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1.1 气动小口径顶管施工概述
洛阳市老城区改造工程，在爽明街口横穿中州大道铺设长16.5m、直径800mm的污水钢管。该路面车辆流量大，路面为混凝土，厚度约30cm。混凝土垫层以下主要是湿陷性黄土，地下水水位较低。由于地表以下5m之内有沿中州路方向铺设的污水干管和自来水管道，因此决定采用非开挖气动小口径顶管技术在埋深3.5m的地方铺设污水钢管。
气动锤击式小口径给排水管道穿越道路、建筑物、铁路、河道等的施工都适用，且适用于各种各样的地层。图1为小口径气动顶管施工示意图。
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1.2 气动顶管工作原理
气动顶管设备的动力来源主要是压缩空气，其工作原理为利用压缩空气来推动设备汽缸内的锤体作往复运动，锤体受气压后产生的冲击力推动设备前进，设备再将冲击力传到管道上，使管道向前顶进。当锤体运动到前方极限后，缸内自动换气阀将进气方向改变，使锤体向后运动，由设备内的特殊减振装置及管道与周围土体的摩擦力将反力抵消，因此设备推动管道基本连续地向前顶进。当需要进行设备反打时，可通过改变气体进入设备的方式来改变锤体的运动方向。
为了使气动顶管设备壳体内的活塞（锤头）在运动过程中保持良好的润滑状态，在从空气压缩机接出来的软管与顶管之间，接有一润滑油壶，可以定量地向顶管机内滴润滑油保持润滑。
2、气动小口径顶管施工工艺
气动小口径顶管施工基本工艺如图2所示。
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2.1 工作坑的布置
根据管道布置、检查井的设置、地形及地表建筑物分布的情况，设置一个顶管工作坑和一个接受坑。工作坑确定为4m×4m×6m，坑底两侧设置为1m×1m×1m焊接工作坑，工作坑基础使用碎石道床，道床厚度≥350mm，道床上安装枕木，枕木规格150mm×200mm×2500mm，间距500mm，以防止工作坑下沉，造成顶进位置偏差。
轨道采用35kg/m钢轨，左右各一根，轨长6m，轨距392mm。钢管底部距枕木顶40mm，由于受工作坑的限制，钢管每节长为2m。
2.2 顶进设备选择
顶进设备主要包括多年锤击式掘进机、空压机、锁紧件、工具管、管材等，锤击式掘进机主要包括主机、导气管、气阀门、扩空器等。选用一般的工业用空压机作为动力源，如果供气量较小，可加装大的储气包，以满足设备正常工作所需的压缩空气量。锁紧件是连接设备与管道的钢质元件，嵌套在管的内壁，与管道及设备的头部吻合连接，有圆锥环、三瓣环。工具管是推进管前安装的带刃口的管子，具有挖土保护和纠偏功能，在小口径顶管中，习惯称之为刀头或切土头。它套在管节的前端，制成不同直径的圆环，其外径比推进的钢管略大，刃口比较尖，入土较为容易。
由于顶打时设备的冲击力很大，锤击频率较高，管子在被顶进的过程中会产生很大的振频颤，如果管子被打裂，不但影响顶进的速度，而且会直接影响后续气压吹土的正常进行。在以前的气动顶管施工中，曾出现过管子被打裂、吹土漏气及管子与管内土一起被吹出等问题，直接导致顶管施工的失效。因此在此类顶管施工中，管材应选用螺旋卷或无缝钢管，本工程采用了直径800mm无缝钢管。
2.3 顶进施工
工作坑内设备安装完毕，经检查各部位处于良好状态，即可进行开挖和顶进。刚开始顶打时，由于管道和土之间没有摩擦力或摩阻很小，易引起管道在原地的往复运动而使前进速度很慢或不前进，这时应减少供气量进行顶打，当被顶管子进入土内不再后退时，再恢复正常供气。管道顶进过程中内外壁要保持润滑，以减小管壁间摩擦力，这是提高顶打速度及施工效率的重要手段。管子在焊接完毕后应有足够的冷却时间，不能焊完后立即顶打，以防止产生裂纹甚至断裂，影响后期的气体排土。
2.4 顶进误差调整
在工作坑内设有水准点和预设的方向线，采用激光水准仪直接测量前端管底高程和方向。每顶进50cm时测量一次，如果在顶进中发现偏差，利用纠偏千斤顶进行校正，使其复位。
3、工艺改进
针对施工中暴露出的诸如土头利用率不高、出土困难、减摩复杂等问题，对施工工艺进行了探索和改进，取得了良好的效果。
3.1 切土头的改进
原施工工艺是将顶管切土头安装在第一节管的前端（其外径略大于施工管外径30mm左右），对于现场含水量较低的黏土，在其切土头顶进过程中，管子顶部及管内土体塌陷的可能性较小，因而不会引起管端及管顶所受土压力的变化，保证管子轴线方向的稳定。同时，因切土头的扩孔作用减弱了其后管壁与土体之间的摩擦力，提高了管子的顶进速度。在以前的施工中，为适应顶打不同管径的需要，往往找专业厂家制作许多不同类的切土头，其中有许多仅使用一次就束之高阁，浪费很大。为节省施工经费，对切土头进行改进，直接将顶进管改造成切土头，避免了专业厂家购买不同直径切土头的麻烦。方法是用15mm厚、150mm宽的钢板焊接在所顶打管子前端的内、外壁，然后用气割将管头割出刀锋状代替切土头，其结构见图3。改造后的切土头在顶管施工中应用效果良好，基本上达到
