8.5　顶　管

8.5.1　顶管适用条件应符合下列规定：

1　非核安全级直径1.0m～3.6m的钢顶管和钢筋混凝土顶管的管道；直径小于1.0m或大于3.6m的管道应经充分论证后使用。当用于核安全级的管道时，应进行专门论证；

2　淤泥质黏土、黏土、粉土及砂性土；

3　下列地质条件不宜采用顶管法施工：

1）土体承载力小于40kPa；

2）含有建筑垃圾等的人工填土；

3）土层中砾石含量小于30％或粒径大于200mm的砾石含量大于5％，而且渗透系数又很大；

4　顶管宜选在基本均匀土层中顶进，不宜选在较长距离的土层软硬明显的界面上顶进；

5　对于拟建地震区、冻土地区、湿陷性黄土及膨胀土地区的顶管工程尚应符合现行的有关标准规定。

8.5.2　在满足工艺要求的前提下，管道布置应满足下列要求：

1　焊接钢管不宜用于曲线顶管；钢筋混凝土预制管节顶管可用于曲线顶管。

2　顶管位置应避开地下障碍物及邻近地段地下管道、电缆、桩、沉船、钢渣等埋设物。

3　顶管穿越河道时的埋置深度应满足河道规划要求，并应布置在河床的冲刷线以下。

4　顶管间距应按下列要求确定：

1）互相平行的管道水平净距应根据土层性质、管道直径和管道埋置深度等因素确定，宜大于管道外径；

2）对空间交叉管道的净间距，钢管不宜小于0.5倍管道外径，且不应小于1.0m；钢筋混凝土管不宜小于管道外径，且不应小于2m；

3）顶管底与建筑物基础底面相平时，直径小于1.5m的管道宜保持不小于2倍管径净距；直径大于1.5m的管道宜保持不小于3m的净距。

4）顶管底低于建筑基础底标高时，除满足本款第3项要求外，尚应考虑基底土体平衡。

5　管顶覆盖层厚度应符合下列要求：

1）管顶覆盖层厚度在不稳定土层中宜大于管道外径的1.5倍，并应大于1.5m；

2）穿越江河水底时，覆盖层最小厚度不宜小于外径的1.5倍，且不宜小于2.5m；

3）在有地下水地区及穿越江河等地表水区域时，管顶覆盖层的厚度应满足管道抗浮要求，抗浮计算应按现行国家标准《给水排水工程管道结构设计规范》GB 50332的规定执行。

6　顶管穿越防汛大堤应遵守大堤管理部门的相关规定，并提出相应的控制大堤沉降及防止渗流等保护措施。顶管在大堤基面以下埋深宜大于1.5倍管道外径。

7　设有中继间的顶管最小管径不宜小于DN1400。

8.5.3　顶管结构设计与计算应按下列规定执行：

1　核电厂输水用顶管法管道设计使用年限应满足核电厂寿期的要求，且不应小于50年。管道的安全等级可按二级考虑。管道的重要性系数宜取1.0，对于单线输水管可取1.1。

2　管材应符合下列要求：

1）管材宜选用钢筋混凝土管或钢管；

2）顶进钢管所用钢材可采用Q235钢或Q345钢，宜选用Q235B；

3）钢筋混凝土顶管的混凝土强度等级不宜低于C50，抗渗等级不应低于W8。输送海水的钢筋混凝土管道水泥熟料中铝酸三钙的含量宜控制在6％～8％；

4）混凝土管接头宜使用钢承口“F”型接口，钢套筒宜采用Q345钢。

3　管道耐久性设计应符合下列要求：

1）钢筋混凝土管应按现行行业标准《混凝土结构耐久性设计与施工指南》CCES 01和现行国家标准《混凝土结构耐久性设计规范》GB/T 50476的规定进行耐久性设计；

2）钢管管道的管壁厚度应采用计算厚度加腐蚀量厚度，并依据环境类别采取有效防腐措施，达到耐久性要求。腐蚀量构造厚度不应小于2mm。

4　顶管顶进过程中应进行监测，管轴线偏差应得到有效控制。

5　管道结构上的作用可分为永久作用和可变作用，并应符合下列要求：

1）永久作用应包括管道结构自重，竖向土压力，侧向土压力、管道内水重和顶管轴线偏差引起的纵向应力；

2）可变作用应包括管道内的水压力，管道真空压力，地面堆积荷载，地面车辆荷载，地下水作用，温度变化作用和顶力作用。

6　永久作用标准值可按本规范附录E的公式计算确定。

7　可变作用标准值及其准永久值系数应按下列要求确定：

1）压力管道内设计水压力的标准值可按表8.5.3-1的要求确定。准永久值系数可取0.7，但不得小于工作压力；

2）作用在管道上的地表水或地下水应按静水压力计算，其标准值及准永久值系数应按现行国家标准《给水排水工程管道结构设计规范》GB 50332的规定执行。应按最不利原则分别取高水位和低水位计算；

3）管道在运行过程中可能产生的真空压力，其标准值可取0.05MPa计算，其准永久值系数可取0；

4）地面堆积荷载传递到管顶处竖向压力标准值按实际情况确定，宜按10kN/m2计算，其准永久值系数可取0.5；

5）地面车辆轮压传递到管顶处的竖向压力标准值可取准永久值系数0.5。当埋深大于2m时可不计冲击系数。地面堆积荷载与地面车辆轮压可不考虑同时作用；

6）温度作用标准值可按温差±20℃计算，准永久值系数可取1。

8　顶管结构计算采用以概率理论为基础的极限状态设计方法，以可靠指标度量管道结构的可靠度，除对管道验算整体稳定外，均应采用分项系数的设计表达式进行设计。

9　管道结构设计应计算下列两种极限状态：

1）承载能力极限状态：管道结构达到最大承载能力，管壁因超过材料强度而破坏；柔性管道管壁截面丧失稳定；钢管纵向及其他管道的管段接头因顶力超过材料强度破坏；

2）正常使用极限状态：柔性管道的竖向变形超过正常使用的变形量限值；钢筋混凝土管道裂缝宽度超过限值。

10　钢管应按柔性管设计计算；钢筋混凝土管应按刚性管设计计算。

11　管道结构的内力分析均应按弹性体系计算，不考虑由非弹性变形引起的塑性内力重分布。

12　承载能力极限状态计算应满足下列规定：

1）管道按强度计算时，应采用下列极限状态表达式：

式中：γ0——管道的重要性系数；

S——作用效应组合的设计值；

R——管道结构抗力设计值，钢筋混凝土管道应按现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB 50010的规定确定，钢管道应按现行国家标准《钢结构设计规范》GB 50017的规定确定。

2）作用效应的组合设计值应按下式计算：

式中：γG1——管道结构自重作用分项系数，取1.2；

γG，SV——竖向水土压力作用分项系数，取1.27；

γGh——侧向水土压力作用分项系数，取1.27；

γGW——管内水重作用分项系数，取1.27；

γQ——可变作用的分项系数，取1.4；当设计使用年限超过50年时，可变荷载的分项系数应根据有关基本变量的概率分布类型和统计参数，以及规定的目标可靠指标，通过计算分析，并考虑工程经验，经优化后确定；

CG1——管道结构自重的作用效应系数；

CSV——管道竖向土压力的作用效应系数；

Ch——管道侧面土压力的作用效应系数；

CGW——管道内水重的作用效应系数；

CQ，wd——内水压力的作用效应系数；

CQV——地面车辆荷载的作用效应系数；

CQm——地面堆积荷载的作用效应系数；

CQt——温度变化的作用效应系数；

CQd——顶力的作用效应系数；

G0k——管道结构自重标准值；

Fsv，k——竖向水土压力标准值；

Fh，k——侧向水土压力标准值；

Gwk——管内水重标准值；

Fwd，k——管内水压力标准值；

qvk——车行荷载产生的竖向压力标准值；

qmk——地面堆积荷载作用标准值；

Ftk——温度变化作用标准值；

φc——可变荷载组合系数，对柔性管道取0.9；对其他管道取1.0。

3）承载能力极限状态计算的作用组合应根据顶管实际条件按表8.5.3-2的规定选择。

4）对柔性钢管管壁截面进行稳定验算时，各项作用应取标准值，并应满足稳定系数不低于2.0，作用组合应按表8.5.3-3规定选择。

5）施工期间管道纵向尚应对允许顶力进行验算。

13　正常使用极限状态验算应满足下列规定：

1）管道结构正常使用极限状态计算应包括变形、抗裂度和裂缝开展宽度，并应控制其计算值不超过相应的限定值；

2）管道结构按正常使用极限状态进行验算时，各项作用效应均应采用作用代表值；

3）正常使用极限状态验算时，作用组合工况可按表8.5.3-2的规定采用；

4）内防腐为水泥砂浆的钢管，先抹水泥砂浆后顶管时，最大竖向变形不应超过0.02D0；顶管后再抹水泥砂浆最大竖向变形不应超过0.03D。内防腐为延性良好涂料的钢管，其最大竖向变形不应超过0.03D；

5）钢筋混凝土管道在组合作用，截面受力状态处于受弯、大偏心受压或受拉时，在准永久组合作用下，最大裂缝宽度不应大于0.2mm。结构构件的裂缝展开宽度，应按作用在结构上荷载长期效应的准永久组合进行计算；

6）钢筋混凝土管道在组合作用，截面受力状态处于小偏心受拉时，截面设计应按不允许裂缝出现控制，应按荷载短期效应的标准组合进行计算；

7）正常使用极限状态计算时，荷载短期效应的标准组合、长期效应的准永久组合的设计值应按现行国家标准《给水排水工程管道结构设计规范》GB 50332的规定选取。

14　管道结构强度计算、稳定验算、管道允许顶力验算的管道内力计算可按本规范附录F的方法计算。

8.5.4　顶管构造应按下列规定执行：

1　钢管应满足下列要求：

1）卷制钢管的长度宜为钢板宽度，同一横断面内宜采用一条焊缝。若采用两条焊缝则大直径管焊缝间距应大于300mm，小直径管焊缝间距应大于100mm；

2）卷制钢管接长时，管口对接应平整，当采用300mm的直尺在接口外纵向贴靠检查时，相邻管壁的错位允许偏差宜为0.2倍壁厚，且不宜大于2mm。相邻管段对接时，纵向焊缝位置错开的距离应大于300mm；

3）下井管段的长度应为卷制管段的倍数。管段长度不宜小于6m，长距离顶管管段长度可适当增长；

4）小直径管道焊缝宜采用“V”形坡口，大直径管道宜采用“K”形坡口。不论采用何种坡口形式，同顶铁的接触面应为坡口的平端；

5）若钢管与两井墙均采用刚性联结时，应验算温差作用下的井墙受力和管道的联结强度。

2　混凝土管应满足下列要求：

1）钢筋混凝土顶管管节长度应根据使用条件和起吊能力决定；

2）混凝土管接头宜采用钢承口“F”形接口（图8.5.4）；

3）接头的允许偏转角应大于0.50；

4）混凝土管接头传力面上均应设置环形木垫片，并用胶粘剂粘在传力面上；

5）管内接头的接缝应采用弹性密封填料勾缝；

6）接头钢套管应有良好的防腐措施。