CECS标准《矩形顶管工程技术规程》关键技术解析

土层的竖向土压力、地下水压力、管节自重作
用；侧面方向受到侧向土压力作用、地下水压
力；沿顶管轴向受到端面阻力、顶进设备顶力、
管道表面与周围土体之间的摩阻力等作用。因此
顶进过程中的管节是一个复杂的力学体系，矩形
管节横截面受力如图2所示。 矩形顶管施工基本采用压力平衡式顶管机
(土压平衡或泥水平衡)，为了保证顶管机开挖面
的土体稳定，需要保证顶管机端面压力与地层土
压力值平衡，根据这
个平衡关系确定迎面阻
力的大小，得出泥水、
土压平衡式顶管机的迎
面阻力计算公式。《规
H -外边高；h2 -内边高；
程》要求矩形顶管液压
月1 -外边宽；^2 -内边宽
缸总板力不小于板廊总
图2矩形管节横截面 受力示意
顶力的1.5倍。
Fig. 2 Force diagram of cross
neering with Rectangular Cross Section[ J]. Special Structures, 2021 , 38(3) ： 101-106
CECS标准《矩形顶管工程技术规程》关键技术解析
安关峰张蓉王谭
广州市市政集团有限公司510060
摘要：本文重点解析了《矩形顶管工程技术规程》(T/CECS 716—2020)中顶管工程勘察、设计、工作井 和顶进施工、管节制作、设备及安装等方面的关键技术指标、控制要求及技术原理，对比分析了管节 之间不同接口防水形式、不同围护结构形式下工作井的适用条件、不同类型矩形顶管机适用工况等技 术内容。矩形顶管工程应结合工程地质、水文地质和周边环境等条件 ，合理选择施工设备与工艺 、精 心施工、严格监控。该规程的实施应用对矩形顶管工程的勘察设计、施工、验收具有指导意义。 关键词：矩形顶管顶管设计施工技术 DOI： 10. 19786/j. tzjg. 2021. 03. 020
2 顶管设计
2. 1顶管设计主要内容 顶管工程结构设计与计算分为施工阶段和使
用阶段，《规程》规定了顶管工程结构使用阶段的 设计与计算，其中包括构件截面计算、构造设计 和地基基础设计等。根据不同应用行业，执行相 关行业的现行标准。
《规程》中矩形顶管设计主要内容包括：(1) 顶管管位设计；(2)作用；(3 )管节结构设计; (4)管节构造设计；(5)中继间设计；(6)顶管总 顶力计算；(7)工作井设计。《规程》将顶管工程
管节结构设计主要考虑满足施工阶段的设计 与计算，管道结构按承载能力极限状态进行强度 计算时，对持久设计状况或短暂设计状况，采用 作用的基本组合；对偶然设计状况，采用作用的 偶然组合。结构构件按正常使用极限状态计算 时，根据不同设计要求采用作用的标准组合 、频 遇组合或准永久组合。
2.3管节构造设计
《规程》对管节最外外钢筋的混凝土保护层厚 度做出了规定，确定原则需要考虑两点：一是工 程安全等级；二是管节在不同环境下(直接与水 接触和不直接与水接触)管节混凝土强度等级 不宜小于C50,管节混凝土抗渗等级不宜低于 P10°最外外钢筋的混凝土保护层最小厚度根据 安全等级和不同环境下管节耐久性要求确定(表2) °
CECS标准《矩形顶管工程技术规程》关键技术解析
安关峰张蓉王谭
可为受力钢筋的截面面积的50%。 2.4中继间设计
中继间是矩形顶管中必不可少的设备，如 图1所示。在顶推距离较长，始发井顶推系统不 足以提供全部顶力时，需要设置中继间接力顶 进。因此，《规程》中将中继间定义为顶管机顶推 系统能力不足时，随管节一同前进的接力顶进装 置，主要由前后壳体、推进液压缸、阀组、泵 站、行程测量装置等组成。《规程》要求中继间的 加设及数量，应按顶进总顶力及管壁的承受能力 确定，并给出了中继间的间距计算方法。
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2021年6月I第38卷I第3期
中文引用格式：安关峰，张蓉，王谭.CECS标准《矩形顶管工程技术规程》关键技术解析[]•特种结构，2021, 38(3)： 101-106 英文弓丨用格式； An Guanfeng, Zhang Rong, Wang Tan. Key Technology Analysis of CECS Standard Technical Specificationfor Pipe Jacking Engi­
Guangzhou Municipal Group Co. , Ltd. , 510060, China
ABSTRACT: This article focuses on the analysis of the key technical indicators, control requirements and tech­ nical principles in the 11 Technical specification for pipe jacking engineering with rectangular cross section (T/CECS 716—2020)". The analyses are performed from aspects of the survey, design, working shaft and jacking construction, pipe section assembly, pipe jacking equipment and installation, etc. Technical contents including different interface waterproof forms between pipe joints, the applicable conditions of working shafts un­ der different enclosure structures, and the applicable working conditions of different types of rectangular pipe jacking machines are also discussed. The implementation of the rectangular pipe jacking project should consider surrounding geology, hydrogeology and environment conditions, select proper construction equipment and tech­ nology, carefully construct it, and strictly monitor it. The implementation and application of this specification has guiding significance on the survey, design, construction, and acceptance of the rectangular pipe jacking projects. KEYWORDS： Rectangular pipe jacking Pipe jacking design Construction technology
程实践经验及研究总结，清晰界定了有关矩形顶 管工程的术语，提出了工程勘察、管节制作、管 节设计、顶管设备选择及施工等技术标准和指 标，并提出了矩形顶管工程验收的各类指标以及 控制要求。
1 工程勘察 矩形顶管工程勘察应根据工程重要性、场地
复杂程度和地层复杂程度等条件划分岩土工程勘 察等级，建议将工程勘察分为初步勘察、详细勘 察两个阶段，线路长、沿线情况复杂的工程可增 加选线勘察阶段，进行线路比选。《规程》对矩形 顶管工程中勘察范围、勘察布孔、地下水勘察、 地下管线和障碍物的探测以及勘察报告等作出了 详细要求，对勘探孔的布置、勘探孔的深度等作 出了规定(表1)
矩形顶管总顶力
section of rectangular pipe 由顶管机迎面阻力和
总摩阻力组成：
F = Py + Ff
(1 )
式中：Py为顶管机的迎面阻力(kN )；土压、泥水平衡式顶管机的迎面阻力按
下式计算：
Py= yH° KaQ ・•
(2 )
式中：y为土的重度(kN/m3 )； H°为管顶至原状
表1勘探孔的间距(单位：m) Tab. 1 Spacing of exploration holes ( unit: m)
场地类别
复杂场地
中等复杂场地
简单场地
初步勘察
30〜60
60 〜100
100 〜200
详详勘察
10〜30
20〜50
40 〜100
《规程》要求一般性勘探孔的深度应达到管底 设计标高以下3m〜5m,控制性勘探孔的深度宜 达到管底设计标高以下5m〜10m,以确保查明工 程地质条件。
应用有更大的优势[，]0
随着矩形顶管设备的研发、施工技术的提 高，矩形顶管技术在我国逐渐推广开来。同时， 随着城市地下空间开发利用的不断加强，矩形顶 管技术能较好应用于电力隧道、地下过街横通 道、地铁进出站通道及综合管廊等工程建设
中[2]0近年来，结合综合管廊的矩形结构和矩形
顶管施工技术，苏州城北路综合管廊元和塘顶管工
表2混凝土保护层最小厚度(单位：mm) Tab. 2 Minimum thickness of concrete cover ( unit: mm)
类型
直接与水接触
不直接与水接触
一级
50
40
二级
40
30
《规程》中管节纵向钢筋的最小配筋率不宜低 于0.2%，间距不宜大于150mm°当混凝土强度 等级大于C60时，最小配筋率宜增加0. 1% °管 节顶、底板与侧墙连接处宜设置腋角，配筋面积
Key Technology Analysis of CECS Standard Technical Specification for Pipe Jack­ ing Engineering with Rectangular Cross Section
An Guanfeng Zhang Rong Wang Tan
土地面覆土层厚度(m )； H1为矩形管节外边高 (m)； B1为矩形管节外边宽(m)。
引言 矩形顶管技术是采用矩形顶管机边切削 、边
排土、边顶进[1],将钢筋混凝土管节逐段向前推
进形成地下空间的一种绿色、环保、安全、高效 的非开挖施工技术，是在圆形顶管技术的基础上 发展而来，相比于圆形管道或传统施工技术，矩 形顶管在断面形式、空间使用率、适应浅覆土等 方面，在综合管廊、隧道、地下通道等工程中的
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结构的安全等级划分为一级和二级 ：安全等级为 一级时，设计使用年限为100年；安全等级为二 级时，设计使用年限为50年。设计时应按相应 行业的要求选定。
2.2顶管设计主要作用 顶管结构上的作用分为永久作用、可变作用
及偶然作用，永久作用主要包括管道结构的自 重、竖向土压力、侧向土压力和地基不均匀沉降 等；可变作用主要包括地面堆载、车辆荷载、地 下水压力、顶力作用、顶进过程中的侧摩阻力作 用等。结合《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥 涵设计规范》(JTG 3362—2018)的相关内容，矩 形管节的设计可只考虑车辆荷载、管节自重、竖 向土压力、侧向土压力及顶力的作用效应组合。 《规程》给出了作用在矩形管节上的侧向土压力标 准值在施工阶段和运维阶段下的计算方法，计算 可根据所在地层的不同分为水土分算和水土合算。
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1-管节密封；2-前壳体；3-饺接密封；4-后壳体； 5-后部管节；6-液压缸；7-前部管节 图1中继间结构示意
Fig. 1 The structure of the relay room
2.5顶管总顶力计算
在矩形顶管顶进过程中，管道结构处于顶管
机、顶进设备、周围土体、地下水及其自身荷载
等的共同作用下，管道外侧在竖直方向受到上覆
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2021年6月I第38卷I第3期
2021 Jun I VOL. 38 I NO. 3
程、包头市新都市区中心区综合管廊工程等项目积 累了丰富的矩形顶管综合管廊设计与施工经验。
中国工程建设标准化协会标准《矩形顶管工 程技术规程》(T/CECS 716—2020)(以下简称《规
程》)[]针对矩形顶管工程的特点，结合大量工