辅助千斤顶起到推动管段位置前进，方向纠偏可以在套管的前端底部支垫楔形垫块逐渐进行方向纠偏，方向纠偏量每次不能超过5′～20′。
7 顶管施工
7.1 测量放线。放出穿越的中心线，在中线位置选择两点并测量标高，作为穿越结束路面质量的检查点。
7.2 基坑、后座处理。发送坑底要精细找平，对后座强处理情况根据计算结果选择相应处理方案。
7.3 铺设导轨、靠背、就位顶管机和套管。
7.4 顶进前对套管进行调整、测量，顶进过程中进行测量、纠偏，同时进行管内取土施工。
8 结论
8.1 通过顶管顶力的理论计算和经验计算，其误差较小，考虑安全问题，按照理论计算选择。
8.2 通过计算顶力，混凝土套管能承受的抗压强度，后座强的强度，为顶管操作提供理论依据。
8.3 在套管与千斤顶之间加设顶极，实现套管圆周均匀接受千斤顶来顶力，避免出现轴线倾斜、混凝土套管破坏情况。
8.4 顶管穿越必须连续进行，避免出现套管与土层之间结合力增大。
8.5 顶管过程中要勤测量、勤纠偏，避免出现偏差较大，无法调整情况发生。