1、前言
頂管工程是一門綜合地質學、電子技術、機械、冶金、液壓控制及化學等多門學科的綜合性土建工程。頂管施工在我處已經開展了一年時間，通過這一年多的實踐我們積累了較為成熟的經驗，如對于頂管機械的理解及設備改造形成我們自己看法，對對于施工過程中的各個方面（如冒漿、地面隆沉情況分析、頂進中的壓力控制、復雜地層的頂進控制、軸線偏差控制等）也積累了一些技術處理措施。這些都是我們的寶貴的財富。本文整理一些思路和感想并就相關問題和各位同事探討交流，希望對今后頂管施工的發展有所幫助。時間倉促再加上本人才疏學淺，錯誤之處尚請各位同事批評指正。
2、頂管方案選定
2.1現場踏勘及調查
定位測量后進行現場踏勘及調查工作。（1）觀察現場人、車流情況確定人流及車流交通組織及路線，考慮在路口設立交通導向牌、高峰期安排人員指揮交通。（2）調查周圍民房與現場的距離，確定防噪音方案，并考慮是否向業主提出建造發電機隔音房。（3）調查周圍有沒有施工用水的水源。（4）摸查清楚附近的排水系統，
設計最佳的排泥水線路，必要時施工臨時排水管道，避免污水橫流。（5）了解周圍
建筑物的用電負荷及用量看是否需要租用發電機。（6）對于現場的煤氣、電力、通訊、煤氣、供水等管道現場定位并標示出來看是否需要拆遷。（7）看是否有架空的管線及結構物影響到頂管設備的吊裝。（8）周圍是否可以接用辦公用電。（9）查詢附近結構物的竣工圖及相應設計變更。（10）調查雨水渠箱、原有污水管道等埋設較深的市政地下構筑物。（11）對于附近一些橋梁等構筑物調查其橋臺基礎、樁基深度及間距，附近建筑物基坑采取什么結構形式，是否采用噴錨結構施工，其長度是否在頂管頂進軸線內。（12）打聽頂進路線地面上以前是否拆除過舊有的建筑物或地下構筑物，是不是有一些廢棄臨時設備及支架基礎，是否原來有垃圾填埋場等等。（13）考慮到舊的竣工圖不詳細甚至可能有錯誤，盡量利用一切可能的手段調查，盡可能分析到一切不利影響因素。
在這階段，筆者建議注意以下幾個細節：
①.進場前采用多媒體資料記錄原有地貌及地面原有裂縫情況。
②.地面沿著頂進軸線每5m～10m測出原地面初始標高。
③.安裝水表和電表并會同業主方共同見證初始讀數并簽名。
④.現場踏勘及調查后作記錄并存檔備查。
2.2前期技術準備
筆者認為前期技術準備主要重點在于地質情況的摸查及設備的選型。
頂管施工的大忌是對地質情況的摸查不夠清楚，一般而言，設備一下井，工程的成敗順利與否就已基本經定了。所以前期的地質情況調查是重中之中的工作。我們可以盡量要求業主及設計方提供頂管頂進路線詳盡的地質資料。盡量了解土層的物理性質（顆粒組成、含水量大小、透水系數及塑性指數）、力學參數（標準貫入值、內粘聚力及內摩擦角）、分布狀況（分布范圍及埋深厚度）等等。了解地下水的狀況及變化規律如地下水來源、水面標高及是否受到潮汐影響而變化等。如果有砂層則要搞清含砂量多少及砂的細度情況及級配關系。巖層則要搞清楚是否有裂隙發育。如果是風化巖層則要搞清楚是否強風化、中風化抑是弱風化，其抗壓強度及抗剪強度多少，是粉沙質泥巖還是砂巖，是否為條片狀結構還是整體結構等等。一般來說現行業主及
設計單位提供的地質資料不夠詳細，甚至是截然不同（有時設計單位利用相近位置工程的地質資料），作為施工單位，我們一定要求業主補鉆。業主應承條件下我們自己也可以在頂進線路上補鑒別孔，局部問題點補技術孔。
根據土質情況參數可以選擇采用的機頭形式，首先從設備廠家處了解到該機頭適應的土層范圍及該設備的特性和優缺點。有時設備廠家從其利益出發往往比較保守，有些設備經銷商對專業可能并不太了解，這時我們要依靠對設備和土層的認識形成自己的判斷。總的來說，有地下水及流沙的情況一般不能采用前端開敞式的工具頭而要采用機械頂管。多刀盤的形式主要用于上海地區等的軟弱土層，對于廣州地區大面積的顆粒較大的黃粘土土層并不適用。而同樣的大刀盤的機頭由于不同廠家的設計形式而有不同的效果。
一般來說，刀頭的轉動形式，刀架的設計形式、刀具的布置、采用驅動的形式、刀具的稀有金屬的摻量及加工精度等等因素決定其能對付的土層強度有多大。分段式結構的機頭的具體機械尺寸、重心以及重量影響到機頭是否在軟弱土層中順利頂進而不會下沉。機頭是否外套筒內切削方式還是全斷面的切削形式決定著頂進的頂力大小。機頭超挖刀的設置是否與相應土層的情況相適應。
筆者認為目前我處設備中伊勢機在河床沖積含礫石土層中有其優勢。海瑞克設備范圍最廣，能對付N值小于5的土層到較硬的中風化土層。國產設備由于技術缺陷及材料缺陷只能運用于較為均勻的土層。建議根據工程實際情況選擇機頭、如果我處沒有相應設備是否考慮可以外租。機頭選型并非選口徑，而是包括多方面因素的綜合考慮。總而言之一切都是為了工程。
筆者希望作為項目部來說:
①.每隔25～30米作鑒別孔、關鍵點加密并作技術孔。
②.組織處里各方包括設備科及頂管隊討論機頭設備選型。
③.預定管材廠家，并提出相應技術要求及進場計劃。
2.3方案設計及工期計劃
有了前期的準備工作，可以集中精力考慮方案設計。主要包括有線路及井位設計、頂力計算及管材設計、工作井及接收井設計、檢查井設計、平面布置設計、施工過程組織設計、監測及預警措施設計。
2.3.1線路及井位設計
頂進距離考慮到設備情況及周圍環境綜合決定。考慮到工作井的造價比較昂貴，盡量少一些工作井，盡量安排往兩個方向頂進。由于現行設計院設計管道大多按照明挖方式設計，在現場調查后盡量優化線路設計，避開不利頂管的土層、盡量讓頂管線路避開結構物及樹木。最好在每個工作井或者接收井內設計成檢查井位。線路與附近結構物的距離設計必須考慮到以后作檢查井的方便和空間，盡量避免沖突。檢查井間距按照現行規范可以和設計單位研究適當加長。頂進深度范圍內土層較為復雜時，與設計部門協商考慮抬高或者降低標高。
建議：
①.綜合對沖突。檢查井間距按照現行規范可以和設計單位研究適當加長。頂進深度范圍內土層較為復雜時，與設計部門協商考慮抬高或者降低標高。
建議：
①.綜合對設備認識及施工經驗，筆者建議每段頂進長度最好不超過150米。
②.盡量避免頂進軸線有樹根豎向生長的樹木。
2.3.2頂力及管材設計
頂力現行有很多的計算方法和模型來計算。其實這些方法只能作為定性分析和綜合取值考慮，按照傳統上頂力大小主要和土質及是否注漿有關。實際上頂力大小和很多因素如土層的變化情況、是否有糾偏、采用設備的形式、機頭的切削形式、采用管材形式、后靠背的剛度、工作井的形式、注漿的壓力、頂進速度等等有關。我們在實踐中也可以證明這一點，現行考慮采用整體三維模型，考慮多參數系統來模擬頂管頂進過程中各結構的受力情況。以后我們可以在這一方面加以進一步研究。一般采用經驗公式也就足夠對付一般工程。
對于管材的設計，現行對于管材的配筋量、鋼筋布置、砼的強度及端部的細部處理都區別于一般承受縱向線荷載的排水管道，一般可以按照軸心受壓柱的考慮來設計管材，但是注意到頂管是需要糾偏處理的情況，必須考慮到管道的偏心受壓及局部應力集中的情況而要預留一定的安全系數。頂管有時要在管內掛設各種管道及焊接相鄰管道而考慮在局部細部構造上進行一些改進。
筆者個人認為：
頂力設計及管材的強度計算的最好取安全系數2。
2.3.3工作井及接收井設計
考慮工作井的設計方式：
（1）工作井的深度。首先與頂管隊確定設備的頂進軸線與設備底架的距離。注意到海瑞克設備管道是靠頂環懸空對心頂進管道，伊勢機與國產機是采用導軌定向頂進。一般工作井深度＝設計管道軸線到地面距離＋設備需要頂進軸線到設備底架的距離＋預留排水距離（一般為10cm），如果采用鋼管頂管注意前部預留鋼管焊接位的深度。
（2）工作井的平面尺寸。考慮到頂管的多方向頂進方向可以采用圓形工作井或者多邊異形井。一般來說采用的是矩形平面尺寸。寬度必須考慮到設備頂架的寬度、操作空間、泥水泵的放置、基坑內盤通裝置（如果有的）等因素。長度必須考慮到頂架長度、千斤頂行程、后靠背厚度、密封圈厚度、下管及連接管道的方便、連接泥水及電纜管的操作空間。對于鋼管頂管還要考慮到定型產品的長度及焊接位等因素。如果雙向頂進則要考慮先頂進管道的最后留在井內的長度對后續反向頂進的影響。
（3）工作井的結構設計。綜合考慮采用何種支護形式如板樁支護、人工挖孔護壁、攪拌樁支護、沉井、地下連續墻等。作為地下結構，現行基坑設計已經有較為成熟的計算方法。其中人工挖孔護壁法作為一種在廣東地區廣泛使用的方法，施工隊伍積累了較為豐富的經驗。但是理論的缺乏使得我們對其的認識局限于感性和經驗，在實踐中常常出現問題。所以我們應當特別注意該方法的使用和過程控制。結合頂力的計算考慮工作井后背的受力計算，按照抗彎抗剪計算后背處配筋，注意結合施工工藝在局部地方要進行細部構造加固。對于后背還要注意進行剛度和位移計算，避免對頂管軸線和標高產生影響。
（4）細部設計。細部設計可以給后續工作帶來方便。采用龍門吊進行下管時考慮龍門吊的基礎設計并配筋。井周邊考慮設置擋水墻，考慮激光發射裝置適當擺放。測量定位的控制點標高在墻體上多設置幾個可以互相驗證。在井前后方向頂面的定位點處考慮設置保護裝置保護定位鐵釘。基坑底部設置集水井，一般設置在頂進方向的左前或者右前方，考慮泥水泵的布置位置盡量調整以適應施工的方便。最好在施工前考慮到洞口的預留位置并作相應的處理。如果是雙向頂進考慮到先頂進管道作為后續反向頂進后背考慮封堵和受力設計。考慮到支管的接入，工作井的相應位置預留洞口。
考慮接收井的設計
接收井比工作井要求低的多，主要考慮到機頭的吊裝，其設計主要考慮到基坑支護的左右，不過計算時要考慮到吊車吊裝機頭時的地面附加荷載的影響。接收井的寬度主要考慮機頭的寬度再加上一邊50cm的操作位。接收井的長度考慮到機頭的長度再加上50cm。深度考慮機頭的下底標高以下10cm左右并鋪上細砂避免機頭磕頭或者可以在相應標高位置設置導軌以接收機頭。對于有些可以分段回收，接收井可以適當小些。必須注意到接收井也必須設置集水井。預留進洞洞口尺寸比機頭外徑大20cm左右比較合適，并用磚封住洞口。
建議：
①.考慮到定位方向及施工誤差等方面，工作井尺寸“宜大勿小”。
②.工作井的后背土體盡量不要擾動，有鋼板樁支護時則不要拔除。
③.工作井正前方10m范圍內為冒漿的“危險”地點，注意地面固化。
2.3.4檢查井設計
管道頂完后考慮作檢查井，檢查井的施工方法一般現在采用人工挖孔護壁方法施工。該方法具有設備簡單、造價低廉等優點。在流沙層施工注意各種防治流沙的措施，一般都是挖到管底，在井內澆注混凝土到管中位置。等混凝土初凝后再在管道上部破半管批蕩作流槽，一般不需要把管道全部打碎后砌井，管道全部破碎后其地基應力平衡被打破，相反還會導致井位的下沉（在軟弱土層中）。可以和設計單位溝通直接以人工挖孔護壁作為檢查井的井壁，如果設計部門要求里面砌筑磚井則人工挖孔護壁井的內徑還需要考慮到磚井壁的厚度。
現行也有采用預制30～35cm高的井圈，采用沉井方式邊吊裝邊挖土下沉施工檢查井，但是這種方法需要預制井圈并養護至齡期，從預制場地運輸至施工場地需要吊車及運輸車輛，成本大，但是這種方法施工安全度高、施工速度快，在工期較緊的時候可以考慮采用。必須注意到下沉井圈時可能由于土層不均導致錯位和傾斜偏移。
注意提醒施工單位井做好后，排水組織好后，最后再破管砌筑流槽，施工隊往往忘記這一點。
2.3.5平面布置設計
和頂管隊現場商量設備的擺放，安排施工人員通道、進管通道、加水及出泥的通道及組織，現場劃分施工區域、設備安全空間并進行合理布設。發電機盡量放在角落并設置安全護欄區域并遠離辦公室，控制室窗口考慮面向工作井并設置其高度讓操作人員能從控制室看到整個井內施工情況，現場區域要保證吊車的作業半徑空間。考慮到設備的進退場方便和順序合理組織。
注意：
為保證測量通視，設備避免放在頂進軸線的地面上，便于測量人員復核頂進軸線。
2.3.6施工過程組織設計
根據施工的進程安排人員、材料、機械的組織和管理。根據
據施工情況建立周期性計劃，如安排設備進場及調試、管材的進場、出泥的時間安排、換水的時間安排、基坑內抽水安排、設備的管理安排、膨潤土的注入安排、每天開工前的準備工作安排、現場巡視安排等等。
2.3.7監測及預警措施設計
建立監測體制，對于頂進路線的隆沉值的觀測、地面冒漿情況觀測、相鄰構筑物的沉降及不均勻觀測、各種地下管線的位移觀測、排泥的土質情況的變化監測等等。還必須注意頂管的進出水流量、對于頂力、刀頭壓力、土壓、頂進速度、傾斜角、方向角及滾動角等參數也要隨時關注。對于頂進軸線的變化也要隔一段距離復核一次。
建議：
將施工參數中達到預警值的參數及時向處里各部門反映。
3、過程技術管理
3.1工作井及接收井
現行可以參考基坑工程施工手冊，下面簡單總結一些經驗。
采用人工挖孔護壁方法制作工作井時，注意地面上的倒“L”型的地面圈梁的施工。根據以往的施工經驗，在井壁四周打入橫向鋼筋以穩定護壁和土體，鋼筋最好搭接綁扎10cm以上，最好每上下圈搭接時一定數量的鋼筋電焊連接，上下圈護壁也搭接10cm。考慮到以往發生過泥水壓力過大，泥水從上下護壁的接口處噴出，注意施工過程中在綁扎下圈護壁時注意看上圈護壁底部是否沾有大量的泥土形成薄弱點。地下水豐富時考慮到對護壁砼澆注質量的影響，可以設置一定數目的小塑料排水管。水下封底時，基坑深度盡量比設計深度預留10cm的空間。對于海瑞克設備其四個頂架腳千斤頂處底板設置鋼板作為承力基礎。為加快進度可以加入一定數量的早強劑或者采用高強混凝土。對于流沙地層每圈開挖深度減短至40cm～50cm左右，還要準備一定數量的稻草作為處理措施。
對于沉井方法來說，由于我們采用的小型沉井，其自重不大，且沒有設置外壁潤滑及設置外壁的高壓水沖孔等措施，容易發生下沉艱難或者下沉不均勻的情況，往往要采取壓重等方法進行處理，且其工期較長，在工期較緊的情況下不宜采用。但是比較而言該方法比較安全可靠。
在廣州地區，尤其在河南地區，由于淤泥質砂層較厚，很多情況下采用施打拉森樁支護再開挖作結構的方法，注意到基坑轉角的拉森樁的施打，對于支撐圍檁體系注意觀察焊接點的變化情況，看看有沒有爆焊情況并馬上進行處理。拉森樁的凹槽位注意用黃沙填實，鋼板樁的內壁鋪設瀝青紙等隔離混凝土便于拔樁。由于廣州地區土層變化情況較大，下伏基巖的深淺不一，很多時候發生拉森樁局部打不下去的現象，這時往往會形成拉森樁底部的薄弱點，我們以前采用注漿方法以及采用鋼套筒的方法進行施工取得了一定經驗，考慮到該薄弱點的整體性，注意在該處進行相應的結構加強措施。
下面方面注意控制：
①.工作井及接收井的坐標點最好采用坐標控制，避免誤差。
②.鋼筋綁扎好后驗收鋼筋和模板，尤其注意其橫向鋼筋的間距和數量。
③.上層護壁的未初凝之前，最好不要進行下圈的開挖。
④.支護結構有漏水現象時，注意加強觀察水流量的變化及含砂情況。
⑤.拉森樁支護時，有漏水時一定要先處理好漏水情況再繼續向下挖土。
⑥.考慮到基坑工程的風險性，必須密切注意基坑周圍任何情況變化。
⑦.雖然作為臨時結構，我們最好每圈護壁都做好試塊便于以后分析。
3.2頂進前的準備
機械設備進場后機頭下井前，提議檢查下面工作，在開頂前請業主、監理、處相關科室的領導到現場：
①.項目部各小組人員到位并進行相關項目檢查。
②.按照預先提出的技術要求，現場驗收管材。
③.預多1~2個用于機頭和尾管連接的端面密封膠墊。
④.復核井兩邊定位釘，并采取有效措施保護。
⑤.井內壁標高復核點并定出洞口的橫豎軸線并標示在井壁上。
⑥.安裝密封圈，并于空隙中澆注砼或者止水化學漿液。
⑦.機架定位調整后于后背澆注砼，注意必須初凝。
⑧.足夠量的膨潤土到位，并恰當堆放好，做好防雨與防潮措施。
⑨.清理洞口的麻袋、沙包、瀝青紙及封洞口磚石等。
⑩.周圍護欄設置并檢查是否牢固、垂直交通梯的保護措施等。
&＃9322;.電器設備保護措施及各安全警示牌的掛設。
&＃9323;.校核激光發射裝置并在地面用全站儀進行復核。
&＃9324;.發電機打地極調試，各泥水設備系統包括泥水分離器等調試。
&＃9325;.機頭在地面運轉調試并調整相關參數和指標。
&＃9326;.準備相應規格扳手等各種工具及相應口徑的膨脹螺絲等易損件。
&＃9327;.沉淀槽的水位情況及線路連接整理。
&＃9328;.預先初定出該段地質情況的頂進參數并各技術部門達成共識。
&＃9329;.機頭或者尾管和混凝土管連接處連接方案。
3.3頂進過程的控制要素
一旦開始頂進，就要連續進行。我們注意在下面一些方面注意控制：
①.密切注意頂進情況如偏差、頂力、滾動角、進出水流量、密封倉壓力等。
②.定期到管材廠家了解后續管材的齡期、技術要求滿足情況等。
③.各監測點的每天監測如地面隆沉、冒漿情況、周圍地貌的變化。
④.沉淀槽中泥水的濃度、顏色及雜質情況，是否需要換水等等。
⑤.注意油溫及液壓站的運行以及報警情況。
⑥.泥水分離器排泥的情況變化，掌握土層的變化并將頂進參數調整。
⑦.密封圈在泥水壓力作用下的變形情況。
⑧.在軟硬分界面處注意頂進速度的控制情況。
⑨.頂完一節管后退頂架時注意已頂管材在土體壓力下的回退情況。
⑩.進出泥泵的運轉聲音是否正常，機頭喇叭傳出設備運轉聲音是否正常。
&＃9322;.定期進管檢查管材、接口以及管道內積水情況。
&＃9323;.膨潤土的濃度以及注入情況并對照頂力情況進行分析。
&＃9324;.每頂進50m對頂進軸線復測包括激光的水平面和豎直面上的偏差。
&＃9325;.頂力與設計頂力的偏差情況并進行相應的分析。
4、總結與展望
關于技術管理方面，筆者有一些建議如下：
（1）加強技術管理。土質情況的調查和分析在以往施工中由于各種原因不夠詳細給我們帶來了較大的麻煩，今后這方面需要加強。測量復核制度的執行和管理需要加強。對一些事故的調查原因分析深化并找出原因，提高認識，避免下次再犯并做好技術備案工作。方案編制需要再細化加強，現行所編制方案大多過于簡單和不規范。編制技術工作進度圖，分階段項目部就相應技術工作情況匯報并書面報告送達各部門。建立完善的技術管理層次和體系。
（2）人才培養。要減少無謂失誤，必須加強土建和設備等各方面的溝通，頂管施工技術為綜合地質、機械及電氣控制的特種技術，技術管理人員必須具備多學科的知識，建議定期請各專業的專家進行相關學科的技術培訓工作，使得我們對于巖土工程、電氣控制工程、液壓系統及機械學等有較為全面的認識，將會有助于我們對于頂管施工過程中各種情況的分析判斷能力。
（3）科研項目的開展。進行這方面工作可以提高我們的創新能力和施工的技術含量，對于我處以后承接難度大的工程、拓展施工領域都是很有用的。我們的施工得到了一些定性的分析和經驗參數，但是要加深理解，需要我們進行一定科研來上升到理論的高度。筆者認為以下一些課題如頂力計算模型的優化設計、泥水平衡建立及濃度管理，管材的受力鋼筋布設及接口優化設計及控制，管材在復雜地層（軟、硬或者混合）頂進的研究和技術措施、頂管施工對周圍環境的影響分析、注漿的原理分析及效果的確認、人工挖孔護壁施工的理論分析及計算模型、頂管施工多參數系統的有限元分析、頂進過程中管道受力的性態研究等等都有一定的實際意義。
我們可以把科研研究和施工結合起來，在施工過程中進行相應分析，解決實際問題，“從工程中來，服務于工程”。每單工程可以針對其中難點定出相應的科研題目，由技術負責人制作項目建議書（包括研究方式、預期目標、階段成果及人員安排等），審批后，處里撥出少量的資金，最后通過實踐和理論分析得出合理的解釋和理論結論，最后由有關各方對成果進行評估。
在領導和各職能部門的重視和幫助下，一年來頂管施工取得了較大的發展，通過實踐以及一些困難的克服，我們加深了對頂管施工的認識，已經積累了較為完善的管理和對各種狀況的處理經驗。通過大家的共同努力，我處的頂管事業必將迎來一個光明的未來。
