楊東赫

（上?？睖y設計研究院有限公司，上海 200335）

0 引言

隨著城市化步伐的加快，城市地下管網(wǎng)系統(tǒng)變得日益復雜化，這無疑提升了基礎設施建設的標準和要求。在這一背景下，鋼筋混凝土管長距離頂管技術作為一種領先的非開挖技術，得益于其高效率的施工能力、最小的環(huán)境干擾以及適應城市密集區(qū)域的能力，已在市政工程領域扮演了不可或缺的角色。實際應用中，如在津歧路雨水管道頂管項目中，王朗等[1]利用土壓式頂進設備，提前完成了施工任務，既沒有破壞施工道路，也未對道路交通造成顯著影響，實現(xiàn)了社會和經(jīng)濟效益的雙重勝利。桑軍波等[2]強調，在實施市政給排水工程中的長距離頂管施工時，確保施工質量和效率的同時，需要明確工藝流程，并注重材料與設備的選擇，以及頂進姿態(tài)的調整和糾偏控制。房敏等[3]提出，隨著地下作業(yè)的持續(xù)推進，長距離頂管施工技術面臨的問題逐漸增多，且隨施工次數(shù)增加，區(qū)域土層的穩(wěn)定性可能下降，導致地面沉降問題變得更加突出。為此，本文基于前述實踐和觀點，對潛在的施工難題及其對應的應對策略進行了前瞻性預測與規(guī)劃，以確保施工的安全性和高效性。最終確認了施工工藝的可行性與高效性，并且為未來類似的市政工程提供了寶貴的經(jīng)驗和參考。

1 工程概況

在該項目中針對某市雨水管道工程的特殊情況，選擇了一種適應性強且對環(huán)境影響最小的非開挖頂管施工技術。由于管道位于交通繁忙路段，傳統(tǒng)的開挖方式將嚴重影響交通流量，因此采用頂管技術成為最佳選擇。該技術能有效避免大面積開挖對交通的干擾，同時也減少了對周邊環(huán)境的破壞。工程計劃使用DN1 500 ～3 000mm 的鋼筋混凝土預制管，總長度約為2.1km。頂管工程的設計充分考慮了地形和地質條件，整個管道沿線地面標高為2.5 ～3m，基坑周圍30m 范圍內無建筑物，確保了施工安全和順利進行。此外管道西側緊鄰河流，考慮到正常水位和河底高程，施工計劃中對基坑與河岸的最近距離進行了嚴格控制，以避免對河流及其生態(tài)系統(tǒng)造成負面影響。

為了確保施工過程中的安全，該工程在設計階段就已經(jīng)進行了詳盡的地質勘察。其目的是對擬建的頂管工作井所在的地下水流情況以及土層的穩(wěn)定性進行深入的評估和分析。在本次地質勘察中特別關注了工作井開挖的流程，如圖1 所示。經(jīng)過對坑底土層層間滲流穩(wěn)定性抗力分項系數(shù)的深度分析與研究，這些系數(shù)的數(shù)值均超出了國家?guī)r土工程技術規(guī)范（DB 29-20—2000）所規(guī)定的安全系數(shù)1.2 的標準。在施工過程中可以不必考慮承壓水因素的干擾，這無疑大大簡化了施工程序，為工程進度和安全性提供了有力保障，同時也為施工團隊帶來了顯著的便利。

圖1 工作井開挖流程

2 鋼筋混凝土管長距離頂管施工工藝

2.1 基坑支護

在該鋼筋混凝土管長距離頂管施工項目中，基坑支護的設計和施工是關鍵環(huán)節(jié)。為了確?；拥姆€(wěn)定性和安全性，根據(jù)設計圖紙選用了φ800mm 間距900mm 的灌注樁作為主要的基坑支護結構。灌注樁的長度是基坑深度的2.15 倍，其中最深的樁長達到23.5m，足以覆蓋整個基坑的深度。樁頂部使用600mm×1 200mm 的鋼筋混凝土壓頂梁進行連接，以增強整個支護結構的穩(wěn)定性和承載能力。

在基坑的逐步開挖過程中，為了預防土體松動以及確保施工人員的安全本工程采取了一系列措施。首先在基坑的2.9 和5.5m 深度位置設置了腰梁，這些腰梁起到了支撐土體的作用。為了構建堅固的支撐結構本工程采用了I50b 雙拼工字鋼進行拼接，這種工字鋼具有較高的強度和穩(wěn)定性。為了確保支撐結構的牢固性和可靠性，本工程采用了DN500mm 的鋼管法蘭連接。這種連接方式可以提供強大的支撐力，確?；拥姆€(wěn)定性。在基坑內角位置還采用了I50b 雙拼工字鋼拼接的斜撐進行加固。

2.2 管道頂進

鋼筋混凝土管長距離頂管施工工藝是一種先進的無開挖管道鋪設方法，特別適用于城市地下基礎設施的更新與擴建。本項目中，頂管施工主要針對管徑為DN1 500、1 800、2 200、2 400、3 000mm 的管道，覆蓋了從小到大的各種尺寸需求，以適應不同的地下管線鋪設工程。管道的埋深介于6.5 ～9.4m 之間，涉及16 座特型檢查井，采用的是土壓平衡式頂管施工技術，這種技術能有效控制土壓，減少對周圍環(huán)境的影響。

在施工過程中，特別設計了雙向頂坑，即頂進坑和接收坑，以實現(xiàn)管道的順利安裝。頂坑底板采用了0.4m 厚的C30 鋼筋混凝土，為了增加底板的穩(wěn)定性和承載力，底板下方設有0.2m厚的C20 鋼筋混凝土墊層。此外，頂坑的兩側后背墻也采用了0.4m 厚的C30 鋼筋混凝土一體施工，以確?？颖诘姆€(wěn)定性和防水性。對于接收坑，其底板結構與頂坑相同，但是不設后背墻，以便于管道的順利接收和連接。

考慮到施工安全和效率，工作坑的尺寸被設計為9m（長）×6m（寬）的矩形，而接收坑的尺寸稍小，為7m（長）×6m（寬）。這樣的設計既保證了足夠的工作空間，又能有效地控制施工成本。通過土壓平衡式頂管施工技術，能夠精確地控制管道的推進方向和位置，同時最大限度地減少地表沉降和對周圍建筑物的影響。實際的最長頂距達到了200m，展現(xiàn)了這一技術在長距離頂管施工中的優(yōu)勢。

2.3 頂管頂力與后背承載力計算

在進行鋼筋混凝土管長距離頂管施工工藝的設計時，頂管頂力與后背承載力的計算是保證施工安全與效率的關鍵環(huán)節(jié)。針對本項目的實際需求，頂進距離達到200m，且由于地表沉降控制要求較為嚴格，采用了泥漿觸變法來降低頂進過程中的側壁阻力并支撐周圍地層，這是一個對施工技術要求較高的方案。

頂力計算方面，首先需要根據(jù)地質報告選擇合適的土質參數(shù)進行計算。在本案例中，土質被確定為粉質粘土，因此，為了提高工程的保證系數(shù)，實際計算時將頂進距離考慮為210m，并將土質按粉土處理。頂力F2的計算公式為：

其中，f2為采用注漿工藝的摩阻力，根據(jù)經(jīng)驗取值在4～12 kN/m2之間，D 為管道外徑，L 為管道的計算頂進長度。

迎面阻力PF 的計算公式為：

其中，PF為封閉式頂管機頭的迎面阻力，D1為頂管掘進機的外徑，Pt為機頭底部以下1/3D1處的被動土壓力。頂力由掘進機的迎面阻力和管壁外周摩阻力兩部分組成，整體計算結果為R8 =PF+ F2= 11 394.4 + 2 334.1 = 13 728.5 kN。

在后背承載力的計算中，公式為：

其中R 為總推力之反力，a 為系數(shù)，通常取2.0，B 為后背墻的寬度，r為土的重度，H為后背墻的高度，KP為被動土壓系數(shù)，取值為1.46，C為土的內聚力，h為地面到后背墻頂部土體高度。經(jīng)過計算，R/F2= 1.869，表明計算得到的后背承載力滿足頂力要求。

3 鋼筋混凝土管長距離頂管施工方案

3.1 工作坑施工

工作坑的挖掘從地面向下0.7m 開始，到達預定的冠梁位置，這里采用C30 等級的混凝土構造冠梁，其斷面尺寸為1 200mm×600mm。冠梁的主筋使用直徑為22mm 的鋼筋，箍筋則采用直徑為10mm、間距為150mm 的配置。冠梁施工完成并達到100%強度后，繼續(xù)挖掘至第一道腰梁的位置。由于此步驟中的土層為表層土，含水量較小，因此挖出的土可以用于工作坑周圍的墊道或回填。

接下來的施工步驟是安裝腰梁，其定位應精確地位于設計標高-1.3m 的位置。腰梁的結構設計采用雙拼配置的HN600mm×200mm×11mm×17mm 規(guī)格的工字鋼，確保了結構的穩(wěn)定性和承載力。在跨中部分，使用直徑為500mm 的鋼管作為支撐柱，以增強腰梁的中間支承點。為了提高角部的穩(wěn)定性，角撐采用了直徑為402mm、壁厚為14mm 的鋼管，在結構的四個角落進行安裝。在施工過程中，首要任務是將預先加工好的支架與混凝土灌注樁連接，每側配備兩個支架，以確保腰梁的均勻分布和穩(wěn)固性。

隨后，將組裝完成的腰梁吊裝到已安裝的支架上。在吊裝腰梁時，需要首先安裝垂直于頂進方向的短腰梁，以確保頂管工作坑的鋼腰梁布置平面符合設計要求，如圖2 所示。緊接著，安裝沿頂進方向的長腰梁，并通過焊接工藝，確保短腰梁與長腰梁之間的連接牢固無誤。最后，通過專業(yè)的焊接技術，將四個角部的角撐與腰梁連接，以增強整體結構的穩(wěn)定性。為了確保腰梁與混凝土灌注樁之間的連接強度，將使用木楔和直徑為16mm 的鋼筋進行加固，從而完成腰梁的安裝工作[4]。

圖2 頂管工作坑鋼腰梁布置平面

在開始底板施工之前，首先需要使用高精度的測量設備，如全站儀或經(jīng)緯儀，來確立井中以及底板的長寬邊界。這一步驟確保了底板的準確位置和尺寸，為后續(xù)的施工提供了準確的參考。接下來使用P3012 型鋼模板進行模板施工。這種模板具有很好的穩(wěn)定性和承載能力，能夠有效地支撐混凝土的重量。模板之間通過U 型卡連接，這種連接方式既簡單又牢固，能夠保證模板的整體穩(wěn)定性。同時，還使用木支杠或鋼管對模板進行加固，進一步提高其穩(wěn)定性。

底板的混凝土采用商品混凝土，這種混凝土具有很好的工作性和強度，能夠滿足底板的施工要求。在澆筑混凝土時，我們從中央開始向外擴散，這樣可以確?；炷恋木鶆蚍植?，避免出現(xiàn)空洞和裂縫。同時需要確保澆筑管在整個過程中垂直于底板平面，以保證混凝土的順利流動。為了提高混凝土的密實度，本工程使用插入式振搗棒進行振搗，這樣可以有效地消除混凝土中的氣泡，提高其強度。

在施工過程中，導軌的高程誤差和中線位移需要嚴格控制在2mm 以內，這樣才能保證頂管施工的精度和安全。其中前期鋼導斷面如圖3 所示，從圖中可以看出導軌的布置和固定都非常精確，能夠滿足施工的精度要求。

圖3 前期鋼導斷面

3.2 進出口處理

在鋼筋混凝土管長距離頂管施工方案中，進出口的處理是確保施工順利進行的關鍵環(huán)節(jié)。在執(zhí)行洞口破除工程時，首要任務是對構成的灌注樁和水泥攪拌樁進行周詳處理。灌注樁作為工作坑支撐系統(tǒng)的關鍵組成部分，其處理過程需格外謹慎。在斷樁作業(yè)中，必須采用人工風鎬方式，并嚴格控管破巖速度，以便于對基坑的動態(tài)變化進行實時監(jiān)測，確保施工安全。當斷樁作業(yè)完成之際，緊接著的是洞口加固工序，其目的在于保障洞口結構的穩(wěn)定性，防止任何可能的安全風險[5]。

對于水泥攪拌樁，由于其在提升洞口土方穩(wěn)定性方面的顯著作用，應當利用機械設備進行破除。在破除過程中，必須遵循“頂進速度緩慢、刀盤旋轉快速”的原則，以確保破除工作的高效率與安全性。最后，在破除工程完成后，應使用機頭進行頂進，同時，對高程及水平偏差進行精確控制，以確保頂進過程的精準度，滿足工程質量要求。

止水封門的操作步驟首先，在洞口挖除土壤并進行充分清理，形成內圓外方的結構。內圓的直徑應為管外皮直徑加10cm，而外方的尺寸則為內圓直徑加60cm。在此基礎上，露出的水泥攪拌樁支模應維持30cm 的厚度，然后進行混凝土的澆筑。在混凝土與水泥樁的接觸縫隙處，務必確?；炷脸浞止嘧?，并使用振搗棒進行細致的振搗。在距離內圓5 ～10cm的位置上，應埋入直徑為16mm、長35cm 的螺栓，螺栓應深埋入混凝土20cm，露出部分為15cm。螺栓間距為15cm，分為內外兩排，呈梅花狀交錯布置。在安裝厚度為2cm 的環(huán)形橡膠板時，需要注意以下幾點：

（1）環(huán)形橡膠板的內環(huán)直徑應比管外皮直徑小20cm，這樣可以確保橡膠板能夠緊密地貼合在管外皮上。同時，外環(huán)直徑應與封門外邊尺寸相同，以保證橡膠板能夠完全覆蓋封門的外部。

（2）在橡膠板上對應螺栓位置挖孔，這樣可以使橡膠板緊貼封門迎面，螺栓從相應孔中露出。

（3）在橡膠板外面壓上同厚度同形狀的環(huán)形鋼板。

（4）使用雙螺母擰緊螺栓，這樣可以進一步確保環(huán)形鋼板和環(huán)形橡膠板與封門之間的密封性。雙螺母的設計可以提供更大的摩擦力，防止螺栓在使用過程中松動。

（5）需要確保環(huán)形鋼板和環(huán)形橡膠板與封門之間的密封性，以防止泥水從封門與管外皮的縫隙流入坑內。

4 結論

鋼筋混凝土管長距離頂管施工工藝是一種有效、安全的施工方法，能夠滿足工程的需求并減少對周圍環(huán)境和交通的影響，根據(jù)鋼筋混凝土管長距離頂管施工工藝強調了在現(xiàn)代城市基礎設施建設中得到以下結論。

（1）采用先進的頂管技術對于確保施工安全、提高施工效率及減少環(huán)境影響的重要性。

（2）通過綜合考慮工程的地質條件、管材的物理特性、施工設備的性能以及施工現(xiàn)場的實際情況，精確控制頂進方向和位置、優(yōu)化洞口處理工藝、嚴格施工質量控制以及有效的止水措施是確保工程順利進行的核心要素。

（3）通過實踐證明頂管施工過程中對進出口處理的重視及其科學的施工方案設計，能顯著降低施工風險，提升施工速度，并確保施工質量。