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顶管工艺在污水处理工程中的应用
摘 要：顶管施工技术近年来在我国发展迅猛。市政工程中采用顶管施工可以将作业面 移入地下，从而避免了对地面交通的影响。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。本文就顶管施工工艺以及在污水处理中的应用作了简要阐述，并展望以后顶管法日渐成熟，可成为市政建设中的一种常用工艺。
   一、引言
   随着人们环保意识的提高，城市对污水处理的要求越来越严格，污水处理厂外收集系统 工程截污管道大量增加，由于截污管道较长，经过的地质条件以及现场条件较为复杂，施工 时无法明沟开挖埋管时，顶管法可成为有效的补充。我司在顺德区大良施工地下排污管采用 此方法施工，不但能保证施工安全，而且集市区旧房不受任何影响，达到预期的效果。
   二、顶管法施工适用条件
   在污水管道直径较大（Φ600mm以上），施工现场无法有采用明沟开挖埋管施工而管道 沿线又无其它建筑物基础时，可考虑采用使用顶管法施工。
   三、顶管法施工的原理
   顶管法施工原理是在管道的沿线按设计的方案设置工作井和接收井，工作井内设置坚固 的后座，吊进油压千斤顶以及要顶进的钢管或混凝土管，接好照明，泥浆管，油管等管线， 然后用油压千斤顶缓慢顶进，通过压浆系统使管节周围形成泥浆套，管道在泥浆套中滑行， 在顶进的过程中通过激光经纬仪测量顶管的方向，边顶进边排土边调整，直至将钢管或混凝 土管顶至接收井内。
   四、顶管的施工
   1、工作井及接收井、检查井施工，根据地质情况及现场条件，采用合适的支护方式开 挖，然后尽快做好底板及壁板混凝土，并进行顶管所需的后靠背混凝土以及土体的强度复核 ，确定混凝土以及钢板垫块的厚度。这是管节能否顺利顶进的关键。
   2、油压千斤顶吊放就位，轨道安装。
   3、管节的选用、安装：管节必须全面检验，发现外观有缺陷的一律禁止使用。管道吊 放前上好橡胶止水圈。将管节吊放在轨道上，安放环形顶铁，缓慢推进，让接头平顺对接。 如发现有破坏、翻转、出槽等现象，必须退出管节重新更换、调整橡胶圈，重新安装对接。 接头对好后，继续开动液压千斤顶将管节顶进。
   4、管节顶进
   a.顶进的流程为：
   b.顶进的阻力主要为正面阻力、管道周边摩阻力两部分组成。
   为减少顶进正面阻力，顶进的机头可改良为尖钻头。
   随着顶管距离的增长，推力上升很快。为避免管节超过受压极限破坏，管壁外的减阻是 工程顺利完成的必要措施。施工时采用管节周围注触变泥浆，将管节与土之间的干摩擦变为 湿摩擦，达到减阻的目的。触变泥浆按膨润土：烧碱：CMC：水=0.3：0.2：0.01：1的配比 配制后静置24小时后使用。施工时通过压浆系统从机头，前三节管的注浆孔压入触变泥浆， 形成约10mm厚的泥浆套，使顶管在泥浆套中滑行，减少摩阻力。根据压力表和流量表，控制 压浆的压力约为自然地下水压的1.1～1.2倍。
   在施工操作时，必须“先压浆后顶管，边压浆边顶进，停顶进勤补浆”的办法维持泥浆 套的性能。
   c.顶进线路的控制
   机头自身有一段纠偏段，纠编最大角度范围能够达到上下1.7°左右1.2°。顶进线路的 控制主要依靠设备的正确操作以及预见性。
   为了使管道按照设计要求的高程和方向顶进，在顶进过程中应不断对工具管的高程方向 转动进行测量，“勤测勤纠”，根据测量反馈结果，调整纠偏千斤顶，使机头改变方向，从 而实现顶进方向的控制，确保管道按设计轴线顶进。
   纠偏贯穿顶进施工的全过程，尽量做到纠偏在偏位发生的萌芽阶段。
   测量是采用2″激光经纬仪进行方向的测量的，对于扭转，则由机头的角度仪测出。激 光经纬仪经校正后，牢固固定在千斤顶端，然后管道的机头端安装反射玻璃，并将测量的结 果直接输出至控制液压千斤顶的电脑上，方便操纵。
   顶管穿墙时要防止工具管发生偏差。在穿墙的初期，因入土较少，工具管的自重仅由两 点支承，其中一点是导轨，另一点是入土较浅的土体。土体支承面上承载力较低，使机头容 易下沉。因此，机头穿墙时，在穿墙管下部要有支托，工具管的推进要迅速，缩短穿墙管内 的土体暴露时间，以减少安全隐患。
   管道顶出穿墙管及在长度3－4m范围内的偏差是影响全段偏差的关键，特别是出墙洞时 ，由于管段长度短，机头重量大，近出洞口土质容易受扰动等因素的影响，往往会导致向下 偏，此时，应该综合运用机头自身纠偏和调整千斤顶的作用力合力中心来控制顶管方向。
   d.泥土外运
   泥屑由泥水系统随泥浆管排出，在泥浆池过滤土渣并及时外运。
   e.管内动力及照明
   管内动力主要用来掘进、纠偏、出土及顶进，选择380V动力电源。由于管内环境潮湿， 照明必须采用安全低压照明。采用变压器变为36V安全电压照明。
   f.顶管注意事项
   注意防止地面的沉降或隆起：在顶管施工沿线按一定间距布设沉降观测点，监测顶管顶 进施工期间的地面沉降量。
   开挖端面的取土过多或过少，会造成地面的沉降或隆起。为避免这种不良影响，可采取 以下措施：在压浆时要控制好压力，恰好能平衡“泥浆套”以上土体的压力。严格控制管道 接口的密封质量，防止渗漏。在某些管节埋藏较浅，离地面不足1.5米的位置，可采用沿管 线局部压钢板，上堆砂包加载的形式，防止管节顶进时触变泥浆上浮使到泥浆套失效。
   工具管纠偏后，刃脚后形成一个空隙，管道顶进时周围的土体会塌入空隙，造成地面沉 降。为避免这种情况，在顶管顶进时，要及时测量，勤测勤纠，避免大角度纠偏。五、结束 语
   社会发展，人们环保意识不断加强，城市的规划越来越严格，城市污水处理量越大，需 要建设的污水管道不断增加。过去，人们受施工现场条件控制，很多时候很难开挖，或无法 穿过河道等困难，污水管道敷设处处受制。随着顶管法的日渐成熟，以上问题可迎刃而解， 污水管道的布置可以越来越灵活，可极大满足人们对污水处理的要求。顶管法施工将成为市 政工程施工中的一种常用工艺。

手掘式机械顶管施工方案(节选）本工程由于顶管种类较多，本方案以单项数量较大具有代表性的D2000mmF型Ⅲ级钢筋混凝土管为例进行施工方案的编制，我方拟定为手掘式机械项管施工。
3．1手掘式项管施工工艺流程
3.1.1顶力计算与后背设计
本工程是将壁板加厚作为千斤顶的后背墙。
l后背结构及抗力计算
后背作为千斤顶的支撑结构，要有足够的强度和风度，且压缩变形要均匀。
所以，应进行强度和稳定性计算。本工程采用组合钢结构后背，这种后背安装方便，安装时应满足下列要求：使用千斤顶的着力中心高度不小于后背高度的1/3。
顶力计算
    推力的理论计算：（以Φ2000mm计算）
     F=F1十f2
     其中F—总推力
         Fl一迎面阻力     F2—顶进阻力
   F1＝π/4×D2×P   (D—管外径2.5m   P—控制土压力)
     P＝Ko×γ×Ho
     式中 Ko—静止土压力系数，一般取0.55
         Ho—地面至掘进机中心的厚度，取最大值6m
         γ—土的湿重量，取1.9t/m3
     P＝0.55×1.9×7＝7.31t/m2
     F1=3.14/4×2.5×2×8＝31.4t
   F2＝πD×f×L
     式中f一管外表面平均（根据顶进距离平均淤泥土）综合摩阻力，取0.8t/m2
     D—管外径2.5m
     L—顶距，取最大值100m
     F2＝3.14×2.5×0.8×100＝428t。
     因此，总推力F=31.4+428＝459.4t。根据总推力、工作井所能承受的最大顶力及管材轴向允许推力比较后，取最小值作为油缸的总推力。工作井（Φ2000mm顶管）设计允许承受的最大顶力为800t，管材轴向允许推力700t，主顶油缸选用2台(或4台，根据现场实际情况定)300t(3000KN)级油缸。每只油缸顶力控制在250t以下，这可以通过油泵压力来控制，千斤顶总推力500t。因此我们无需增加额外的顶进系统即可满足要求。
l后背的计算
后背在顶力作用下，产生压缩，压缩方向与顶力作用方向一致。当停止顶进，顶力消失，压缩变形随之消失。这种弹性变形即象是正常的，顶管中，后背不应当破坏，产生不允许的压缩变形。
后背不允许出现上下或左右的不均匀压缩。否则，千斤顶在余面后背上，造成顶进偏差。为了保证顶进质量和施工案例，施工时应后背的强度和刚度计算
后靠背受力计算公式
式中：
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
B－后座墙的宽度（M） 此处取4米
γ－土的容重（KN/M3)  
H－后座墙的高度(m) ，此处取4.5米
Kp-被动土压系数  
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5米  
按上式计算，圆形工作井加护套后能承受1591.5T顶力＞实际顶力500T。完全能满足要求。
3.2．主要设备的选择
顶进设备主要包括千斤顶、高压油泵、顶铁、工具管及运出土设备等。
(1)   千斤顶
千斤顶是掘进顶管的主要设备，本工程每个工作井拟配置4台300t液压千斤顶。
千斤顶的工作坑内的布置采用四台组合式，顶力全力作用点与管壁反作用力作用点应在同一轴线，防止产生顶时力偶，造成顶进偏差。根据施工经验，采用机械挖运土方，管上半部管壁与土壁有间隙时，千斤顶的着力点作用在管子垂直直径的1/4~1/5处为宜。
(2)   高压油泵
由电动机带动油泵工作，选用额定核动力为31.5Mpa液压油泵，经分配器，控制阀进入千斤顶，各千斤顶的进油管并联在一起，保证各千斤顶活塞的出力和行程一致。
(3)   顶铁
顶铁是传递和分散顶力的设备。要求它能承受顶进压力而不变形，并且便于搬动。
根据顶铁位置的不同，可分为横顶铁、顺顶铁和U形顶铁三种。
(4)   其它设备
工作坑上设活动式工作平台，平台用30号工字钢梁，上铺15×15cm方木。工作坑井口处安装一滑动平台，作为下管及出土使用。在工作平台上设起重架，上装电动卷扬机，其起重量应大于管子重量。
3.3垂直运输工具的选择
工作坑的垂直运输地面与工作坑的土方，管道与顶管设备的垂直运输采用简易龙门和卷扬机（电动葫芦），并搭设工字钢梁作为地面工作平台。下管采用汽车式起重机吊装。
3.4、顶进设备的选择
本工程根据顶力计算，并结合实际情况，采用工作顶力为300t活塞式双作用液压千斤顶。千斤顶布置采用单列式。顶进时着力点位置在管子全高的1/2～1/3之间比较合适。千斤顶与管子之间采用顶铁传送顶力。顶铁用型钢焊拼成各种结构的传力形式，根据安放位置和传力作用不同，用横铁和立铁组合。
3.5、管前挖土与顶进
3.5.1、管前挖土
管前挖土是控制管节顶方向和高程、减少偏差和重要作业，是保证顶质量及管上构筑物安装的关键。
3.5.2、下管
挖土之前应先下管，并做好以下几项工作：
a、检查管子
下管前应先对管子进行外观检查，主要检查管子有无破损及纵向裂缝；端面要平直；管壁无坑陷或鼓泡，管壁应光洁。检查合格后的管子方可用起重设备吊到工作坑的导轨上就位。
b、检查起重设备
起重设备以检查、试吊，确认安全可靠方可下管。下管时工作坑内严禁站人。当距导轨小于50㎝时，操作人员方可进前工作。
c、管子就位
第一节管放到导轨上，测量管子中心及前端和后端的管底高程，确认安装合格后方可顶进。第一节管作为工具管，顶进方向与高程的准确，是保证整段顶管质量的关键。因此，必须认真对待此项工作。
3.6、管前挖土的长度控制
一般是安排一个人挖土。为加快工程进度，每班两个人，轮流开挖。
土方在管内可采用电瓶车进行，也可采用人力斗车进行运输。
土方在工作坑采用电动葫芦进行垂直运输。
在一般地段，土质良好，挖土时可超挖30～50㎝。在铁路道轨下不得超越管端经外10㎝，在道轨以外最大不得超过30㎝，同时应遵守管理单位的规定。
3.6.1、管子周围超挖的控制
在不允许土下沉的顶地段（如上面有重要建筑物或其它管道），管子周围一律不得超挖。
在一般顶管地段，上面允许超挖1.5㎝，但在下面135°范围内不得超挖，一定要要保持管壁与土基表面吻合。
3.7、顶进
采用2台300t/台的液压千斤顶作为主顶。顶进开始时，就缓慢进行，待各接触部位密合后，再按正常速度顶进。
顶进若发现有油路压力突然增高，应停止顶进，检查原因经过处理后方可继续顶进，回镐时，油路压力不得过大，速度不得过快。
挖出的土方要及时外运，及时顶进，使顶力限制在较小范围内。
3.8安装工具胀圈
为了有利于导向，顶进的前数节管中，在接口处应安装内胀圈，通过背楔或调整螺栓，使用胀圈与管壁紧成为一个刚体。胀圈一定要对正接口缝隙。安装牢固，并在顶进中随时检查调整。
3.9测量与校正
a、测量
在顶第一节管（工具管）时，以及在校正偏差过程中，测量间隔不应超过300㎜，保证管道入土的位置正确；管道进入土书面通知后的正常顶进，测量间隔不宜超过1000㎜。
中心测量：顶进长度在600㎜范围内，可采用垂球拉线的方法进行测量。要求两垂球的间距尽可能的拉大，用水平尺测量头一节管前端的中心偏差。一次顶进超过600㎜采用经纬仪测量。
高程测量：用水准仪及特制高程尺，根据工作坑内设置的水准点，标高（设两个），测头一节管前端管内底高程，以掌握头一节管子的走向趁势。测量后应与工作坑内另一水准点闭合。
激光测量：用激光经纬仪安装在工作坑内，并按照管线设计的坡度和方向调整好，同时在管内装上标示牌，当顶进的管道与设计位置一致时，激光点即射到标示牌中心，说明顶进质量无偏差，否则应根据偏差量进行校正。
全段顶进完后，应在每个管节接口处测量其中心位置和高程，有错口时，应测出错口的高差。
b、校正（纠偏）
顶管误差校正是逐步进行的，形成误差后不可立即将已顶好的管子校正到位，应缓缓进行，使管子逐渐得位，不能猛纠硬调，以防产生相反的结果。常用的方法有以下2种：
超挖纠偏方法：偏差为10～20㎜时，可采用此方法，即在管子偏向的反侧适当超挖，而在偏向侧不超挖甚至留坎，形成阻力，使管子在顶进中向阻力小的超挖侧偏向，逐渐回到设计位置。
千斤顶纠偏法：方法基本与顶木纠偏法相同，只是在顶木上用小千斤顶强行将管慢慢移位校正。
3.10管道内辅助管道的辅设
管内的辅助管道设置于管道内壁，用钢架将其有序地固定在管壁上。
a、通风设施：
由于管道顶进距离长，埋置深度深，管道内的空气不新鲜，加上土体中会产生有害气体，因此，必须设置供气系统。通风设施用一台柴油空压机将压缩空气输入空气滤清器，再进入储气桶，经过气压调节阀，将压缩空气传输至管道最前端，并将管道最前端的空气排出，以此进行空气循环。
b、电源布置：
在顶管过程中，主要的电源为动力用电和照明用电。
●动力用电
由于顶管机械设备采用380V 动力电，因此，动力电必须做到二级保护和接地保护措施，动力电源线设置在操作人员不易接触处，并在电源线外增设护套，保证用电安全。
●照明用电

钢筋混凝土顶管生产和使用中的几个问题
来源：非开挖技术 作者：王泽生 日期：2009年09月01日 访问次数：
摘要：根据目前顶管的生产、使用情况，重点介绍了“F”型钢承口钢筋混凝土顶管的优点，并提出了一些在顶管设计、生产中应注意的问题。
关键词：排水管、顶管、钢承口
1  前言
随着我国市政建设的发展和环境保护要求的加强，目前顶管在全国各大城市的使用进人了一个高峰期。顶管施工是一种非开挖铺设地下管道的施工方法，它借助于主顶油缸及管道中继间的推力，把工具管或掘进机从工作坑内穿过土层一直推到接收坑内后吊起，同时，把紧随工具管或掘进机后的管材埋设在两坑之间。与开槽埋管相比，顶管施工对地表影响较小，土方量、施工占地和施工人员也较少，且施工文明，在覆土深度大的情况下比开槽埋管更经济。特别是在不能开槽施工的环境下，顶管施工成为一种不可替代的重要施工手段受到广泛关注。
同过去穿越小段道路、铁路、河道的短距离顶管施工相比，近几年顶管施工有了显著的进步：
(1)长距离连续顶进。如果在顶进中加中继间，顶进距离可长达上千米；
(2)顶管口径范围扩大。通过采用不同的顶管技术，可以顶进直径从数十厘米的微型管到超过3m的大管；
(3)新理论、新工艺、新材料层出不穷。气压平衡、水泥平衡、土压平衡施工，注浆减摩技术、曲线顶进技术等被大量运用到顶管施工中，各种先进的顶进设备已经在工程中推广使用。
2  几个与顶管相关的问题及使用“F”型顶管的优点
钢筋混凝土管是顶管工程中使用最多的一种管材，JC／T640-1996《顶进施工法用钢筋混凝土排水管》标准的颁布为混凝土排水管在顶管施工中的生产、检验以及使用提供了重要的依据。该标准规定的顶管接口型式有平口管、企口管、双插口管、钢承口管(俗称“F”型管)。上海引进国外芯模振动工艺生产的管型(俗称“丹麦管”)也曾用作顶管，此管型为GB／T11836-1999《混凝土和钢筋混凝土排水管》中的柔性接口企口管。但是笔者认为，我国的相关标准对顶管的技术参数规定偏低，如对顶管混凝土抗压强度仅要求不低于40MPa。另外未规定顶进力检验办法，并且我国目前尚无混凝土顶管顶进力检验的机构。技术要求和检验办法的滞后，已不能完全满足现在的顶管工程要求，甚至可能造成风险。所以，在钢筋混凝土顶管的生产中除了应满足上述标准要求外，还应重点考虑下列几个工程因素：
(1)顶进力：顶进管的顶力一般在几千kN至上万kN，混凝土管材的抗压强度必须达到C50。管材整体力学性能，包括钢筋骨架结构、管体混凝土强度、荷载集中部位结构强度等都应该作为管材结构设计、生产的重要因素考虑。
(2)连续施工：顶管施工多属连续施工，随着顶管机械的发展，顶进效率日趋提高，顶管的连续顶进，对顶管的生产效率提出更高的要求。
(3)曲线顶进：长距离曲线顶进施工中，如果纠偏过量、顶进力过大，会造成两管接口错位、管端破损、管接口渗漏、管壁裂缝、管壁渗漏等问题。除严格控制施工质量外，采用优化设计的管型是十分重要的一个控制措施。
平口管、企口管属刚性接口管，因接口强度低、密封性能差，在长距离顶管施工中基本不适用。现在采用双插口管较多。双插口管又称“T”型套环管，它适用范围较广，从φ200mm至φ3500mm之间各种口径混凝土管都可以用。但是，在施工中的“T”型钢套环，由于纠偏时纠偏力会使钢套环与管道接触处缝口张开或者钢套环变形。当朝前的张口充满泥沙以后，欲向相反方向纠偏时，上述缝口内的泥砂被挤实，而且不易被挤出。这时，如果这种纠偏仍在进行，则钢套环的直径会被撑大，边缘就有可能被撕裂，也有可能使前面某部分钢套环产生卷边，从而导致管口的密封失效，砂土会沿着接口渗到管内来。这时在管内可看到接口处不仅仅是漏水，而且有泥沙滚进来。这种情况十分危险，如果继续推进，管子与管子之间就可能出现错位，严重时会使管接口被压碎而不可收拾。
为克服“T”型管接口的缺点，把“T”型钢套环前面的一半埋入到混凝土管中，并在接口处(混凝土与钢承口的连接处)作一系列处理，就变成“F”型管接口了。
“F”型钢承口钢筋混凝土管有如下优点：
(1)可靠性增加了，适用范围扩大了，即使在砂砾土中也可使用；
(2)由于钢套环埋在混凝土管中，增加了它的刚度，在运输中也不易变形；同时，它与管内钢筋骨架焊接在一起，当管端部混凝土被顶进受压时，能够为管端混凝土提供一个很好的约束保护作用；
(3)“F”型接口很适用于曲线顶管，它的最大张角即使达到3°左右，也不易产生接口渗漏，可靠性相当好；
(4)与企口管相比，顶进受压面积增加了一倍多，很适合于长距离顶管。
上述特点使“F”型钢承口钢筋混凝土管成为长距离顶管施工优先选用的混凝土管材。以前，“F”型钢承口多用于φ1350mm-φ3000mm的大口径顶管，如今，随着顶管施工的日益普及，它已经开始全面取代其它钢筋混凝土顶管，国内φ600mm以上的钢筋混凝土顶管均开始使用，效果良好。
3  “F”型顶管生产工艺及对钢筋骨架的要求
国内生产顶管的工艺主要有离心法、悬辊法、立式振捣法、芯模振动法。离心法起源于日本，悬辊法是澳大利亚在上个世纪40年代初开始研究的，立式振捣法为现场施工法，欧洲、美国普遍采用芯模振动法。上海、北京等一些城市近年来也已从国外引进了芯模振动这种先进的成型工艺。几种成型工艺比较见表1。
上述成型工艺，悬辊法由于成型时钢筋骨架受力较大，受损隐患大，混凝土压实过程中不容易均匀受压，养护时管材易变形，尺寸变化大，并且不易预埋附件，一般只宜生产平口管、双插口管；离心法产品质量较好，内外壁光滑，但生产中排出大量废浆，且生产效率较低，如大规模顶管施工，供货较困难；立式振捣法投资少，布置灵活，是一种简单工艺，一般用于工地现场预制，但生产效率低。
下面着重介绍一下芯模振动工艺成型顶管的特点及针对顶管生产中存在的问题提出相应的解决办法。
3．1  芯模振动成型工艺的特点
(1)干硬性混凝土在底座、内、外模、压头间全封闭成型，尺寸精确；
(2)强大的振动力保证混凝土充分流动，确保管体混凝土致密而均匀；
(3)高频振动不会导致钢套环钢筋骨架及预埋构件变形移位或受损，确保顶管顶进中良好的力学性能；
(4)生产效率高，并不需要带模养护，确保生产能力满足大规模多机坑顶进需求用管量。
由于芯模振动工艺在混凝土未硬化前脱模，故管体内外壁产生粗糙拉痕，特别是外壁，如不解决，在顶进中将可能导致外壁与土壤摩擦力增大，从而使得顶进力增大，增加顶进难度和风险。故在芯模振动成型后，混凝土管体内外壁应及时进行人工修饰，确保管壁光滑。
在曲线顶管过程中，管体存在进退行径过程，如无双向固定止水胶圈的凹槽，在施工中可能导致胶圈从管端脱落，引起漏水。
我们经过摸索，在不改变芯模振动工艺完整性的前提下，对硬化后的管道在插口端固定PVC条，在止胶台与塑料条中间形成一个放胶圈的凹槽，塑料条本身起固定密封胶条作用，在顶进过程中不承受顶进力。经实际应用证明，在长距离曲线施工(800m)过程中，未出现胶圈固定不牢或者插口被破坏的现象。
3．2  “F”型顶管对钢筋骨架的要求
在管材成型时，应确保钢筋骨架不变形。钢承口与混凝土管体接触处须采用加注胶体等防渗漏措施，否则将导致混凝土与钢承口的连接处产生缝隙，从而导致使用中渗水。钢筋骨架应采用冷轧带肋钢丝，滚焊成型，焊点不得脱落、漏焊，纵筋应垂直于管材端面，不应偏斜或损坏。
JC／T640-1996对顶管的荷载要求只是按埋管的要求检验其径向受压状况下的裂缝荷载、破坏荷载，并且将荷载等级列为I、Ⅱ、Ⅲ级。在顶管的结构设计中除满足上述要求外，一定要考虑到顶管的特点，进一步改进结构。在轴向受压的条件下，管体混凝土抗压强度及局部抗折抗剪强度应适当提高。除了可在混凝土中掺加纤维以增强混凝土的抗裂性能外，在配筋上，由于混凝土的泊桑效应，在承受过大的轴向压力时，容易产生沿压力方向上的纵向裂纹，这就需要在配筋时加强环向配筋，特别是加强双层配筋的外层配筋量，这是同普通埋管配筋的不同之处。另外，在骨架两端头加焊“U”型钢筋，将内、外层筋联在一起，确保骨架与钢承口、二层筋之间、骨架与混凝土之间具有良好的整体性，保证顶管具备良好的抗裂性能。
此外，芯模振动工艺生产中继管较为困难，解决这一问题的关键也在于管子成型前与钢筋骨架固联在一起的钢构件的制作与焊接的科学方法及精确性，所以“F”型顶管生产的好坏同钢筋骨架及预埋构件有很大的关系。
4  结论
现代顶管施工法给混凝土管材提供了新的挑战与机遇，“F”型钢承口顶管因其优异的性能逐渐成为顶管施工的主要管材之一。但该管材生产中除了应满足JC／T640-1996《顶进施工法用钢筋混凝土排水管》标准要求外，还应进一步针对顶管施工的特点和要求在管子结构设计和生产工艺控制中有的放矢，加强控制，这样才能确保管材满足施工要求，拓展应用空间。
长距离顶管施工中继间的分布

内容介绍>>
摘 要：在泥水平衡机械顶管施工中，特别是大管径顶管施工，工作井和接收井的施工成本占了整个工程成本的30%～40%。所以尽量延长单段的顶进距离是降低机械顶管施工工程成本的最有效办法。而在长距离顶管中，随着顶进距离的加长，中继间是必不可少的。本文通过泥水平衡顶管施工中顶力的计算和中继间顶力的计算来推导中继间在顶进管道中的分布。

　　关键词：泥水平衡顶管 长距离顶管 顶力 中继间

　　下面以伊势机TCC2000为例介绍一下中继间的分布和使用。

　　1 中继间的顶力

　　为了留有足够的顶力储备，当顶进的过程中顶力达到中继间顶力的50%时就

　　需要下中继间。

　　中继间油缸的活塞杆直径d ＝140mm，中继间压力等级为Pmax＝31.5MPa。

　　中继间顶力

　　F中＝n×Pmax×A （1）

　　＝24×31.5×106×π×（0.14/2）2

　　＝11632kN

　　2 顶力计算

　　在普通泥水平衡顶管施工中，顶力计算：

　　F ＝Fo＋πBcτa L （2）

　　式中：F——总顶力（kN）；

　　Fo——初始顶力（kN）；

　　Bc——管外径（m）；

　　τa——管子与土之间的剪切摩阻力（kPa）；

　　L——推进长度（m）

　　初始顶力

　　Fo＝（Pe＋Pw＋ΔP）πBc2/4 （3）

　　式中：Pe——挖掘面前土压力（根据土质情况计算，现阶段管道的埋深一般不会超过20m，考虑排泥不畅等原因，取Pe＝200kPa）；

　　Pw——地下水的压力（kPa）；

　　ΔP——附加压力（一般为20kPa）；

　　（4）

　　式中：——管与土之间的粘着力（kPa）；

　　——管与土的摩擦系数（）

　　（5）

　　式中：W——每米管子的重力（kN/m）；

　　t——管壁厚度（m）

　　将式（15）、（14）代入（12）经变换位置后得

　　（6）

　　式中：q——管子顶上的垂直均布荷载（kPa）；

　　a——管子法向土压力取值范围，可参见表

　　q ＝ We ＋ P （7）

　　式中：We——管顶上方的土的垂直荷载（kPa）；

　　P——地面的动荷载（kPa）（现阶段顶管施工的埋深较深，地面的动荷载可以忽略，即取p＝0）

　　（8）

　　r——土的容重

　　c——土的内聚力（kPa）；

　　Be——管顶土的扰动宽度（m）

　　Ce——土的太沙基荷载系数（土的有效高度）

　　（9）

　　式中：K——土的太沙基侧向土压力系数（K＝1）；

　　μ——土的摩擦系数（ μ＝tgφ）

　　（10）

　　式中：Bt——挖掘的直径（m）； Bt＝Bc ＋ 0.1

　　在一般的泥水平衡顶管所适应的土质中，根据经验a与C′的取值可参见下表。

　　3 中继间在顶进管道中的分布

　　为了留有足够的顶力储备，当顶力达到中继间最大顶力的一半的时候就要放

　　中继间。

　　F＝0.5F中 （11）

　　由式（1）、式（6）和式（11）可得出放第一个中继间距离L1。

　　第一个中继间工作后，主顶的顶力就只有第一个中继间后面管道的摩阻力。

　　即 （12）

　　F’＝0.5F中 （13）

　　由式（12）和式（13）可得第二个中继间和往后的中继间的位置L2。

　　4 工程实例计算分析

　　某工程砂性土根据标惯资料N平均值为7，依据《工程地质手册》标贯值查得砂性土的内摩擦角为29°。砂性土的容重18kN/m3，土的内聚力为11kPa，土与管子的粘着力C’＝0，覆土深度为5.5m，地下水位为5m；管外径2400mm，壁厚20mm，每米管子的重力35.06kN/m，取a＝1.0。计算无须考虑地面的动荷载。

　　Bt＝Bc＋0.1＝2.4＋0.1＝2.5m

　　q＝40.93kPa

　　Fo＝（Pe＋Pw＋ΔP）πBc2 /4

　　＝（200＋50＋20）×3.14×2.42/4＝1220.832kN

　　＝1220.832＋38.65L1kN

　　F＝0.5F中

　　即1220.832＋38.65L1＝0.5×11632

　　得第一个中继间的距离是

　　L1＝119m

　　由式（12）和（13）得第二个中继间以后的间距为

　　L2＝150m

　　施工过程中如果采用注浆减摩[FS：PAGE]，顶力会相应变小，而中继间的间隔也可以相应增加。

　　参考文献
顶管工程顶力计算及中继间的设置

顶力计算及中继间的设置
最大顶力计算
在本次顶管中，均为长距离顶管，并且顶管的管径比较大，因此我们以XXXX航道该段顶管计算顶力，长度443m。
1、    总推力的理论计算：
  F=F1+F2
其中F—总推力
F1—迎面阻力     F2—顶进阻力
  F1=π/4×D2×P(D--管外径1.62M   P—控制土压力)
  P=K。×γ×H。
式中K。--静止土压力系数，取平均值0.93
     H。--地面至掘进机中心的厚度，取最大值10.5M
γ—土的湿重量，取1.9T/M3
P—0.93×1.9×10.5=18.6T/M2
F1=3.14÷4×1.622×18.6=38T
F2=πD×f×L
式中：f—管外表综合摩阻力，此处取0.5T/M2
D—管外径1.62M
L—顶距443M
F2=3.14×1.62×0.5×443=1127T
因此总推力F=38+1127=1165T
根据以上计算，总推力需1165T，工作井设计能承受的最大顶力为450T，因此该段顶管需设置中继间。
经计算得出顶管的总推力大于设计主顶油缸的总推力，故需设置中继间进行中间接力顶进。顶进时，为确保安全，当顶力达到中继间设计推力的70%时，即需设置中继间，当顶力达到中继间设计推力的80%时，即需启动中继间，中继间设计总推力F，=600T，工作高效率为80%。（由12只50t小千斤顶组成）。
2 主千斤顶的最大顶进距离：L
（800×80%-38）/3.14×1.62×0.5=236 m
设置中继间的距离 ：L1
L1=（F×80%×70%-F1）/3.14×1.62×0.5=117m
推力验算：117×3.14×1.62×0.5=297T
工作井此时承受最大顶力占设计最大顶力的（297/450）66%  5.3工作井能承受的最长顶距：450/（3.14×1.62×0.5）=177m
177m+117 m×2=411m还达不到实际长度的443米。
故本段顶管需设中继间3套

根据我们的经验第一个中继间按排70—100米之间，在实际施工中，中继间安装时机相当重要，主要视顶力的上升速度而定。由于顶管顶进时，会发生一些不可预见的因素，如遇见硬土层等，造成顶力的急剧上升，此时，就必须启动待用的中继间。因此，顶管过程中的不间断监测非常重要，以免贻误中继间安放时机，造成顶管失败。