1??工程概况
广州市增城区荔城街广汕公路污水管道工程新建DN~DN污水管，总长1.35?km，配套实施检查井、截污井、顶管工作井、顶管接收井、路面破除及修复等工程。其中工作井12座、接收井14座。随着排污量与日俱增，环境污染越来越严重，需对其进行分流，收集周边地块污水，增加污水收集率。
荔乡路路段管道沿道路东边外侧车道布置。经3个十字路口，及电视台、医院门口，交通繁忙。其中WC2医院门口，WC4位于与民生路相交丁字路口，若按3.5?m+最小安全距离0.5?m，需围蔽空间4?m以上，医院出入及民生路进入荔乡路的车辆交通。
本工程地质勘探资料显示，荔乡路段顶管埋深4~6m，均为粉质粘土，地下水埋深约3.8?m，在管道埋深以上。顶管穿越土层为粉质粘土，性状可塑，遇水易软化。属软弱土质，此类土质条件采用挤压式顶管可充分发挥二次顶管的特点（表1）。
表1??荔乡路段地质特征
2??施工技术难点及对策
2.1??主要技术难点
WC2和WC4接收井顶管施工如下。
（1）WC2接收井井内净空φ3.5，再加井边两侧各0.5?m安全距离兼做施工通道，围蔽面积达20.25?m2。医院物资车辆通道，故须将占道面积压缩在9?m2以内。
（2）按逆作法施工，井埋深5.5?m，井壁混凝土采用6模施工（1?m1模），混凝土强度达到70%方可拆模，1模至少需用时4?d（采用早强水泥），洞口开孔、顶管机出洞、井中井制作、回填，全部完工至少1个月。
（3）WC2井临近电视台、医院大楼，须减小泥水平衡式顶管对临近建筑物的影响，减小甚至消除注浆对地下原土性状的扰动。
（4）WC4井按逆作法施工，会导致民生路南侧所有单位、商铺车辆1个月无法正常出入。
为解决上述施工难题，须在满足GB/T—《给排水管道工程施工及验收规范》、GB—《给水排水构筑物工程施工及验收规范》的质量技术要求的同时，将接收井占道面积压缩在9?m2以内，占道时间压缩在1周以内，快速施工控制成本，形成有效的施工方法。
2.2??施工对策
二次顶管技术与预制装配式钢筋混凝土井筒的性能特点如下。
2.2.1??二次顶管
（1）适用于软弱土质地区，采用挤压土方式，不需泥浆，施工便利，成本低。
（2）在顶力满足计算要求条件下，无需注浆减阻，不改变地下原土性状，可减小对地下环境的污染，减小对相邻建筑物基础的扰动，成本低，有利于安全性。
（3）为满足顶管机出井，接收井直径须大于顶管机长度。二次顶管由小先导管顶进引导，大导管二次接力顶进，大小导向头均较短，因此接收井筒直径取决于导管节段长度，本工程选择预制长1.5?m的导管标准节。
（4）与泥水平衡式、土压平衡式顶管相比，二次顶管施工灵活，易于安装，工作井尺寸也有减小，成本低。
2.2.2??预制装配式钢筋混凝土井筒
（1）可取代传统的现场砌筑或现场浇筑方式，在工厂生产，工期短。
（2）可根据地理环境、工程条件、设计要求订制井的尺寸、外形和高度。
（3）工厂生产采用悬辊振动或芯模振动工艺，混凝土强度高、质量好。
通过比对，本工程二次顶管导管标准节长1.5?m，预制装配式钢筋混凝土井筒直径及高度可优化组合选择使用：内径1.6?m、2.0?m，井筒高1.5?m、2?m，施工时可以灵活快捷组合。配筋为HPB（fy=?N/mm2），HRB（fy=?N/mm2）；C35混凝土抗渗等级P6，钢筋保护层厚度为20?mm，可满足二次顶管管头和管节出井尺寸要求。以装配式井筒直接接收设备出井，取消原逆作法直径3.5?m的接收井。顶管至目标位置进行井筒安装、底板施工和开孔，可大幅缩短占道时间和占道面积。
3??主要施工工艺
3.1??工作井施工
工作井采用土方开挖及井壁施工逆做法，按设计深度开挖，内侧净空为φ3.5?m；拱墙壁厚~?mm，拱墙混凝土等级为C30，钢筋采用16钢筋，水平箍筋及上下两层拱墙钢筋搭接长度不小于45d。每节护壁高度不大于1?m，竖向钢筋下料加长?mm，以便与下一层搭接，验收合格后支模浇筑混凝土。
井壁模板采用定型钢模板，按井径分块拼装，用U形扣件连接固定，沿模板底打短钢筋进行加固，拼装时预留接缝夹φ48钢管，以便拆模，必要时采用φ48钢管加固对顶支撑。井壁C30混凝土，加早强剂，混凝土用吊桶下送，用圆形防护板作布料台，对称浇筑以防模板侧移，混凝土采用人工捣实，分层厚~?mm。待混凝土强度达到70%后方可拆除模板。
3.2??顶管设备安装准备工作
（1）顶管顶进施工前，安装用电，用水，通道，排水及照明。
（2）施工材料、设备及机具必须备齐，管节有足够的余量（50~80?m）。
（3）工作井设后靠背，安装导轨、主顶油缸、油泵动力站、钢制扶梯。顶管基座为钢结构预制构件，按管道设计轴线准确放样，按测量放样的基线吊入井下就位安装。基座上的导轨按顶管轴线及洞门中心居中放置。
3.3??顶力计算
工具管正面泥水压力：
式中：F1为顶管泥水阻力（kN）；D为顶管外径（m）；P为顶管泥水最大压力（kN/m2），P与土层密实度、土层含水量及地下水位状况有关。
管壁摩擦阻力：
式中：S为顶管外周长（m）；L为顶管长度（m）；f为平均摩擦力系数（kN/m2），f与管道的埋设深度、土质、地下水位等因素有关。
顶管总阻力为以上阻力之和，即F=F1+F2=2?.73?kN。顶管管材能承受的最大顶力为3?.00?kN，计算所得顶管总阻力小于最大承受顶力，故满足要求，无需注浆减摩。
3.4??二次顶管施工
二次顶管作业结构由一次机头、一次管节（出泥管）、二次机头后续混凝土管组成（图1）。一次管节顶进，再通过二次机头对一次管节的通道进行扩充，使通道线径扩大，然后顶进若干节混凝土管完成地下管道敷设。
图1??二次顶管作业结构
一次机头呈锥形，侧表面从头部至尾部平滑过渡；头部直径?mm，尾部直径?mm，长1??mm。一次机头尾端承插连接（接驳）一次管节，其直径与一次机头的尾部相同，一次管节的长度为1??mm。
二次机头的头部直径小于上述二次机头的尾部直径，其侧表面从头至尾平滑过渡；二次机头的头部直径?mm，尾部直径为?mm；混凝土管的外径为?mm。
二次顶管由一次管头顶进引导，一次管头前端外径?mm入土，一次管头尾端外径?mm。导向出泥管二次接力顶进，本工程采用预制1.5?m长导管标节，主要设备参数见表2。
表2??二次顶管主要设备参数
顶进流程为：测量→导轨机械安装→一次顶管机头顶进→导向出泥管顶进→导向出泥管达到接收井→更换安装二次顶管机头→二次机头后安装混凝土管顶进→二次顶管机头到达接收井→凝土管顶进到位。
二次顶管采用由小到大阻力面分级顶进。以降低全管径机头顶进的阻力，也可根据地质条件分多级截面，接续顶进。
3.4.1??一次导向顶管
一次顶管机头呈锥形，前端直径为?mm、尾端扩径为?mm，长1??mm。顶进后尾端承插连接导向（出泥）管，优化管节长度为1??mm，大小口承插连接（图2）。
图2??导向管头及顶管标节
在设备安装安装就位、井间放线、管底标高复核、经纬仪测量定向后开始千斤顶作业，接续顶进（图3）。
图3??导向管顶进作业
每次安装顶管标节后根据经纬仪观测箭头指示灯位置变化，及时调整顶力，以确保轴向精度；遇顶力发生变化时，需及时进行测量，进行纠偏，连续作业至导向管到达接收井出井（图4）。
图4??导向管节出井
3.4.2??二次顶管
（1）二次顶管机头锥形，机头管尾扩径至，适用DN钢筋混凝土管（混凝土管外径：?mm+90?mm+90?mm=?mm）。机头外径?mm，大于管外径5?mm，符合正工差要求，利于后继混凝土管顶进。优化管节长度，管节长度1??mm，管头部位插接形式（图5）。
图5??二次顶管机头
（2）导向管及出泥管到达接收井后安装转换接头即二次顶管机头，进行二次顶管。二次机头长1??mm（1?~1??mm可选），机头后紧跟专用Ⅲ级混凝土管，每节管长2??mm，壁厚90?mm。在工作井连续顶进混凝土管，在接收井随之拆卸出泥管回收。顶进作业中使用经纬仪进行观测调整。顶管机油缸后退至初始位置，安装下一节混凝土管，继续顶进。遇顶力发生变化需及时进行测量及顶力纠偏。循环作业至二次管头及混凝土管到达接收井。二次管头出井后，混凝土管顶进到位。
（3）接收井采用装配式井筒，在一次顶管到达前安装封底，等待回收顶管设备。应合理安排施工进度，以一次顶管到达时间为节点倒排接收井施工计划，以缩短接收井施工工期，减少对交通和环境的干扰。
（4）混凝土管顶进到位后，清理接收井底部泥砂，进行后续井中井的施工。由于二次顶管工作原理为挤压式出土，其出土主要是二次机头顶进中出泥管带出的少量泥砂，在软土质地下水位区域一般为稀泥需随施工进度及时清理。
3.5??装配式井筒（接收井）施工
装配式井筒可采用预制开孔或现场制作开孔，以2?预制装配式钢筋混凝土井筒取代原逆作法3??m接收井。该井筒可满足二次顶管各管节（1??mm）、机头出井尺寸（1??mm）。以其做接收井简化接收井施工过程。井筒采用C35混凝土，抗渗等级P6，HPB、HRB钢筋，钢筋保护层厚20?mm。可根据地理环境、工程条件、设计要求来优化井筒的尺寸、形状和高度进行预制。安装快速可靠，井壁强度高且质量好，可大幅缩短工期，降低成本，减小占地面积，施工过程绿色环保。
装配式钢筋混凝土井筒施工流程为：施工准备→基坑开挖→底板施工→井室吊装拼接→开孔→顶管设备回收→泥砂清理→流槽施工→盖板吊装→调节块安装→井盖安装→回填→验收。
接收口可以预制，也可以在现场开凿孔，为保证装配式井筒的结构强度，接收口直径一般不大于装配式井筒高度的30%（图6）。
图6??装配式井筒开孔示意
在确定装配式井筒所能通过二次顶管标节的最大标节长度（图7），优化时计算方法如下。
图7??管节出井吊点示意
顶管的最大标节长度为L0，装配式井筒外径为R，装配式井筒内径为r，装配式井筒壁厚为R–r，标节的最大外径尺寸为d，接收口的直径为D（以理论最大值进行取值）。起吊摆动中心点与地质层土的密度、含水量相关。
以A1点为理论摆动中心的估值公式为：
以A2点为理论摆动中心的估值公式为：
3.6??施工监测
工作井及接收井应在顶管过程中实施监测，检测做法如下。
（1）按GB26—7《工程测量规范》进行监测。
（2）监测项目：结构水平位移观测点4个，设置于井壁上沿均匀分布；竖向变形（土体沉降）点4个，设于离基坑边3?m处；墙体测斜管监测孔4个，于井壁上沿均匀分布，与水平位移观测点错开布置；水位观测井2个，于离基坑边3?m处。
（3）结构水平位移、土体沉降、墙体测斜的报警值为40?mm，水位变化超过1?m报警。
若发生监测报警，按施工应急方案处置。施工中，水位随雨季变化，观测值接近预警值外，其他监测值未见异常。
摘自《建筑技术》年1月，梁丽峰
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