1. 工程概況

該工程是武漢市電信局規(guī)劃，在漢口京漢大道橫穿友誼路口.鋪設(shè)長63m、24孔電信管道。該路面車輛流量大，路面為混凝，厚約30cm.混凝土墊層以下，雜填土厚度不大，主要以第四系土部土層為主，地層含水比較豐富。由于在地表以下4m之內(nèi)有污水管道及自來水管道，因此采用非開挖預(yù)管技術(shù)在埋深5.5m的地方鋪設(shè)Ф1000mm×12mm的鋼管作為護(hù)管，采用管前人工挖土、機(jī)械頂管方式鋪設(shè)鋼管，然后在鋼管內(nèi)鋪設(shè)24孔塑料波紋管。

頂管法是依靠人工或機(jī)械在管內(nèi)端部挖掘土方，然后在工作坑內(nèi)借助頂進(jìn)設(shè)備，把鋪設(shè)的管子按設(shè)計中線和高程的要求頂入。

頂管過程是一個復(fù)雜的力學(xué)過程，涉及到材料力學(xué)、巖土力學(xué)、彈塑性力學(xué)等諸多學(xué)科。但頂管力計算的根本問題是要估計頂管的推力、后背承載力。頂管時的推力就是頂管過程管道受的阻力，包括工具管切土正應(yīng)力、管壁摩擦阻力及工具管焊接頭對土層的切削力。

工具管切土正應(yīng)力與土層密實度、土層含水量及管內(nèi)挖土狀況有關(guān)、通常采用下式計算：

f_k=25π（D2-d2）k₁

式中：f_k——頂管正阻力，kN；D——頂管外徑，m; d—一頂管內(nèi)徑，m; k₁一頂管正阻力系數(shù)，kg/m2。

根據(jù)有關(guān)工程統(tǒng)計資料，軟土層一般取k₁=200~300kN/m2，硬土層通常取k₁：=300~600kN/m2，此時取k₁=500kN/m2，經(jīng)計算得f_k=89kN。

管道在頂進(jìn)過程中所受的力，不僅與管壁和土之間的摩擦系數(shù)，土壓力大小有關(guān)。而且與管道焊接時的彎曲程度有關(guān)。由于管道之間的焊接而垂直于管道的軸線，因此，管道軸線和水平線之間的夾角α是一個微小的角度，可以忽略不計，管道之間推力被認(rèn)為沿水平方向傳遞，頂管所需的總頂力即為：

Q=f_γ+f_k

式中：f_γ——頂管側(cè)壁總摩擦阻力，kN，f₁=πDLk₂；k₂——頂管側(cè)壁摩擦阻力系數(shù)，kN/m2；L——頂管長度，m；D——頂管外徑，m。

根據(jù)有關(guān)工程統(tǒng)計資料，k₂一般為5~10kN/m2。由于忽略管壁彎曲對土的切削作用，因此，此時取最大值=l0kN/m2。經(jīng)計算可得出f_γ=1980kN，所以，總的預(yù)力為Q=2069kN。

通常減少管壁摩擦阻力的措施有：管壁與泥土間加泥漿套減阻，管外壁形態(tài)規(guī)則和表面光潔、減少管道拐彎。

后背在頂方作用下產(chǎn)生壓縮，壓縮方向與頂力作用方向相反。當(dāng)停止頂進(jìn)時，頂力消失。頂管時，后背不應(yīng)當(dāng)產(chǎn)生破壞和不允許的壓縮變形（后背不應(yīng)出現(xiàn)上下或左右的不均勻壓縮），否則，千斤頂支承在斜面后背的土上，造成頂進(jìn)偏差。為了保證頂進(jìn)質(zhì)量和施工安全，應(yīng)進(jìn)行后背的強(qiáng)度和剛度的計算。

后背作為千斤頂?shù)闹�撐結(jié)構(gòu)，要有足夠的強(qiáng)度和剛度，且壓縮變形要均勻。頂管過程中，后背壓力遠(yuǎn)大于土壁允許承載力，一般粘土、淤泥土可按承載力≯150kPa計算。為了安全起見，取σ=150kPa，根據(jù)頂進(jìn)需要的總頂力，核算后背受力面積，使土壁單位土所受的力小于土體的允許承載力：

S=Q′σ≈14m2

式中：S一后背所需要承壓面積，m2；Q——總頂力，kN；σ—土壁允許承載力，kN/m2。

本工程采用大型鋼梁和鋼板加強(qiáng)后背，在型鋼后面充填砂袋或碎石，加大后背土壁的總承載力，以滿足頂力要求。

頂管施工的基本工藝為：測量放線→做預(yù)管工作坑→設(shè)置平臺→安裝后背→鋪設(shè)道軌→頂鎬、頂鐵、油泵就位→復(fù)測高程及中心線→安裝鋼管→開挖管前土方→頂進(jìn)→復(fù)測、橋正管道中心線→工作坑的回填。

本工程根據(jù)管道布置、檢查井的設(shè)置、地形及地表建筑物分布，設(shè)置1個頂管工作坑和1個接受坑。工作坑確定為4m×4mx6m，坑底兩側(cè)設(shè)置1m*lm*1m焊接工作坑，坑內(nèi)設(shè)集水坑。工作坑基礎(chǔ)使用碎石道床，道床厚度≥350mm，裝枕木，枕木規(guī)格150mm×200mm×2500mm，間距500mm，以防止工作坑下沉，造成頂進(jìn)位置的偏差。

道軌采用38kg/m重軌，左右各一根，軌長6m，軌高134mm。鋼管底部距枕木頂按40mm設(shè)置，軌距為392mm。由于受工作空間的限制，鋼管每節(jié)長為2.0m。

本工程中鋼管只是用做施工安全保護(hù)用，因此可不必采取特殊的防腐處理。

頂進(jìn)設(shè)備主要包括千斤頂、高壓油泵、頂鐵、工具管及運土設(shè)備等。千斤頂是掘進(jìn)頂管的主要設(shè)備。根據(jù)工程理論計算和實際情況，本工程選用的千斤頂為300t（3000kN）。

工具管即導(dǎo)向頭，也稱盾構(gòu)頭。導(dǎo)向頭是由鋼卷制而 成的一段鋼管，在導(dǎo)向頭前采用人工直接挖土和運土。

工作坑內(nèi)設(shè)備安裝完畢，經(jīng)檢查各部位處于良好狀態(tài)，即可進(jìn)行開挖和頂進(jìn)。

管前挖土是保證頂進(jìn)質(zhì)量及地上建筑物安全的關(guān)鍵，管前挖土的方向和開挖形狀，直接影響頂進(jìn)管位的準(zhǔn)確性，因為管子在頂進(jìn)中是循已挖好的土壁前進(jìn)的。因此，管前周圍超挖應(yīng)嚴(yán)格控制、對于密實土質(zhì)，管端上方最好留有大于1.5cm的空隙，以減小頂進(jìn)阻力；管端下部135°中心角范圍內(nèi)不得超挖，保持管壁與土壁相平，也可欲留1cm厚土層，在管子頂進(jìn)過程中切去，這樣可防止管端下沉。在不允許頂管上部土壤下沉地段頂進(jìn)時，管周一律不得超挖。

管前挖土深度，一般等于千斤頂出鎬長度，如土質(zhì)較好，可超前0.5m。超前過大、土壁開挖形狀不易控制，容易引起管位偏差和上方土坍塌。由于本工程地層含水比較豐富，容易引起土方塌陷，因此在每掘進(jìn)50cm時頂進(jìn)一次，確保施工安全。

管前挖出的土用牽引小車及時運出管道，用工作平臺上的電動卷揚機(jī)送到平臺，然后運出工作場地。

在工作坑內(nèi)設(shè)有水準(zhǔn)點和預(yù)設(shè)的方向線，采用激光水準(zhǔn)儀直接測量前端管底高程和方向。每頂進(jìn)50cm時，測量一次，如果在頂進(jìn)中發(fā)現(xiàn)偏差，利用糾偏千斤頂進(jìn)行校正，使其復(fù)位。在頂進(jìn)過程中，頂管前面的第一節(jié)管道做為工具管，不和后面的管道焊接在一起，有利于在頂進(jìn)過程中調(diào)整鋼管的頂進(jìn)誤差。

在本工程施工過程中，由于工程的埋置深度大、地層結(jié)構(gòu)復(fù)雜、而且管道橫穿交通運輸干線、所以采用了非開挖頂管施工技術(shù)。在施工中，沒有影響道路交通和商業(yè)經(jīng)營，對地面建筑物的影響非常小，收到了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益；在鋪設(shè)鋼護(hù)管的過程中，由于鋼管的編差校正花費了很多時間，整個施工工期比預(yù)計的30個工作日超出了2天，基本上達(dá)到了預(yù)計的效果。在整個管道鋪設(shè)過程中，采用了經(jīng)緯儀和水準(zhǔn)儀進(jìn)行精度控制，管道的鋪設(shè)軌跡基本上與設(shè)計軌跡相符。最后在接收工作坑中，管道的鋪設(shè)與設(shè)計的偏差≯10cm，完全符合工程的要求。

在頂進(jìn)過程中，頂進(jìn)速度要均勻。而且頂進(jìn)的速度不能太快，同時在頂管前要注意觀察頂管是否發(fā)生偏斜，如果發(fā)生偏斜，要及時校正；當(dāng)有人在頂管前作業(yè)時，要注意通風(fēng)，以確保安全。

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