顶管施工文献阅读

顶管法施工技术是指在施工时，通过传力顶铁和导向轨道，用支承于基坑后座上的液压千斤顶将管压入土层中，同时挖除并运走管正面的泥土。当第一节管全部顶入土层后，接着将第二节管接在后面继续顶进，这样将一节节管子顶入，连接好接口，管外壁灌浆，建成涵管。顶管法施工技术广泛应用于市政、供水、

公路、铁路和水利水电工程中。

施工顺序：施工准备→测量高程及轴线→挖顶管工作坑→设置顶进后背→铺顶管导轨→安装顶进设备及吊放管节→挖土顶进→测量及纠偏→再次挖土(管中土)顶进→测量循环作业直至完成顶进→填充灌浆→钢管灌浆口封堵。

顶管法具有的主要优点：（1）减少土方工程量，减少建筑垃圾集中搬运的污染；（2）节约沟管基座材料，可以减少水泥、砂石料的用量；（3）不干扰地面交通，对穿越交叉路口、铁路道口、河堤、大坝尤为显著；（4）顶管法可穿越地面和地下建筑，不必搬迁地面建(构)筑物；（5）施工场地少，有利于市区建筑密集地段新管道的铺设和旧管道的维修。顶管法施工技术由于这些特点不失为一种环保的施工技术。[3]

黑臭河道整治作为苏州市重点水利工程，主要包括河道轮浚、断头浜打通、束水河段拓宽及水生态修复等一系列子工程。在断头浜打通工程中，首次采用顶管技术。结合工程实践，通过分析泥水平衡顶管技术方案选择、工艺流程、设备选型、顶管顶进受力分析及稳定分析，提出顶管技术在断头浜打通工程中的适用性，并提出顶管施工应注意的几个问题，对其他黑臭河道整治尤其是断头浜打通工程提供一定的借鉴和参考。[4]

（1）管道一开始顶进时，轴力会随顶进距离增大而增大，但到一定距离以后，基本维持在一定范围内。管顶和管底的内侧钢筋受拉，外侧受压；管道两侧的内侧钢筋受压，外侧受拉。环向钢筋主要承受拉应力，但受力较小。（2）管土接触压力随顶进距离的增加而缓慢上升，到一定距离后，基本维持在一定范围内。注浆对管顶接触压力影响较大，注浆后压力明显减小，对左右两侧接触压力影响较小。（3）分析表明，管道在顶进阶段主要承受轴力作用，由于钢筋笼的存在，使管道可承受较大的拉应力作用，减小了管道被撕裂的可能性。顶进管最易破损的位置出现在管道接头部位，该处截面小，应力易集中，容易被压碎，因此在制造时应作加强处理。环向受力主要由混凝土承受，拉应力很小，只需配构造钢筋即可。[6]

关于顶管隧道开挖及引起地层隆起或沉降的机理及其规律，一般认为机头对开挖面顶进的支护压力和壁后注浆压力造成前方土体应力状态发生变化导致地表隆起，而开挖面及管道外周环形间隙等施工原因导致地层损失，导致土体向开挖面及向管道外周的移动，从而引起地面沉降。[12]

管推进施工中管材会受到各种外力的作用，其中最重要的外力为千斤顶的推

进力。推进力需求可由推进遭遇的阻力来估算，而推进阻力的主要来源包括切削面盘阻力及管壁产生的摩擦力。管材可能会因推进力过大而产生破坏，使得推进工作产生困难或中断，所以推进力的控制及推估显得格外重要。曲线管推进的推进力因为机制较复杂，推估不易且理论研究也较少。本研究之目的是运用静力平衡的理论，推导出曲线管推进之推进力公式。本研究除了对推进力理论公式进行相关验证，并将理论计算之推进力与其他经验公式以类似现场案例进行比较分析。依据理论公式与经验公式的差异性，评估合理的理论公式修正因数，并探讨理论公式的适用条件。[14]

通过对顶管过程中的实测堤面沉降的理论分析，可得出以下几点结论：

（1）由于施工过程中的开挖卸载，在开挖坑道周围产生较大的塑性区，塑性区的开展范围及大小遵循土的极限平衡理论；（2）开挖过程中的堤面沉降具有明显的时间效应，沉降的时效性取决于开挖过程中的受扰动土体的再固结，且由此引起的再固结在较短时间内可达到稳定；（3）堤面沉降的产生不仅取决于坑道开挖所引起的地层损失，而且受扰动土体的再固结不可忽视，在本文所举的实例中占主导地位；（4）受扰动土体的再固结沉降的产生须存在两个客观条件，即受扰动土体的压缩模量的降低和存在未完全固结的附加应力的作用。由此可得，若在被扰动地基土的塑性区范围内，预先实施地基加固，且顶管施工在海堤超载得到完全固结后进行，就会大大降低堤面沉降。[18]

本文在对顶管施工过程进行三维有限元模拟中对地层损失引起不同深度的地层变形进行了探讨，对地层变形随顶管机头掘进产生的变化进行了详细研究。通过地表变形横向和纵向变化规律与PECK公式和前人研究成果对比，表明本文结果是有一定可信度的。本文得出几点主要结论是：

（1）顶管横断面地表变形（ω）最大值出现在管道轴线的上方，并沿管道横向侧边逐渐减小，影响范围在4D左右，其分布曲线类似正态分布。

（2）沿地表向下地层沉降不断增大，但沉降槽宽度有减小的趋势。

（3）地层沉降由地表向下逐步增大，越靠近管线处沉降量越大；纵向地层沉降在开挖面前方逐步趋于收敛，且最终收敛于机头前方2～3D处。

（4）地表某点沉降随顶管机头的掘进不断增大，沉降增量最大值发生在顶管机头离开该面1～1.5D处，到2～3D左右处趋于停止。[19]

针对管幕预筑法中深埋顶管顶力进行理论和实测分析。顶管顶力与垂直土压力密切相关。参照隧道开挖中垂直土压力的计算方法，常用的垂直土压力计算理论有：普氏理论和太沙基理论。在详细分析了这两种垂直土压力计算理论的适用

性和缺陷之后，结合普氏理论和太沙基理论，提出了改进的垂直土压力计算理论公式，并编写MATLAB程序计算改进理论公式的数值解。改进理论既考虑了土拱效应，又考虑了拱下土体的挟持力，更符合实际土体变形情况。将普氏理论、太沙基理论和改进的理论应用于沈阳地铁新乐遗址站管幕预筑法顶管工程中，计算不同深度的两根大埋深管道顶力，并把计算与实测结果进行比较，发现普氏理论和太沙基理论计算结果都远大于实测值，改进理论计算结果稍大于实测值，更适合于深埋顶管顶力估算。[20]

参考文献：

[1]RTK在南水北调中线工程顶管贯通中的应用

[2]顶管法施工技术在水利工程中的应用

[3]顶管法施工技术在西坑水库输水涵管工程施工中的应用

[4]顶管技术在断头浜打通工程中的应用与分析

[5]顶管技术在老海堤新闸建设中的应用

[6]顶管施工中管道受力性能的现场试验研究

[7]广州某电力隧道顶管施工变形监测与成果分析

[8]南水北调配套工程顶管施工关键数据的计算

[9]平衡类顶管的顶力计算公式探讨

[10]钱塘江沿岸特大型顶管施工及关键控制技术

[11]浅层顶管隧道施工对路基变形影响数值分析

[12]浅埋曲线顶管管土作用效应研究

[13]浅谈泥水平衡法顶管在龙门供水工程中的应用

[14]上海地铁二号线区间隧道的联络通道及泵站的顶管法施工

[15]浅析顶管排水涵工程施工技术

[16]曲线管推进工程推进力之理论分析