8.5　頂　管

8.5.1　頂管適用條件應符合下列規定：

1　非核安全級直徑1.0m～3.6m的鋼頂管和鋼筋混凝土頂管的管道；直徑小于1.0m或大于3.6m的管道應經充分論證后使用。當用于核安全級的管道時，應進行專門論證；

2　淤泥質黏土、黏土、粉土及砂性土；

3　下列地質條件不宜采用頂管法施工：

1）土體承載力小于40kPa；

2）含有建筑垃圾等的人工填土；

3）土層中礫石含量小于30％或粒徑大于200mm的礫石含量大于5％，而且滲透系數又很大；

4　頂管宜選在基本均勻土層中頂進，不宜選在較長距離的土層軟硬明顯的界面上頂進；

5　對于擬建地震區、凍土地區、濕陷性黃土及膨脹土地區的頂管工程尚應符合現行的有關標準規定。

8.5.2　在滿足工藝要求的前提下，管道布置應滿足下列要求：

1　焊接鋼管不宜用于曲線頂管；鋼筋混凝土預制管節頂管可用于曲線頂管。

2　頂管位置應避開地下障礙物及鄰近地段地下管道、電纜、樁、沉船、鋼渣等埋設物。

3　頂管穿越河道時的埋置深度應滿足河道規劃要求，并應布置在河床的沖刷線以下。

4　頂管間距應按下列要求確定：

1）互相平行的管道水平凈距應根據土層性質、管道直徑和管道埋置深度等因素確定，宜大于管道外徑；

2）對空間交叉管道的凈間距，鋼管不宜小于0.5倍管道外徑，且不應小于1.0m；鋼筋混凝土管不宜小于管道外徑，且不應小于2m；

3）頂管底與建筑物基礎底面相平時，直徑小于1.5m的管道宜保持不小于2倍管徑凈距；直徑大于1.5m的管道宜保持不小于3m的凈距。

4）頂管底低于建筑基礎底標高時，除滿足本款第3項要求外，尚應考慮基底土體平衡。

5　管頂覆蓋層厚度應符合下列要求：

1）管頂覆蓋層厚度在不穩定土層中宜大于管道外徑的1.5倍，并應大于1.5m；

2）穿越江河水底時，覆蓋層最小厚度不宜小于外徑的1.5倍，且不宜小于2.5m；

3）在有地下水地區及穿越江河等地表水區域時，管頂覆蓋層的厚度應滿足管道抗浮要求，抗浮計算應按現行國家標準《給水排水工程管道結構設計規范》GB 50332的規定執行。

6　頂管穿越防汛大堤應遵守大堤管理部門的相關規定，并提出相應的控制大堤沉降及防止滲流等保護措施。頂管在大堤基面以下埋深宜大于1.5倍管道外徑。

7　設有中繼間的頂管最小管徑不宜小于DN1400。

8.5.3　頂管結構設計與計算應按下列規定執行：

1　核電廠輸水用頂管法管道設計使用年限應滿足核電廠壽期的要求，且不應小于50年。管道的安全等級可按二級考慮。管道的重要性系數宜取1.0，對于單線輸水管可取1.1。

2　管材應符合下列要求：

1）管材宜選用鋼筋混凝土管或鋼管；

2）頂進鋼管所用鋼材可采用Q235鋼或Q345鋼，宜選用Q235B；

3）鋼筋混凝土頂管的混凝土強度等級不宜低于C50，抗滲等級不應低于W8。輸送海水的鋼筋混凝土管道水泥熟料中鋁酸三鈣的含量宜控制在6％～8％；

4）混凝土管接頭宜使用鋼承口“F”型接口，鋼套筒宜采用Q345鋼。

3　管道耐久性設計應符合下列要求：

1）鋼筋混凝土管應按現行行業標準《混凝土結構耐久性設計與施工指南》CCES 01和現行國家標準《混凝土結構耐久性設計規范》GB/T 50476的規定進行耐久性設計；

2）鋼管管道的管壁厚度應采用計算厚度加腐蝕量厚度，并依據環境類別采取有效防腐措施，達到耐久性要求。腐蝕量構造厚度不應小于2mm。

4　頂管頂進過程中應進行監測，管軸線偏差應得到有效控制。

5　管道結構上的作用可分為永久作用和可變作用，并應符合下列要求：

1）永久作用應包括管道結構自重，豎向土壓力，側向土壓力、管道內水重和頂管軸線偏差引起的縱向應力；

2）可變作用應包括管道內的水壓力，管道真空壓力，地面堆積荷載，地面車輛荷載，地下水作用，溫度變化作用和頂力作用。

6　永久作用標準值可按本規范附錄E的公式計算確定。

7　可變作用標準值及其準永久值系數應按下列要求確定：

1）壓力管道內設計水壓力的標準值可按表8.5.3-1的要求確定。準永久值系數可取0.7，但不得小于工作壓力；

2）作用在管道上的地表水或地下水應按靜水壓力計算，其標準值及準永久值系數應按現行國家標準《給水排水工程管道結構設計規范》GB 50332的規定執行。應按最不利原則分別取高水位和低水位計算；

3）管道在運行過程中可能產生的真空壓力，其標準值可取0.05MPa計算，其準永久值系數可取0；

4）地面堆積荷載傳遞到管頂處豎向壓力標準值按實際情況確定，宜按10kN/m2計算，其準永久值系數可取0.5；

5）地面車輛輪壓傳遞到管頂處的豎向壓力標準值可取準永久值系數0.5。當埋深大于2m時可不計沖擊系數。地面堆積荷載與地面車輛輪壓可不考慮同時作用；

6）溫度作用標準值可按溫差±20℃計算，準永久值系數可取1。

8　頂管結構計算采用以概率理論為基礎的極限狀態設計方法，以可靠指標度量管道結構的可靠度，除對管道驗算整體穩定外，均應采用分項系數的設計表達式進行設計。

9　管道結構設計應計算下列兩種極限狀態：

1）承載能力極限狀態：管道結構達到最大承載能力，管壁因超過材料強度而破壞；柔性管道管壁截面喪失穩定；鋼管縱向及其他管道的管段接頭因頂力超過材料強度破壞；

2）正常使用極限狀態：柔性管道的豎向變形超過正常使用的變形量限值；鋼筋混凝土管道裂縫寬度超過限值。

10　鋼管應按柔性管設計計算；鋼筋混凝土管應按剛性管設計計算。

11　管道結構的內力分析均應按彈性體系計算，不考慮由非彈性變形引起的塑性內力重分布。

12　承載能力極限狀態計算應滿足下列規定：

1）管道按強度計算時，應采用下列極限狀態表達式：

式中：γ0——管道的重要性系數；

S——作用效應組合的設計值；

R——管道結構抗力設計值，鋼筋混凝土管道應按現行國家標準《混凝土結構設計規范》GB 50010的規定確定，鋼管道應按現行國家標準《鋼結構設計規范》GB 50017的規定確定。

2）作用效應的組合設計值應按下式計算：

式中：γG1——管道結構自重作用分項系數，取1.2；

γG，SV——豎向水土壓力作用分項系數，取1.27；

γGh——側向水土壓力作用分項系數，取1.27；

γGW——管內水重作用分項系數，取1.27；

γQ——可變作用的分項系數，取1.4；當設計使用年限超過50年時，可變荷載的分項系數應根據有關基本變量的概率分布類型和統計參數，以及規定的目標可靠指標，通過計算分析，并考慮工程經驗，經優化后確定；

CG1——管道結構自重的作用效應系數；

CSV——管道豎向土壓力的作用效應系數；

Ch——管道側面土壓力的作用效應系數；

CGW——管道內水重的作用效應系數；

CQ，wd——內水壓力的作用效應系數；

CQV——地面車輛荷載的作用效應系數；

CQm——地面堆積荷載的作用效應系數；

CQt——溫度變化的作用效應系數；

CQd——頂力的作用效應系數；

G0k——管道結構自重標準值；

Fsv，k——豎向水土壓力標準值；

Fh，k——側向水土壓力標準值；

Gwk——管內水重標準值；

Fwd，k——管內水壓力標準值；

qvk——車行荷載產生的豎向壓力標準值；

qmk——地面堆積荷載作用標準值；

Ftk——溫度變化作用標準值；

φc——可變荷載組合系數，對柔性管道取0.9；對其他管道取1.0。

3）承載能力極限狀態計算的作用組合應根據頂管實際條件按表8.5.3-2的規定選擇。

4）對柔性鋼管管壁截面進行穩定驗算時，各項作用應取標準值，并應滿足穩定系數不低于2.0，作用組合應按表8.5.3-3規定選擇。

5）施工期間管道縱向尚應對允許頂力進行驗算。

13　正常使用極限狀態驗算應滿足下列規定：

1）管道結構正常使用極限狀態計算應包括變形、抗裂度和裂縫開展寬度，并應控制其計算值不超過相應的限定值；

2）管道結構按正常使用極限狀態進行驗算時，各項作用效應均應采用作用代表值；

3）正常使用極限狀態驗算時，作用組合工況可按表8.5.3-2的規定采用；

4）內防腐為水泥砂漿的鋼管，先抹水泥砂漿后頂管時，最大豎向變形不應超過0.02D0；頂管后再抹水泥砂漿最大豎向變形不應超過0.03D。內防腐為延性良好涂料的鋼管，其最大豎向變形不應超過0.03D；

5）鋼筋混凝土管道在組合作用，截面受力狀態處于受彎、大偏心受壓或受拉時，在準永久組合作用下，最大裂縫寬度不應大于0.2mm。結構構件的裂縫展開寬度，應按作用在結構上荷載長期效應的準永久組合進行計算；

6）鋼筋混凝土管道在組合作用，截面受力狀態處于小偏心受拉時，截面設計應按不允許裂縫出現控制，應按荷載短期效應的標準組合進行計算；

7）正常使用極限狀態計算時，荷載短期效應的標準組合、長期效應的準永久組合的設計值應按現行國家標準《給水排水工程管道結構設計規范》GB 50332的規定選取。

14　管道結構強度計算、穩定驗算、管道允許頂力驗算的管道內力計算可按本規范附錄F的方法計算。

8.5.4　頂管構造應按下列規定執行：

1　鋼管應滿足下列要求：

1）卷制鋼管的長度宜為鋼板寬度，同一橫斷面內宜采用一條焊縫。若采用兩條焊縫則大直徑管焊縫間距應大于300mm，小直徑管焊縫間距應大于100mm；

2）卷制鋼管接長時，管口對接應平整，當采用300mm的直尺在接口外縱向貼靠檢查時，相鄰管壁的錯位允許偏差宜為0.2倍壁厚，且不宜大于2mm。相鄰管段對接時，縱向焊縫位置錯開的距離應大于300mm；

3）下井管段的長度應為卷制管段的倍數。管段長度不宜小于6m，長距離頂管管段長度可適當增長；

4）小直徑管道焊縫宜采用“V”形坡口，大直徑管道宜采用“K”形坡口。不論采用何種坡口形式，同頂鐵的接觸面應為坡口的平端；

5）若鋼管與兩井墻均采用剛性聯結時，應驗算溫差作用下的井墻受力和管道的聯結強度。

2　混凝土管應滿足下列要求：

1）鋼筋混凝土頂管管節長度應根據使用條件和起吊能力決定；

2）混凝土管接頭宜采用鋼承口“F”形接口（圖8.5.4）；

3）接頭的允許偏轉角應大于0.50；

4）混凝土管接頭傳力面上均應設置環形木墊片，并用膠粘劑粘在傳力面上；

5）管內接頭的接縫應采用彈性密封填料勾縫；

6）接頭鋼套管應有良好的防腐措施。