（⑨３１万一６Ｏ万 一 中国科技信息２０１ ７年第１期－ＣＨＩＮＡ ＳＣＩＥＮＤＣＥＯ ＡＩ：ＮＤ１０ Ｔ．Ｅ３Ｃ９６Ｈ９Ｎ／Ｏｉ．ＬｓＯＧｎ．Ｙ１ ０ＩＮＦ１Ｏ—Ｒ８Ｍ９７Ａ２Ｔ．Ｉ２Ｏ０Ｎ１ ７Ｊ．ａ０ｎ１ ２０１８７ 可实现度 可替代度 影响力 行业关联度 ／ 近年来，随着科技的发展、社会的不断进步，对城市地下空 王建省，男，教授，研究生导师，中国民族建筑研究会专家。主要从事力学 及土木结构工程研究，主持及参与国家自然科学基金、北京市教委重点项目、 间建设和铁路施工的需求和要求也在不断提高。为了保证城市地 企业横向课题等１Ｏ多项，发表论文１Ｏ０余篇；王宗泽（男），结构工程硕 面交通顺畅，同时尽量减少开挖城市地表，传统的地下管道和人 士研究生；葛澄，康鑫，李建明，土木工程本科生。 行通道施工技术已经无法满足工程建设的需求，取而代之的是飞 基金项目：国家自然科学基金（１ １５７２００１，５１４７８００４）；北京市 ２０１６双培计划项目（１６００７—６）；北京高等学校高水平人才交叉 培养实培计划项目（ＸＮＯ０３—２９）；北方工业大学实验室开放项 目（２０１６０３０５，２０１６０３０６），北方工业大学力学与结构拓展大赛 支持项目（２０１６一Ｏ３） 速发展的非开挖技术，其中就包括顶管技术。顶管法在管道和通 道施工建设过程中采用特殊的施工技术，对地表尽量小开挖、少 开挖，使得对城市地下的破坏降低到最小程度，这对加强城市环 境及地下管网合理规范化建设起到了十分积极的作用 本文主要 对顶管法施工的设计概况和主要的工程计算进行设计分析。 顶管工程的施工分析 工程概况 文以陕京四线输气管道工程为例，设计为１一 ２．４ｍ 天然气管道护管（内径２４００ｍｍＸ壁厚２３０ ｍｍ×标准节 长３０００ｍｍ）穿越铁路工程，穿越管道中心线与京包铁路下 场试验确定。 二次后背回填注浆 初衬、顶管之间注浆应在顶进施工完成后进行；利用顶 管上的预留孔注浆，注浆管采用 ３２钢焊管，注浆浆液为水 泥水玻璃双液浆，注浆压力及具体配比根据现场试验确定。 行线中心交点里程为Ｋ１ ３６＋０７７．５，穿越中心里程依据京包 铁路大里程方向里程桩Ｋ１３６＋１００里程确定，管线与京包 铁路下行线交角为９０。，地面至顶管外衬顶最大覆土厚度为 ５．３０ｍ，地面至顶管外衬顶最小覆土厚度为２．１ｍ。管道穿 越长度５７ｍ，顶进重量为２８１．６３ｔ，最大顶力为２４６．０ｔ。 顶进后背设钢筋混凝土后背梁，由西向东顶进，穿越处东侧 位于接触网杆０２４＃和０２６＃之间、西侧位于接触网杆０２３＃ 路基注浆加固 为防止施工过程中，因施工造成铁路路基沉降过大，外 衬结构施工前，对北侧管道外衬侧壁外侧１ Ｏｍ至南侧既有 框架桥边墙外侧范围内路基进行注浆加固，加固深度为轨面 以下２ｍ以下到外衬外底范围内（为防止地面隆起，轨面下 和０２５＃之间，顶管外侧距离最近的接触网杆１ ４ｍ，路基高 约为２．６ ｍ。南侧有涵１８６，里程为Ｋ１３５＋９４６。根据地勘 资料，地下水位位于地面以下８ｍ位置，管底位于地下水位 ２ｍ内不注浆）。浆液材料采用水泥水玻璃双液浆，注浆压 力及具体配比根据现场试验确定，注浆量为加固土体体积的 ２０％。 线上。为保证顶管受力均匀，不发生不均匀沉降接缝错位及 套管的耐久性，顶管外侧设钢格栅喷射混凝土衬砌支护，衬 砌支护采用超前深孔帷幕注浆加固、暗挖施工。 铁路线路加固 初支后背回填注浆 顶管施工时会对铁路安全运营产生不利影响，为保证铁 初期支护完成后应及时进行初支背后回填注浆，保证初 路运输的安全，顶管上部的铁路线路必须采取加固措施。京 支背后密实。注浆距开挖工作面５ｍ的地方进行注浆采用 ３２钢焊管，注浆－ＹＬ，￣Ｑ隧道拱部布置，环向间距２．０ｍ；纵向 包铁路轨底到顶管外衬顶距离为５．３ｍ左右，线路采用３— 间距为３．０ｍ，梅花型布置；注浆深度为初支背后０．５ｍ。浆 液材料采用水泥水玻璃双液浆，注浆压力及具体配比根据现 ～５—３吊轨梁加固（加固系统满足列车慢行４５ｋｍ／ｈ的要求）， 加固长度３７．５ｍ。加固系统加固操作方法应遵照《铁路桥涵 施工规范》的规定。 ５２一 ｃ｝４１ＮＡ ＳＣＩＥＮＣＥ ＡＮＤ ＴＥＣＩ４ＮＯＬＱＧＹ ＩＮＦＯＲＭＡｌ。ＩＯＮ Ｊａｎ．２０１６・中国科技信息２０１ ７年第１期 ３１万一６０万◎ 薄 图２工作井尺寸图 肆 一 一了一ｗ 一 一疆～＿『～ —蛳ｊ一¨１ Ｌ１＝３ｍ Ｌ２＝０。６ｍ Ｌ３＝０．５ｍ Ｓ１＝Ｏ．５ｍ Ｓ２＝０．１ ５ｍ Ｓ３＝０＿２ｍ 所以：Ｌ兰３＋０．６＋０．５＋０．５＋０．１ ５＋０．２－－４。－９５ｍ 则取Ｌ＝５ｍ 工作井的最小宽度宜按下式计算： Ｂ至Ｄ＋２Ｓ （ｇ．４） 式中Ｂ——工作井的最小宽度（ｍ） Ｄ——管道外径（ｍ） Ｓ——施工操作空间，可取Ｏ＿８ｍ～１．５ｍ Ｄ＝２．８６ｍ Ｓ＝２ｍ 所以Ｂ妻２．８６＋２×２＝６．８６ｍ 则取工作井的宽度Ｂ＝７ｍ 图１管道主体尺寸图 工作井的最小深度可按下式计算： Ｈ＝Ｈ１＋Ｄ＋ｈ ｆ ９．５） 主要工程计算 硕管主体 根据工程实际顶管采用’ ２４００Ｔ８一Ｇ型（长度 ３０００ｍｍ） 式中Ｈ——工作井的深度（ｍ） Ｈ１——管顶覆盖层厚度（ｍ） Ｄ——管道外径（ｍ） ｈ——管底操作空间，钢管可取０．７ｍ～０．８ｍ，钢筋混凝 土管可取０．４ｍ～０．５ｍ Ｈ １＝４．８９５ｍ Ｄ－－２．８６ｍ ｈ－－０．４ｍ 即管节长１＝３ｍ顶程Ｌ＝５７ｍ管内径ｄ＝２．４ｍ管外径 Ｄ＝２．８６ｍ壁厚ｗ＝０．２３ｍ 所以Ｈ＝４．８９５＋２．８６＋０。４＝８．１５５ｍ 共需管节数ｎｌ＝Ｌ／３＝１ ９节，则管间接缝配套材料需１ ８ 套 接收井 管内两层改性沥青防水涂料 Ｔ１＝ＴｒｄＬ＝丌Ｘ ２ ４ Ｘ ５７＝４２９．８ｍ 接收井的宽度 取 Ｂ ：ｄ＋２＝２。４＋２＝４．４ｍ Ｂ ＝５ｍ 管外防腐剂 Ｔ２＝ＴｒＤＬ＝丌×２．８６×５７＝５１２．１ｍ 并取接收井的长度－接收井的深度 Ｈ ＝Ｈ１ ＋Ｄ ＋ｈ Ｌ ＝Ｂ ＝５ｍ 工作井 工作井的最小长度宜按下式计算： Ｌ兰Ｌ１＋Ｌ２＋Ｌ３＋Ｓ１＋Ｓ２＋Ｓ３ （９．３） ：４．０４５＋２．８６＋０．４ ＝７．３０５ｍ 式中Ｌ——工作井最小长度（ｍ） Ｌ１——顶管机或管段长度，取大着（ｍ） Ｌ２——千斤顶长度（ｍ） 工作竖井 开挖土方： Ｖｚ＝Ｖ＋Ｖ ＝３９６．２３＋２６９．４０ ＝６６５．６０ｍ Ｌ３——后座及扩散段厚度（ｍ） Ｓ１——顶入管段留在导轨上的最小长度，可取０．５ｍ Ｓ２——顶铁厚度（ｍ） Ｓ３——考虑顶进管段回缩及便于安装管段所留附加间 隙，可取Ｏ－２ｍ ５３ 井圈模筑Ｃ３０混凝土： Ｖｚｌ＝Ｖ１＋Ｖ２ ◎３１万一６０万 ． －Ｉ＿ 中国科技信息２０１７年第’期・ｃＨＩＮＡ ＳＣＩＥＮＣＥ ＡＮＤ ＴＥＣｔ￣ＮＯＬＯＧＹ ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ、Ｊａｎ．２０１７ 穗曩 ● 麟 黼哪ｌ 广一一 Ｉ ｛Ｉ Ｉ龋 Ｉ嘲Ｉ鞠Ｉ．． ｊＪ ｛．－Ｊ 图３接收井尺寸图 ＝３１．８１＋２７＿３３ ＝２。１×３ Ｘ １９ ＝１１９．７ｍ ５９．１ｍ。 井圈ＨＲＢ４００钢筋： Ｚｚ－－Ｚ＋Ｚ ＝２．５７５＋２．２２８ －－初支背后回填注浆（水泥水玻璃双浆液） Ｖ６”＝０．７９Ｘｌ Ｘ ｎ１ －－０．７９ Ｘ ３ Ｘ １９ ４．８ｔ ＝４５．０３ｍ 竖向联结钢筋ＨＲＢ４００： 二次背后回填注浆（ＤＮ３２钢焊管）： Ｚｚ３＝Ｚ５＋Ｚ５ ＝３．５４８＋２．７３７ （９．４２） Ｓ３”＝０．５ ＸＩ Ｘ ｎｌ ＝０．５×３×１９ －－＝６．２９ｔ ２８．５ｍ 二次背后回填注浆（水泥水玻璃双浆液） 顶管外衬 竖井破除Ｃ４０混凝土量： Ｖ７”－－０．４６ ＸｌＸ ｎｌ ＝０．４６Ｘ３×１９ ＝２６－２２ｍ０ Ｖ”＝『Ｔｒ Ｘ（ｄ＋２ Ｘｗ＋０．７） ２×０．４］／４ ＝［Ｔｒ Ｘ（２．４＋２Ｘ０．２３＋０．７） ２ Ｘ０．４］／４ ＝３．９８ｍ０ 结语 （１）顶管施工相对于传统施工方法，最大的特点在于不需 开挖地面，就能穿越地面构筑物建造地下通道，可大大降低 超前小导管水泥水玻璃双浆液： Ｖ１”＝［丌Ｘ（０＿７Ｘ １）Ａ２］／４×２．５ｘ０．１２Ｘ２０ｘ（１Ｘｎ１）／１ ＝『１Ｔ×（０．７Ｘ１） ２ｙ４×２．５Ｘ０．１２Ｘ２０Ｘ（３×１９）／１ ＝１３１．６ｍ 施工难度，节约施工陈本成本，可广泛应用于城市下交通道 路、铁路路基下穿护涵及地下管道的建设。 小导管（直径４２钢焊管）： Ｓ”－－２０ Ｘ（１ Ｘ ｎ１）／１ Ｘ ２ ５ ＝２０×（３×１９）／１×２．５ ＝２８５０．０ｍ ＝１．７２２＋１．７３６ ＝３．４６ｔ （２顺管施工时要考虑地下水位和浅部土层对混凝土结 构和钢筋混凝土结构中钢筋的腐蚀性，为保证顶管受力均匀， 不发生不均匀沉降的接缝错位，顶管外侧需设外砌支护。 （３）顶管施工的主要材料顶管、混凝土、钢材等，对于不 ’ 同的施工对象一般有不同的选择，我们要同时考虑施工的合 理性和工程的耐久性，依据具体的要求通过计算选取正确的 材料。 初支背后回填注浆管（ＤＮ３２钢焊管）： Ｓ２”＝２．１×Ｊ Ｘ ｎｌ ５４