一、工程概况：

　　郑州市污水处理厂工程是国务院淮河流域水污染防治重点工程之一，是利用第四批日本协力基金贷款和国内配套资金进行建设的环境治理、城市基础设施建设工程项目，被列为河南省和郑州市的重点工程。郑州市汗水处理厂是淮河流域水污染防治最大的工程建设项目，该厂总服务面积可达105平方公里，50%以上的郑州市市区污水均汇集于此，项目总建设规模为82万吨/日；其中污水厂一期工程建设规模为40万吨/日，工程总投资75749万元，而进厂污水干管则按远期规模一次性投资建成，项目投资超过13000万元。
　　进厂污水干管设计采用土压平衡法机械顶管新技术，该工艺设计及施工均为国内地区所首次采用，设计标准标准高、技术难度大。进厂干管全长8055m，其中d2600污水管长约4585m，d3000污水管长约3470m，顶管用工作坑全部采用钢筋混凝土沉井形式共设计有顶管工作井20座，顶管接收入井21座，平均顶距200m左右，设计最长顶进距离近400m。目前钢筋混凝土沉井已制作完毕并全部下沉到位，d2600管道已成功顶进总任务量的95%以上，而d3000管道现已全线贯通。

　　二、设计思路：

　　（一）、设计方案选定：
　　郑州市污水处理厂进厂干管工程设计采用特大口径污水管道，因其为污水厂唯一的输水干管，是整个工程项目的重中之重，已成为污水厂能否顺利建成通水的制约性因素。干管起端位于郑州市的的东出口并需下穿107国道等，由于城市出入口和国道交通均十分繁忙，工程在很大程度受到国道及市区出入口交通路专用线、地下光缆及其他市政管线等重要的地需的建筑和公用设施需要在施工中妥加保护；另外特大污水管道因其体积和重较大，吊、运十分不便，而管线线路较长且需横穿多个行政区界，沿线的自然条件、地质状况等变化较大；地下水位偏高，土壤含砂量大，管道埋设较深（4--9m)，且工期紧，任务量大，工程质量要求高等；以上种种不利因素均使工程的设计及施工难度大大增加。传统施工方法如开槽、人工掘进顶管等施工技术简单机械化及文明施工程度低，受地下水及天气变化等外界因素影响较大，另外沟槽的支撑与下管（d>2000时)等方面的矛盾目前尚无法解决,因其所存在的致命缺陷,故本工程用传统施工方法根本无法顺利实施。而机械顶管工艺相对于本工程则存在着十分显著的优点：
　　1、技术先进，施工速度较快，昼夜平均顶进10--15m，一次性连续顶进距离最长可达500m以上；
　　2、施工质量好，能自动纠偏，其上下和左右的偏差均能控制在规范允许范围之内；管道采用“F”型柔性接口，接口严密不易渗漏；顶管掘进机头在顶进中间不会造成超挖；顶进过程中通过压注触变泥浆可形成的浆套使顶进阻力大大降低，且浆体可使管壁与周围土体结合紧密，不易造成地面塌陷；
　　3、施工技术比较成熟，上海等地已有许多成功的经验，并可为施工提供成套的技术和设备；
　　4、不受地下水位的限制，施工过程只需局部降水，除沉井施工中需降水外，管线顶进过程则不需要降水，故因降水造成的房屋建设裂缝、危及居民安全等现象可大为减少；
　　5、能大量节约劳动力，一套顶管掘进设备昼夜轮班作业只需50人左右就可完成，可大大减少周转材料的投入；
　　6、文明施工程度高，因所出土泥仅是管道所占的空间，出土量少且无须沟槽回填，故所出泥土可及时运走，不在现场千万造成泥土堆积；现场干净利落，不堆放周转材料和其它杂物；
　　7、工程施工占地少，拆迁量小，拆迁赔偿大量减少，施工占地和青苗补偿费用大大降低；几乎不受地形地貌变化的限制；
　　8、能解决一些其他施工方案难以解决的难题；能够避开一些难以拆迁的地面障碍，如穿超107国道、铁路专用线等；施工期间道路不断行，可基本保证郑汴路的正常通行等；
　　9、能较好解决国家对非农业占用耕地控制严格与项目建设需求间的矛盾；施工期间除必要的运输通道和顶管工作坑需要临时占地外，其余的农田均可照常耕作；
　　10、顶进机械可改径，改径时只需更换外壳，机械内部的主要部件可通用；
　　11、工程造价相对较低，与大开挖法比较可节约建设资金20%左右。
　　同时该工艺也暴露出如下缺点：
　　1、施工所需机械设备及操作技术较为复杂，需购置专用顶管设备并进行专项技术学习和培训；
　　2、需增加制管设备和引进制、顶管技术；
　　3、顶管工作井、接收入井所占空间较大，单体造价较高。
　　从以上对比可以看出：机械顶管工艺在国内尚属领先技术，可有效弥补其他传统施工方法的不足，加上其经济适宜、方便快捷的特点，使该工艺设计成为首选。根据工程、地质特点和现实情况，最终确定污水进厂干管全部采用土压平衡法机械顶管工艺进行建设，顶管机械选用大刀盘削土土压平衡式顶管掘进机头及管疲乏顶进设备。
　　（二）、顶力、顶距的确定：
　　顶力和顶距是一对矛盾统一体，且均与工程造价存在着密切的联系，它们是管道及沉井设计的关键性参数，对结构

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