该文结合工程实例简要介绍了顶管的设计、顶管的施工注意事项及顶管作业施工测量控制、顶管施工的优点及其发展潜力。
前言
新疆油田公司玛河气田项目部正在建设一条由玛河气田到704泵站的天然气输气管道，独山子石化公司投资建设从704泵站至独山子的输气管道。输气管道将穿越乌奎高速公路、穿越克一榆公路。新疆油田公司玛河气田项目部、新疆独山子天利高新技术股份有限公司输气管道项目部委托新疆公路规划勘察设计研究院对输气管道穿越乌奎高速段、克一榆公路段进行顶管设计。在不影响公路正常运营的情况下，采取顶管(套管)穿越公路，输气管道再从顶管(套管)中通过。
1 顶管的设计
1.1 顶管的设计要点
一般情况下，顶管的覆土厚度不小于3m，或者不小于1.5倍的管道外径，否则应采取相应的技术措施。管道长度通常以2.0~3.0m为宜，有时也采用1.0~1.25m较短的管节。对于大直径的管道，一般应采用较长的管节，这样可以相对减少管接头的次数，提高施工效率。在通常情况下，采用的单根管节的长度不宜超过顶管机的机身长度。顶进管道的直径DN(ID)系列为250~4000mm。
钢筋混凝土圆管是顶管中使用得最多的一种管材，按接口形式可分为：企口式(Q)、双插口式(S)、钢承口式(G)、平口式(P)4种。
顶管施工的管材还应符合以下要求：(1)较高的轴向承载能力；(2)紧密的配合尺寸；(3)端部要平整、垂直；(4)管道长度方向上应保证平直度；(5)防水接头应设置在管道壁内，不允许突出于管道的内外壁；(6)管道接头应具有传递轴向载荷的能力，同时在发生一定角度的偏斜时应仍具有防水能力。
1.2 顶管的顶进计算
(1) 顶进计算包括：a.钢筋混凝土管道的许用顶力。管道断面的许用顶力是决定顶进长度的一个重要因素。b.准确计算顶进力。根据计算结果，选定相应的油缸类型和确定中继站的分布。c.工作井的设计。根据计算得到的最大顶力，提出工作井的加固方案。
(2) 后座墙的设计，其重要程度不亚于顶进力的计算。后座墙的最低强度应保证在设计顶进力的作用下不被破坏，并留有较大的安全度。
2 顶管的施工
2.1 工程实例
从704泵站至独山子的输气管线在K4349+780段穿越乌奎高速公路，输气管道管径为ø426mm；顶管设计采用壁厚10cm的C40钢筋混凝土圆管，顶管内径1.0m，顶管管节长2m，管道接口采用企口式，顶管的覆土厚度为4m，顶管总长44m，采用手掘式顶管机施工。
由玛河气田到704.泵站的天然气输气管道在K4314+136段穿越乌奎高速公路，在K329+864..5处穿越克一榆公路，输气管道管径为ø457mm；顶管设计采用壁厚16cm的C40钢筋混凝土圆管，顶管内径1.5m，顶管管节长2m，管道接口采用企口式，顶管的覆土厚度为3.81m，顶管总长56m，采用手掘式顶管机施工。
2.2 施工注意事项
2.2.1手掘式顶管作业施工注意事项
手掘式顶管机，即非机械的开放式(或敞口式)顶管机，在施工时，采用手工的方法来破碎工作面的土层，破碎辅助工具主要有镐、锹及冲击锤等。破碎下来的泥土或岩石可以通过传送带、手推车或轨道式的运输矿车来输送。最简单的手掘式顶管机只有顶进工具管，即只有一个钢质的圆柱形外壳加上楔型的切削刃口、液压纠偏油缸、一个传压环及一个用来导正和密封第一节顶进管道的盾尾。手掘式顶管机作业施工见图l所示。
顶进作业应在地下水位降至基底以下0.5~1.0m进行，并应避开雨季施工，必须在雨季施工时，应做好防洪及防雨排水工作。
(1) 开始人工挖土前，应先将顶管掘进机的刃口部分切入周边土体中。挖土程序按自上而下分层开挖，严防正面坍塌。必要时可辅以降水或注浆加固等施工措施，以保证土体的稳定。顶进过程中，人工在前掏土，整个顶管过程为边掏土边顶进。
(2) 在允许超挖的稳定土层中正常顶进时，管下部1350范围内不得超挖，土弧要与管外壁吻合，保持原状土地基；管顶以上超挖量不得大于15mm；管前超挖应根据具体情况确定，并制定安全保护措施。土质差不能形成土拱时，管前超挖量应小，并随挖随顶；土质良好时，允许在管前超挖10~30cm后再顶管，见图2所示。
管涵一般管径不会太大，管顶土体为圆弧形，短期内悬空不易塌陷，但应注意土质、水文情况，按规定控制超挖量，并在超挖后及时顶入。
(3) 当顶进作业停顿时间较长时，为防止开挖面的松动或坍塌，应对挖掘面及时采取正面支撑或全部封闭措施。
(4) 顶进速度应适中。过快，产生偏差后不易纠正；过慢，易出现坍塌。
(5) 顶进一旦开始，应连续进行。如遇下列情况时，应暂停顶进，并应及时处理：a.顶管掘进机前方遇到障碍；b.后背墙变形严重；c.顶铁发生扭曲现象；d.管位偏差过大且校正无效；e.顶进力超过管端的允许顶力；f.油泵、油路发生异常现象；g.接缝中漏泥浆。
(6) 顶入桥涵节间的防水处理，原则上是按设计要求进行，一般采用沥青麻筋和水泥砂浆填塞，装橡胶止水带，再做防水混凝土层；或在接缝周围填入普通胶管，用桥涵最后一顶力将缝挤紧，然后在缝内塞沥青麻筋，用水泥砂浆将缝填平，再做防水层。
2.2.2手掘式顶管作业施工测量控制
(1) 采用手工掘进时，顶管掘进机进入土层过程中，每顶进300mm，测量不应少于一次；管道进入土层后正常顶进时，每顶进l 000mm，测量不应少于一次，纠偏时应增加测量次数。顶进纠偏必须勤测量、多微调，纠偏角度应保持在10′~20′，不得大于0.50，并设置偏差警戒线。
(2) 顶管掘进机开始顶进5~10m的范围内，允许偏差应为：轴线位置3mm，高程0~13 mm。当超过允许偏差时，应采取措施纠正。在软土层中顶进混凝土管时，为防止管节飘移，可将前3~5节管与顶管掘进机联成一体。
(3) 顶管掘进机切入土体后，应严格控制其水平偏差不大于5mm，其高程应为设定标高加上抛高数，其数值可根据土质情况、管径大小、顶管掘进机的自重以及顶进坡度等因素确定，以抵消机头到达接收坑后的“磕头”而引起的误差。当出现“磕头”现象时应迅速调整，必要时应拉回后重新顶进，但必须抓紧时间迅速完成，以减少对正面土体的扰动。
图1 顶管施工示意图
图2 超挖示意图
2.3 顶管施工的优点
(1) 顶管施工是顶管铺管技术的一种，其在国外已广泛使用，在国内也已逐渐普及。不开挖地面，所以能穿越公路、铁路、河流，甚至能在建筑物底下穿过，是一种能安全有效地进行环境保护的施工方法。
(2) 顶管施工不开挖地面，故而被铺设管道的上部土层未经扰动，管道的管节端不易产生段差变形，其管寿命亦大于开挖法埋管。
(3) 顶管施工范围的扩大，顶管机械的性能越来越适应各种土质。顶管特别适用于中小型管径管道的非开挖铺设。
3 结语
在不影响公路正常运营的情况下，采取顶管(套管)穿越公路，输气管道再从顶管(套管)中通过。在穿越公路中合理选择顶管机械进行顶管工艺的施工，从技术上讲是完全可行的，从社会效益与经济效益上来讲是巨大的；另外一方面，从切实做到保护环境入手，加大推广顶管施工技术力度也势在必行。
