长距离顶管技术

杨宝国，尹秋成

（1.河北省水利水电勘测设计研究院，天津 300251；2.天津市泽宝水泥制品有限公司，天津 301800）

1 长距离顶管技术

随着市政给排水工程施工技术的发展，钢筋混凝土排水管的顶进施工越来越受到业主、设计、监理、施工单位的青睐。顶进施工不受地表设施影响，不仅可以进行直线顶进，还可以进行曲线顶进。而且在施工过程中不需开挖明槽，只需在施工段内依据管道走向、施工起始端设置工作坑，在另一端设置接收坑，中间加几个中继间，采用顶管机将管道由工作坑向接受坑方向顶进。整个工程全部在地下进行，对地表建筑物、人文设施及人们的日常生活没有影响。顶管的优点是大大降低施工费用，保护地表设施，降低施工难度。但是由于受地质条件的影响，各地区在顶进施工距离方面参差不齐，特别是天津地区，由于是冲积平原，土壤结构复杂，地基沉降不均，导致施工过程中土壤阻力大，影响单段顶进距离。到目前为止，天津地区的最大顶进距离仅为280m，远远低于国内其他地区的水平（上海的最大顶进距离为2000m）。

影响顶进距离的因素有两方面：

1.1 管道两端的混凝土强度

在顶进过程中管道的两个端口是最主要的受力面，由于在施工过程中往往需要纠偏，所以常常会出现管口崩裂现象，造成无法顶进。

1.2 管道被抱死

在顶进施工过程中，为减小管壁与土壤的摩擦，需要边顶进边注浆，注浆孔就设置在管道的插口端（以顶进施工法用预应力钢筒混凝土管为例，管道接口形式如图1）。注浆孔的位置将直接影响泥浆的分布，泥浆分布不均会产生抱管现象。

图1 顶进施工法管道接口形式

综上分析，实现长距离顶进，应从管口加强和准确设置注浆孔的位置着手。

2 管口加强措施

2.1 确定混凝土配合比

本实验没有提高混凝土配合比的设计强度，仍然采用符合GB11839—2009《混凝土和钢筋混凝土排水管》标准要求，顶管的设计强度不小于40MPa，本实验的混凝土设计强度C50具体配合比如表1，原材料规格如表2。

表1 混凝土配合比

表2 原材料规格

2.2 实验步骤

本实验采用对比实验法进行，也就是用加强的混凝土试件与不加强的试件进行对比试验。

2.2.1 中心约束实验

本实验是将提前制作好的宽度分别为40mm和80mm的正方形加强环放置于立方体试件的中间，如图2。加强环的厚度4mm，成型养护到规定龄期后与不加加强环的试件进行抗压强度对比，计算强度提高系数，实验结果如表3。

图2 中心约束试件与普通试件

表3 立方体试件中心约束实验结果统计 单位：MPa

2.2.2 圆柱体试件进行两端约束实验

本实验将提前制作好的外径150mm，宽30mm和60mm的圆形加强环放置于圆柱体试件的两端，如图3。加强环厚4mm，成型养护到规定龄期后，与不加加强环的试件进行抗压强度对比，计算强度提高系数，实验结果如表4。

图3 两端约束圆柱体试件与普通圆柱体试件

表4 圆柱体试件两端约束实验结果 单位：MPa

2.2.3 管道模型试件进行两端约束实验

本实验采用管道模型进行管道整体加强性能试验，将提前制作好的外径150mm，宽30mm和60mm的圆形加强环放置于模型试件外壁的两端，如图4。再将提前制作好的内径80mm，宽30mm和60mm的圆形加强环放置于模型试件内壁的两端，加强环厚4mm，成型养护到规定龄期后，与不加加强环的试件进行抗压强度对比，计算强度提高系数，实验结果如表5。

图4 两端约束管道模型、无约束模型、模型图片

表5 管道模型试件两端约束实验结果统计 单位：MPa

2.3 实验结果分析

实验结果可以看出，由于加强环的存在，约束了混凝土的横向变形，提高混凝土的承压能力，其提高比例为150%～190%，而且加强环的宽度将决定强度提高系数。

3 注浆孔位置确定

图1中右侧宽线条即为管道施工时注浆孔的位置，通过现场考察发现，注浆孔的位置直接决定了注浆过程中泥浆的分布情况，如果注浆孔全部被承口钢环覆盖，注浆时，泥浆将会被密封在承口和插口的缝隙内，无法保证管道外壁泥浆充足，将起不到润滑作用；如果注浆孔全部被裸露于承口钢环外部，注浆时，随着管道的顶进，泥浆将呈线状分布，管道外壁只有部分得到了润滑，润滑效果不佳；只有当注浆孔一部分在承口钢环内部，一部分露在承口钢环外部，这样的润滑效果才是最佳的设计方案，通过实际工程试验得出。注浆孔露出承口钢环的最佳比例为注浆孔直径的1/3。

4 结语

（1）在管口的内外壁增设加强环，加强环的宽度不宜小于管壁厚度的1/2，加强环的厚底不宜小于4mm，这样管道所承受的定力增加50%以上，相应的顶级距离增加了50%。

（2）管子的结构设计，要充分考虑注浆孔的位置，根据施工经验注浆孔露出承口钢环1/3为最佳位置，这样才能保证管道在顶进过程中充分润滑，进而减小摩擦阻力，增加顶进距离。

［1］GB11839—2009，混凝土和钢筋混凝土排水管［S］.

［2］GB1596 —2005，用于水泥和混凝土中的粉煤灰［S］.

［3］JCT640—1996，顶进施工法用钢筋混凝土排水管［S］.

［4］张耀春，曹宝珠.轴心受压薄壁圆钢管混凝土柱临界径厚比的确定［J］.工程力学,2005,22（1）:170-174.

［5］韩林海，杨有福.现代钢管混凝土结构设计［M］.北京：中国建筑工业出版社，2004.

［6］GB/T50081—2002，普通混凝土力学性能试验方法［S］.