非开挖微顶管施工多少米（非开挖顶管铺设大直径管道施工实践）

1. 工程概况

该工程是武汉市电信局规划，在汉口京汉大道横穿友谊路口。铺设长63m、24孔电信管道。该路面车辆流量大，路面为混凝，厚约30cm。混凝土垫层以下，杂填土厚度不大，主要以第四系土部土层为主，地层含水比较丰富。由于在地表以下4m之内有污水管道及自来水管道，因此采用非开挖预管技术在埋深5.5m的地方铺设Ф1000mm×12mm的钢管作为护管，采用管前人工挖土、机械顶管方式铺设钢管，然后在钢管内铺设24孔塑料波纹管。

2. 顶管施工原理

顶管法是依靠人工或机械在管内端部挖掘土方，然后在工作坑内借助顶进设备，把铺设的管子按设计中线和高程的要求顶入。

顶管过程是一个复杂的力学过程，涉及到材料力学、岩土力学、弹塑性力学等诸多学科。但顶管力计算的根本问题是要估计顶管的推力、后背承载力。顶管时的推力就是顶管过程管道受的阻力，包括工具管切土正应力、管壁摩擦阻力及工具管焊接头对土层的切削力。

2.1 工具管切土正应力

工具管切土正应力与土层密实度、土层含水量及管内挖土状况有关、通常采用下式计算：

fk=25π（D²-d²）k₁

式中：fk——顶管正阻力，kN；D——顶管外径，m; d—一顶管内径，m; k₁一顶管正阻力系数，kg/m²。

根据有关工程统计资料，软土层一般取k₁=200~300kN/m²，硬土层通常取k₁：=300~600kN/m²，此时取k₁=500kN/m²，经计算得fk=89kN。

2.2 管道在顶进过程中的力

管道在顶进过程中所受的力，不仅与管壁和土之间的摩擦系数，土压力大小有关。而且与管道焊接时的弯曲程度有关。由于管道之间的焊接而垂直于管道的轴线，因此，管道轴线和水平线之间的夹角α是一个微小的角度，可以忽略不计，管道之间推力被认为沿水平方向传递，顶管所需的总顶力即为：

Q=fγ fk

式中：fγ——顶管侧壁总摩擦阻力，kN，f₁=πDLk₂；k₂——顶管侧壁摩擦阻力系数，kN/m²；L——顶管长度，m；D——顶管外径，m。

根据有关工程统计资料，k₂一般为5~10kN/m²。由于忽略管壁弯曲对土的切削作用，因此，此时取最大值=l0kN/m²。经计算可得出fγ=1980kN，所以，总的预力为Q=2069kN。

通常减少管壁摩擦阻力的措施有：管壁与泥土间加泥浆套减阻，管外壁形态规则和表面光洁、减少管道拐弯。

2.3 后背结构及抗力计算

后背在顶方作用下产生压缩，压缩方向与顶力作用方向相反。当停止顶进时，顶力消失。顶管时，后背不应当产生破坏和不允许的压缩变形（后背不应出现上下或左右的不均匀压缩），否则，千斤顶支承在斜面后背的土上，造成顶进偏差。为了保证顶进质量和施工安全，应进行后背的强度和刚度的计算。

后背作为千斤顶的支撑结构，要有足够的强度和刚度，且压缩变形要均匀。顶管过程中，后背压力远大于土壁允许承载力，一般粘土、淤泥土可按承载力≯150kPa计算。为了安全起见，取σ=150kPa，根据顶进需要的总顶力，核算后背受力面积，使土壁单位土所受的力小于土体的允许承载力：

S=Q′σ≈14m²

式中：S一后背所需要承压面积，m²；Q——总顶力，kN；σ—土壁允许承载力，kN/m²。

本工程采用大型钢梁和钢板加强后背，在型钢后面充填砂袋或碎石，加大后背土壁的总承载力，以满足顶力要求。

3. 顶管施工

顶管施工的基本工艺为：测量放线→做预管工作坑→设置平台→安装后背→铺设道轨→顶镐、顶铁、油泵就位→复测高程及中心线→安装钢管→开挖管前土方→顶进→复测、桥正管道中心线→工作坑的回填。

3.1 工作坑的布置

本工程根据管道布置、检查井的设置、地形及地表建筑物分布，设置1个顶管工作坑和1个接受坑。工作坑确定为4m×4mx6m，坑底两侧设置1m*lm*1m焊接工作坑，坑内设集水坑。工作坑基础使用碎石道床，道床厚度≥350mm，装枕木，枕木规格150mm×200mm×2500mm，间距500mm，以防止工作坑下沉，造成顶进位置的偏差。

道轨采用38kg/m重轨，左右各一根，轨长6m，轨高134mm。钢管底部距枕木顶按40mm设置，轨距为392mm。由于受工作空间的限制，钢管每节长为2.0m。

本工程中钢管只是用做施工安全保护用，因此可不必采取特殊的防腐处理。

3.2 顶进设备选择

顶进设备主要包括千斤顶、高压油泵、顶铁、工具管及运土设备等。千斤顶是掘进顶管的主要设备。根据工程理论计算和实际情况，本工程选用的千斤顶为300t（3000kN）。

工具管即导向头，也称盾构头。导向头是由钢卷制而 成的一段钢管，在导向头前采用人工直接挖土和运土。

3.3 顶进施工

工作坑内设备安装完毕，经检查各部位处于良好状态，即可进行开挖和顶进。

管前挖土是保证顶进质量及地上建筑物安全的关键，管前挖土的方向和开挖形状，直接影响顶进管位的准确性，因为管子在顶进中是循已挖好的土壁前进的。因此，管前周围超挖应严格控制、对于密实土质，管端上方最好留有大于1.5cm的空隙，以减小顶进阻力；管端下部135°中心角范围内不得超挖，保持管壁与土壁相平，也可预留1cm厚土层，在管子顶进过程中切去，这样可防止管端下沉。在不允许顶管上部土壤下沉地段顶进时，管周一律不得超挖。

管前挖土深度，一般等于千斤顶出镐长度，如土质较好，可超前0.5m。超前过大、土壁开挖形状不易控制，容易引起管位偏差和上方土坍塌。由于本工程地层含水比较丰富，容易引起土方塌陷，因此在每掘进50cm时顶进一次，确保施工安全。

管前挖出的土用牵引小车及时运出管道，用工作平台上的电动卷扬机送到平台，然后运出工作场地。

3.4 钢管顶进误差调整

在工作坑内设有水准点和预设的方向线，采用激光水准仪直接测量前端管底高程和方向。每顶进50cm时，测量一次，如果在顶进中发现偏差，利用纠偏千斤顶进行校正，使其复位。在顶进过程中，顶管前面的第一节管道作为工具管，不和后面的管道焊接在一起，有利于在顶进过程中调整钢管的顶进误差。

4. 结论

在本工程施工过程中，由于工程的埋置深度大、地层结构复杂、而且管道横穿交通运输干线、所以采用了非开挖顶管施工技术。在施工中，没有影响道路交通和商业经营，对地面建筑物的影响非常小，收到了较好的经济效益和社会效益；在铺设钢护管的过程中，由于钢管的编差校正花费了很多时间，整个施工工期比预计的30个工作日超出了2天，基本上达到了预计的效果。在整个管道铺设过程中，采用了经纬仪和水准仪进行精度控制，管道的铺设轨迹基本上与设计轨迹相符。最后在接收工作坑中，管道的铺设与设计的偏差≯10cm，完全符合工程的要求。

在顶进过程中，顶进速度要均匀。而且顶进的速度不能太快，同时在顶管前要注意观察顶管是否发生偏斜，如果发生偏斜，要及时校正；当有人在顶管前作业时，要注意通风，以确保安全。

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