下穿道路頂進鋼筋混凝土圓管涵設計與施工技術研究

張春

一、下穿道路頂進圓管涵的設計要點

1.適用性分析

在淤泥質粘土、粘土、粉土以及砂土層地質條件中，可以采用頂管施工工藝；而對于除此之外的其它地質區域，施工時對機械設備的要求較高，且潛在諸多施工風險，因此不宜采用頂推圓管涵的方法。

2.管涵位置的控制

管涵與公路應盡可能保持垂直交叉的位置關系，斜交需達到60°或根據實際情況適當增加。以天然氣管線為例，其與大橋的距離需達到100m及以上，若周邊建有中橋，則該距離至少需達到50m。除此之外，還需控制頂管頂面的位置，要求其與路面底基層的底層至少有1.0m的距離，以免造成擾動影響。

3.結構尺寸及具體布置方式

（1）結構尺寸

圓管涵的內徑通常為0.6～3.5m，壁厚取該值的1/10。對于管徑超過3.0m的情況，則不宜采用頂推圓管涵。在控制管涵壁厚時，若環筋的直徑在1.0m以內，則應優先采用單層配筋的頂管，并根據現行規范有效控制壁厚。

（2）管節連接方法

明挖圓管涵施工時，管間接頭的處理難度較小，通常無需對管接頭做針對性的處理，僅需在管節連接部分采取防水處理措施即可；頂管連接的復雜度較高，接頭形式主要含兩類，即柔性接頭和剛性接頭，在實際應用中，以柔性接頭的比重較高，在頂管距離較小時，可采用剛性接頭。其中，柔性接頭又可細分為多種形式，即鋼承口、企口、雙插口、鋼承插口，工程實踐中以鋼承口形式的應用更為廣泛。

入選標準：在研究開始之前未采用過任何對研究結果存在影響的藥物；對研究認可并且同意參與。排除標準：無法全程參與本次研究；存在精神或臟器疾病導致無法根據要求參與研究。

頂推圓管涵施工時，管端屬于受力較特殊的部位，其需要承受較大的局部頂推力，在外力作用下，容易出現橫向變形乃至受損現象。對此，需對管端采取局部加強措施，例如增加環筋的數量、配套U型加強筋。

頂管接頭需具有足夠的密封性，為滿足此要求，可以在承口處設橡膠圈，具體又需考慮兩種細分情況，即管內有壓時用“O”型膠圈，管內無壓時用楔形單膠圈。依托于橡膠圈的擠壓變形作用，能夠有效適應接頭的空間，保證該處具有足夠的密封性。此外，在承口處設置加強筋后，需要為之配套合適尺寸的遇水膨脹膠圈。

（3）頂管覆土厚度的設計

管頂覆土厚度的控制根據實際作業條件而定，在不穩定土層中，需超過管外徑的1.5倍且需達到1.5m以上；若管涵需要穿越河底，則需超過管外徑的1.5倍并達到2.5m以上，部分情況下現場地下水位較高，此時還需考慮到管道的抗浮要求，綜合多項條件合理控制管頂覆土厚度。

（4）橫向頂管間距的設計

若采用平行的雙管形式，此時則需重點控制管距，具體可根據土層性質、管徑、管道埋深等基礎條件而定，通常需超過管外徑的1倍。

（5）材料的選擇

水泥是重要的原材料，可選用硅酸鹽水泥。對于鋼筋材料，較為合適的是冷軋/熱軋帶肋鋼筋，根據工程經驗，縱向分布筋及U型加強筋均可以采用HRB400熱軋帶肋鋼筋，而對于內外層環筋，較為合適的是CRB550冷軋帶肋鋼筋，也可以根據需求調整為其它形式的鋼筋，例如HRB400熱軋帶肋鋼筋也具有可行性。承口鋼圈通常選用的是Q235B或Q345B鋼材，在設置后局部外露，需在該部位刷涂防腐涂料，起到防護的作用。若周邊的介質具有中等腐蝕乃至強腐蝕的特性，則需充分考慮到頂管管材的適用性問題，此時以玻璃鋼夾砂管為宜。

（6）管節配筋

受力主筋為環向鋼筋，在其細分類型中，以螺旋鋼筋的應用較為廣泛，環形鋼筋雖然得以使用但頻率較低。鋼筋直徑通常為6～14mm。管節壁厚未超過0.1m時，可采取單層配筋的方式，否則則以雙層配筋為宜。在設置內外層環向筋時，嚴格控制其間距，通常不可超過15cm，具體根據配筋計算而得。

管節縱向設置構造鋼筋，直徑≥4mm，間距≤40cm，數量至少達到6根。此外，還在管節的端部設U型加強筋，具體布置方式可參照縱向鋼筋，通過該類鋼筋的設置，有助于提高管端部的承壓能力。

（7）頂推力計算

總頂力計算公式如式（1）：

式（1）中：n為土質粘滯系數；G為每米混凝土管自重，t；L為頂管長度，m。

以直徑為1m、壁厚為10cm的混凝土管穿越亞粘土為例：每米混凝土管自重=材料密度×每米套管體積=1.61t，頂管長度按30m計算，土質粘滯系數取1.5～2.5，總頂力為96.6t。根據計算結果和地質情況，可選擇采用液壓千斤頂或電動千斤頂進行施工。

（8）后背受力

根據頂管需要的總頂力，核算后背墻寬度，使后背墻外單位土體寬度上受力不大于后背墻外土體的總被動土壓力。參考《地下管線非開挖鋪設工程施工及驗收技術規程第2部分頂管施工》（DB11T594.2-2018）后背墻外土體每米寬度上土的總被動土壓力P如式（2）：

二、下穿道路頂進圓管涵施工技術

1.作業坑及背墻的修筑

根據路兩側的地形特點，選擇較為平整的一側，沿圓管涵中線、邊線開挖，形成合適尺寸（根據圓管直徑、長度等基礎條件而定）的長方形作業坑，且需留有富余的空間，以便在該處高效完成背墻的混凝土澆筑、頂推設備的安裝、圓管的安放等相關操作。坑底需經過硬化處理，可在坑四周設置圍擋，保證結構的穩定性。背墻是重要的結構，其需要承受千斤頂反作用力，因此必須具有足夠的強度，在施工時需注重此方面的控制。坑底經過混凝土硬化處理后，在該處安放兩根槽鋼或鋼軌，將該裝置作為頂推圓管的導向，同時也可以減小圓管與坑底的摩擦力，以便在后續操作中以較快的速度完成圓管涵的頂推作業。

2.頂推

背墻混凝土強度達標后，可組織頂推施工，但在此之前應在混凝土墻的預留圓孔部位開挖圓洞，將該處開挖產生的土方運至圓管外倒掉，將提前準備好的圓管置于已經鋪設好的軌道上，在頂推設備的前后兩個部位分別設置木塊，以免設備發生滑動。嚴格控制好千斤頂頂推圓管的施力部位，宜在圓管的下半部分，即對應的是圓管外徑的1/3～1/4處。通過頂推設備的應用，將圓管以較慢的速度頂推至路基處，并對頂進前端的土方做開挖處理，將該部分開挖產生的土轉至管外。對千斤頂的支承長度做靈活的調整，并再次啟用頂推設備，由其提供作用力，將圓管涵頂入。按照前述方法多次操作，最終將圓管涵完全頂至設計位置。

三、圓管涵頂推施工的注意事項

1.頂推前，需深入現場做全面的調查，掌握現場土質特性、周邊既有工程建筑物的分布情況等，制定專項施工方案。

2.頂推時，安排人員進入圓管內掏土，具體深度根據土質特性而言，通常不超過20cm，同時需遵循隨掏隨頂的作業原則，以防坍塌。

3.頂推施工需具有連續性，盡可能縮短中途間隔的時間，以免因上部荷載作用而出現土體坍塌等問題。

4.多節圓管頂進時，注重對相鄰管節的密封處理，保證其具有良好的密封性。

5.頂進期間，加強對圓管的監測，及時判斷其是否存在受損、偏位等異常現象，此外諸如背墻的變形等方面也均要得到考慮。若上方建設有公路或其它工程建筑，則要做好沉降變形監測工作，若存在偏差則及時分析具體情況，明確原因，采取糾偏措施。

四、結語

綜上所述，在管涵施工中，下穿道路等既有工程建筑物的情況普遍存在，頂管施工方法具有可行性，可以保證管涵的施工效果以及既有建筑物的穩定性。但頂管施工全流程中存在諸多細節，需要工程人員準確把握。在本文中，則對圓管涵頂進施工展開了分析，提出一些要點，希望可作為類似工程的參考。