摘要：本文结合我国现有的给水排水管道工程设计及施工规范中对超浅埋顶管（覆盖土层不大于3米且不大于1.5倍管外径）没有规定的现状，分析讨论了在大都市中应用浅层顶管的可行性。
顶管施工是继盾构施工之后而发展起来的一设，对于超浅层管道，开挖是最便宜的埋设方法，为种地下管道施工方法，它不需要开挖面层，能够穿什么要对超浅层顶管进行研究呢？越公路、铁道、河川、地下建筑以及各种地下管线。它最早始于1896年美国的北太平洋铁路铺设工程的施工中。
顶管施工是借助于主顶油缸及管道间中继站等的推力，把工具管或掘进机从工作坑内穿过土层一界绝无仅有,城市搬迁以及人口迁移的规模均堪称直顶推到接收坑内，与此同时把紧随工具管或掘进举世空前,其带来的影响涉及方方面面和千家万机后的管道埋设在两坑之间。
在我国现有的给水排水管道工程设计及施工规有趣的一个。范中，还没有对浅层顶管顶管进行定义。上海市市距离重庆市八十公里左右，距三峡大坝八百公政工程局1993年的《市政工程施工及验收技术规里左右的涪陵区是三峡大坝上游城市中受淹没较小程》第四篇“下水道”，第五章第5.1.10条规定：“顶而管的覆土深度在无气压顶管施工的情况下，一般应城区下水道自然需要重新规划和改造,在主城区实满足深度不小于3m的覆土要求，且有平衡手段的不宜小于1.3倍的管节外径，无平衡手段的不宜小于1.5倍的管节外径，否则应采取相应的技术措施”。结合有关文献资料，可以认为在无平衡手段施工的前提下，覆土厚度H<3m且h<1.5d（d为管节外径）时为超浅层覆土。当管道纵向轴线为曲线时，就可以定义为超浅层曲线顶管。一方面，结合上海市市政工程局1993年的《市政工程施工及验收技术规程》的规定，超浅层覆土一般是不宜采用顶管方法埋设管道的。另外一方面，以往，在排水系统施工中，对于入地较深的管道，即深层管道，考虑到土石方量较大，从经济的角度考虑，一般采用顶管的方法埋设；而对于浅层管道，可采取开挖或顶管的方法埋设，对于超浅层管道，开挖是最便宜的埋设方法，为什么要对超浅层顶管进行研究呢？< span="">
1 、三峡工程要求上游城市改建的需要
举世闻名的三峡工程实现之前, 将率先实现上游系列城市和百万人口的迁移, 三峡工程之巨为世界绝无仅有, 城市搬迁以及人口迁移的规模均堪称举世空前, 其带来的影响涉及方方面面和千家万户，其需要研究的相关课题也是包罗万象，不胜枚举。超浅层曲线顶管就是这些课题中非常有意义和有趣的一个。距离重庆市八十公里左右，距三峡大坝八百公里左右的涪陵区是三峡大坝上游城市中受淹没较小的城市，即便如此，也需要加高和重建防洪大堤，而城区下水道自然需要重新规划和改造,在主城区实施下水管道改造,显然应尽力避免采用大开挖埋管施工,开挖施工不仅需要中断交通,而且影响商业经营和居民生活,影响城市景观、旅游甚至影响引资，人们总是对挖了又填、填了又挖的现象怨声载道。在此情况下宜采用对地面影响不大的顶管施工。在顶管施工中，有的区段管顶距地面的距离小于管径的1.5倍，属于超浅层顶管的范畴,顶管过程中管体运动对地面的影响自然成为人们关心的问题。下面通过几个例子加以说明。
重庆市南岸南滨路的下水道工程也是典型的一个例证，由于南滨路已经成为重庆市著名的景点和满布餐饮业的商业大道，在此实施大开挖埋管显然不适合，经过分析比较，采取顶管和超浅层顶管不失为一个符合实际的方案，根据管线设计，该项工程基本上都是超浅层顶管，施工中尤其要注意顶管对地面的影响和扰动。
深圳沙河顶管工程，要穿过一个使用频繁的高尔夫球场，如果采用大开挖，高尔夫球场将在很长一段时间内不能使用，草地一时难以复原，而采用超浅层顶管就较好地解决了这一问题。
深圳红花渠下的顶管工程和成都琉璃场沙河顶管项目等工程实践，都证明超浅层顶管在城市扩展和改造中是一个重要而又必要的手段，其技术问题的研究是十分重要的。
2 、城市不断扩建的需要
在“国土城市化,城市信息化”的口号下,我国的城市扩展之快为世界史上所罕有,小城市变为大城市,大城市变为超级大都市。但是,我们在城市发展中或许忽略了一个问题,那就是地下管网的规划、标准和建设,满足不了城市发展的需要。2004年夏季,北京、上海及其他城市夏天暴雨后主城区大面积深度积水,其原因主要是随着城市的扩建，旧有的排水系统难以满足实际的需求，而人们在扩建城市的时候，对地下设施往往关注不够，或是在短期内无法解决大规模的排水系统改造，两大城市在今年夏季大雨天暴露出来的问题，在全国各个城市都不同程度地存在，有国外专家在有关学术会议上指出，像上海这样的城市，如果只注意地面上的高楼大厦而忽略地下设施，那就永远达不到国际大都市的标准，由此可见地下设施的重要性，因此，超浅层顶管的研究具有普遍而重要的意义。
3、 交通的需要
中华人民共和国国务院1996年10月11日公布的《城市道路管理条例》[4]规定，新建道路5年内不准开挖；修复道路3年内不准开挖。大开挖埋管施工必然要带来交通的阻断和堵塞，而交通阻断对经济造成的损失是巨大的，对人民工作和生活的影响也是巨大的，在城市交通繁忙的街道上实施大量开挖，带来的后果，不仅有经济上的，还有社会心态上的，高速公路和铁路上更不允许交通阻断，而不影响交通的最好方案就是采用顶管施工，这也是当前浅层、超浅层顶管工程愈来愈多的原因。另外，管道在穿越铁路和公路时，顶管几乎是唯一的施工手段。
大开挖埋管施工必然要带来交通的阻断和堵塞，而交通阻断对经济造成的损失是巨大的，对人民工作和生活的影响也是巨大的，在城市交通繁忙的街道上实施大量开挖，带来的后果，不仅有经济上的，还有社会心态上的，高速公路和铁路上更不允许交通阻断，而不影响交通的最好方案就是采用顶管施工，这也是当前浅层超浅层顶管工程愈来愈多的原因。另外,管道在穿越铁路和公路时,顶管几乎是唯一的施工手段。
4、军事的需要
一方面，从军事角度而言，重要军事要地不允许外来人员在军事禁区大面积开挖，因此，必须通过军事要地的地下管道只能采取顶管的方式。另一方面，顶管本身又是某些军事工程的需要。
5 、浅层曲线顶管施工中的研究内容
5.1 顶管施工中土体性状及有待解决的问题
通过对研究现状的分析发现，目前国内对于顶管工程的研究还比较落后，主要是分析顶管施工引起地面变形的原因以及减小地面变形的控制措施，或是对工程的经验总结和工程实例的说明。存在的问题可以归纳为以下几个方面：
（1）在所有顶管施工对岩土环境影响的研究中，主要内容局限于地面沉降及地面水平位移，而其中预测施工时间效应的很少。现有的考虑沉降时间性的研究往往仅仅针对长期最终沉降，其预测的方法主要是根据现场观测得到的经验公式。此外，对于顶管施工引起的地面沉降，横向土体变形计算一般都采用估算盾构引起地面沉降的Peck公式[5] ，或是对Peck公式的修正公式。对于纵向土体变形计算公式以及深层土体水平位移公式则基本没有。
（2）对顶管施工引起的土体扰动以及受扰动土体性质缺乏深入研究。就施工对土体的扰动范围和扰动程度，在实践中进行了一些观测，但在理论上研究仍显不足且缺乏评价指标。顶管工程现场试验主要集中在对地面变形的监测，而对于顶管施工过程中深层土体移动、土压力、孔隙水压力、地下水位变化的现场监测以及判断扰动区土体性质变化的标准贯入度试验和静力触探试验几乎没有
（3）顶管施工引起的土体变形是具有三维性和历时性的，因此凡是文献中提及的以两维平面问题。
对顶管施工引起的地层变形的研究都是对该问题的简化处理，具有局限性。目前对土体三维位移采用三维有限元来进行研究比较合理，但计算量大、时间长，特别是在非线性弹塑性土占主导地位的软土中，这种研究的优点减少。
（4）目前的研究着重于顶管施工过程中的地面变形或地下土体水平位移的观测、计算和预测，而对施工后直至土体最终稳定的长期移动缺少深入的研究。对顶管施工引起的孔隙水压力变化过程、土体中水的渗流以及土体中孔隙水压力的分布情况缺乏了解。对土体的再固结引起的土体长期沉降缺乏研究。
（5）国内对顶管施工过程中注浆的研究目前主要针对注浆工艺研究，包括浆液配比、注浆量、注浆孔的布置等。对注浆过程中浆液、管道、土体三者之间的相互作用机理，包括浆液在周围土体中的渗流过程、浆液与土体之间的相互作用、注浆的影响因素等缺乏了解。
对于曲线顶管，国内外的文献较少，对于曲线顶管施工引起的土体性状变化几乎是一个全新的课题。
5.2 顶管施工技术及有待解决的问题
曲线顶管的施工方法主要有：传统曲线顶管法，预调式曲线顶管法。前者的主要缺点是在一次顶进长度中，只能实施同一种半径的圆弧曲线顶管，是一种非实际意义的曲线顶管；后者则要求在每一个管节口安装有间隙调整器，然后人为地调整管子的张角，使之符合设计的曲线要求，再进行推进的一种新工艺。
为了能够实现更小弯曲半径的曲线顶管或者S形曲线顶管，人们进行了不断的研究和探索，近几年曲线顶管技术的发展主要集中在以下几个方面：
（1）相关机械技术的研究与开发
作为曲线顶管的施工机具与普通的几乎没有差别，也是包括工具管的掘进机具、弃土机具、纠偏机具、中继站油缸、以及工作井中的主油缸、起重机具等机械。这些机械技术的研究和开发程度对曲线顶管乃至整个非开挖技术的发展进程有着决定性的作用。目前日本和德国在这个方面处于领先地位，而我国在这个方面还处于相对落后状况。
（2）管节接头技术
管节接头形式可以分平接口、企口、F形接口三种，选取不同的接口形式[7]
，止水效果就可能不同。管节接口是顶管施工的一个重要因素，其作用有如下几点：顶进时在管与管之间传递纵向力；在管路方向改变、如管道纠偏时，传递横向力；起到管与管之间的密封作用，为了使管节接口充分地发挥以上作用，故在施工控制时，一定要控制好管节接口这个关键部位，但遗憾的是，目前的施工状况不容乐观。为了在管与管之间传递纵向力，需在管子接缝处安置弹性垫圈，垫圈必须发生塑性变形而同时又不会变硬，以便补偿管端的不平整度，现时垫圈的弹性应尽可能地小一些，因为在千斤顶卸载时，垫圈的弹性会导致由一节管到下一节管的回弹，致使维持顶进效果在每次卸载后都有一部分遇到损失。故垫圈也是也是关键的一环，垫圈的强度、尺寸是施工控制中的主要因素，根据情况可以选择耐酸或耐碱的材料，制成垫圈。在曲线顶管施工中，垫圈是一个更重要的控制因素。在这个方面国内的研究不够深入，在曲线顶管方面还是空白。
（3）管线润滑技术
管线润滑可以大大减小管节与周围土体的摩擦阻力，从而一方面可以减小中继站、总站的动力装置的功率，另外一个方面还可以减小管节内力分布，减少了管节中的应力集中现象，为工程的安全顺利进行提供必要的保证。目前工程上用的最多是用膨润土浆作为润滑减摩剂，这种材料既能对管节周围土体起到支撑作用，又可以在管节与周围土体形成润滑的结合面起到减摩的作用，收到了比较明显的效果。一般地，超浅层曲线顶管的减摩更复杂，并且还要控制好注浆压力，过大会在地面出现隆起现象，甚至还会在地面出现冒浆现象。
但是膨润土浆的配合比、注浆压力、注浆量的控制等都是根据实际工程的类比经验调整的，还没有做深入细致的研究，也没有可以执行的统一技术规程。
（4）测量与控制技术
在顶管施工测量中，整个系统随时都在运动中，因此在管线部分不可能找到一个固定不变的参考点作为测量的校准点，对于普通光学测量设备，由于工作井一般均低于地面，顶管的管节是不断移动的，施工测量所用的控制点只能放在管节以外的地方，这些就增加了施工控制测量的难度，从而必须做好误差校准工作。
6 浅层曲线顶管的发展前景
一个国家地下管线的人均拥有量，从某种程度上反映了该国的经济发展水平和人民的生活质量，我国北京人均拥有给排水管道2.65m，而欧洲为12m。据报纸报道，截至2005年11月重庆市城区各类地下管线长度达到20000km。
2004 年夏天，北京、上海和其他城市因为大雨而导致街面积水很深的现象出现后，有国内外专家指出，我国的城市建设不要只图面上好看，像上海这样的城市，如果只是有高楼大厦而没有完整的地下设施，那将永远也达不到国际大都市的标准。这在国内已经引起了政府和群众的一致共鸣和高度重视。在大多数情况下，城市排水系统改造都不能采取大开挖的方式，采用顶管施工，必然有相当部分为超浅层顶管，像重庆主城排水工程中排水系统改造，就几乎全部属于超浅层顶管。
可以预见，随着我国城市的不断发展，超浅层顶管将愈来愈多，因此，超浅层顶管技术的研究和应用具有十分广阔的前景。
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