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顶管法

浅谈市政工程中顶管施工技术

09基础一班

090318120

余健龙

随着国民经济的不断发展,市政管道工程和地下通道工程日益增多,目前这类工程普遍采用明挖法施工。但软土地区,开挖沟槽必须采取围护措施和降水措施,不仅会影响市区繁忙的交通,还会危及临近的管线和建筑物的安全。采取顶管法施工课显著减小对邻近建筑物、管线和道路交通的影响,具有广泛的应用前景。

顶管法施工是一种现代化的管道敷设施工方法,主要是采用液压千斤顶或具有顶进、牵引功能的设备,以顶管工作井作承压壁,将管子按设计高程、方位、坡度逐根顶入土层直至达到目的地,是修建隧道和地下管道的一种重要方法。论文首先阐述了顶管施工技术的分类,施工顺序以及优势所在,并分析了顶管施工技术要点,重点对管道的接口问题及沉降控制进行了探讨,以推广顶管技术的应用。

顶管施工技术占地面积少,与同管径的明挖施工相比可节约用地,在地下施工,对地面活动影响较小,施工控制严格可保证交通畅通,日常活动正常。顶管技术可用于特殊地质条件下的管道工程中,主要有:1、穿越江河、湖泊、港湾水体下的供水、输气、输油管道工程;2、穿越城市建筑群、繁华街道地下的上下水、煤气管道工程;3、穿越重要公路、铁路路基下的通讯、电力电缆管道工程‘4、水库坝体涵管重建工程等。因此,对于顶管施工技术进行深入研究,探求解决相关技术问题是必要的且具有重要的实际意义。

1顶管施工技术相关概述

1.1顶管的分类

顶管的分类方法很多,目前对于顶管分类都是根据其某一方面的特性进行划分,常见的分类有以下几种:1)按管节口径大小来分可分为大口径、中口径、小口径和微型顶管四种。大口径指直径在2000mm以上,人能在管道中站立和自由行走的顶管。大口径顶管设备庞大,管子自重也较大,顶进时所需的顶力也较大。中口径管子口径为1200~1800mm,在市政工程中应用较多。小口径管子直径在500~1000mm。微型顶管口径很小,管径通常在400mm以下,最小的只有75mm。这种管子一般埋设较浅,所穿越的地层也较复杂,技术发展较快。

1.2施工顺序

施工顺序为:挖顶进工作坑及制作砼管→吊装砼管到轨道上→装顶铁→装密封圈→开启油泵顶进→出泥→管道贯通→拆工具管→砌检查井→回填壁后。顶管法是依靠人工或机械在管内端部挖掘土壤,然后在工作坑内借助顶进设备,把敷设的管子按设计中线和高程的要求顶入,并用水力或小车将土从管中运出。掘进顶管采用的管材为平口钢筋混凝土管。

1.3顶管施工优势

实践证明,顶管施工在雨、污合流管道建设中发挥了独特的优越性,其表现在:①在管道顶进过程中,只挖去管道断面的土方,比开槽明挖施工挖土量少。

②开挖部分仅是工作坑,土方开挖量少,且安全、对交通影响少,占用场地小。

③施工作业人员少,机械化程度高,工作效率高,施工进度快。④建设公害少,文明施工程度比开槽施工高。⑤施工过程中,地面沉降量得到了有效地控制,从而保护了周围环境和建筑物。⑥避免地上建筑物拆迁或重复建设、沿线地下管线搬迁或保护措施。大大地减少前期工作量,节省投资。

2施工关键技术及要点分析

2.1施工前准备工作

顶进前准备所有机械设备交班检查:顶进前,机械工需要进行交接班手续,

将记录的设备运转情况表交给下一个班组的机械工,并进行口头的设备运转状况文班,刚上班的机械工铸要对控制台、各个泥桨泵、管道、测量系统、顶管机等进行例行检查。顶管机刀盘转动、开进出渣浆泵:交班和例行检查完毕后,接通电源,将顶管机的刀盘转动,当设备的参数稳定后,开进出渣浆泵,开始泥浆循环。

2.2施工关键技术

1)泥水处理系统处理好砂土、装车、外运:采用泥水平衡式项管机出土,豁要在顶管机中注入含有一定泥量的泥浆,通过大刀盘切削顶管机前方的原状土,与注入的泥水搅拌,泥水通过吸泥泵排到地表泥水处理系统处理,泥浆可以反复循环使用,处理好的泥沙用泥桨车外运。2)测量顶管机的偏位、作好记录、纠偏:测量方法,在工作井后座位设量测量机座,测量基座由地面引入地下,避免工作井的变形引起的误差,将激光经纬仪放皿在其上调平后,使激光经纬仪发射的激光沿着顶进方向水平射出,打在顶管机的测量靶位上,通过望远镜读出顶管机的偏差。每隔0.5m记录一次。纠偏办法,顶进中发现管位偏差5mm左右,即应进行校正。纠偏校正应缓缓进行,使管节逐渐复位,不得猛纠硬调。校正方法采用顶管机自身纠偏法:控制项管机的状态(向下、向上、向左、向右),这种方法纠偏方法良好,每次纠偏的幅度以5mm为一个单元,再顶进1m时,如果根据顶管机的测斜仪及激光经纬仪测量偏位趋势没有减少时,增大纠偏力度(以5mm为一个单元),如果根据顶管机的测斜仪及激光经纬仪测量偏位趋势稳定或减少时,保持该纠偏力度,继续顶进,当偏位趋势相反时,则需要将纠偏力度逐渐减少。3)长距离顶管的通风。一般可采用鼓风和抽风的方式来解决。鼓风式通风是把风机放置于工作井的地面上,把地面的清新空气通过鼓风机和风筒鼓到掘进机或工具管内。鼓风式通风采用的风筒可以用不透风的橡胶布包裹螺旋钢丝骨架外的软风筒,这种风筒质轻,伸缩性好,在钢丝骨架上,每间隔一定距离安装一只吊环,管口及转折处安装白铁皮或玻璃钢弯头,在中续间处留足够的伸缩量。4)在顶进过程中及时注意油泵的压力表指示值的变化,发现压力突然上升时,立即停止顶进,检查压力上升原因,防止发生意外。5)控制千斤顶活塞的外伸长度,不要超越临界冲程,以免损坏设备。6)要连续顶进,如果停工时间过长,地下水渗透量增加,土拱容易坍塌,再开顶时顶力将大幅度上升。7)根据不同的地质情况,随挖随顶,以免塌方。8)顶进速度适当,过快易产生偏差,过慢易塌方。9)顶管工作面排水。顶管工作应尽量从下游向上游方向进行,地下水由工作面流向工作井集水坑,再用泵排出地面。10)管道渗漏的治理。对管道渗水和漏水点,先凿V形槽,埋入导水水管,用速凝水泥封闭管周,待水泥有一定强度后,用手动泵压入水泥水掺玻璃浆液封堵。

3市政工程中顶管施工常见问题及对策

3.1顶管施工中接口问题探讨

在顶管施工中,管子的连接应分为顶进中的临时连接和顶进结束后的永久性接口。临时连接主要目的是为了在管与管之间传递纵向力和横向力,同时保证管与管之间的接缝有一个有效宽度,以利于顶进结束后进行永久性接口处理。充分发挥管子接头的作用,首先,为了在管与管之间传递纵向力,需在管子接缝夹置弹性衬垫,衬垫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,现时衬垫的弹性应尽可能地小一些,因为在千斤顶卸载时,衬垫的弹性会导致由一节管到下一节管的回弹,致使推顶效果在每次卸载后都有一部分遭到损失。实践证明,作业这种衬垫最好采用软的到中等硬度的木材为好,因为木材具有所要

求的全部性能,且较为经济便于加工。木制衬垫加工制作为圆环,就木垫环的尺寸而言,内侧应向内缩回一个永久性接口的深度,外侧与管外皮有一个有效的间距,木板厚为3cm左右。其次,就一条顶进管路的使用性能来说,管路的水密性也很重要,在上述所示的管子接头形式中,管路的密封采用双重形式,即第一道密封是通过在一节管子的细端与另一节管子的钢圈之间夹置一个橡胶胀圈取得的,橡胶胀圈须坚固又有弹性,而且耐压,橡胶圈装置同时还保证不会由于推顶时的纵向力和横向力而改变位置和发生损坏,采用的方法是在管子的细端开出一条环形槽沟,用以装人像胶胀圈。第二道密封位于管子端面之间。为此目的,需事先留出相应的空间,如果事先未曾留出相应的空间,可在推顶完毕之后,将木制垫环的内圆凿2~3cm,然后将这样形成的缝处填塞石棉水泥或填塞膨胀水泥砂浆处理永久性接口。

另外,为了将两节管连接在一起,将一个钢圈固定连接在一个管端上,另一端松动地套在另一管端,以取消钢制内套环。这样在直线推顶情况下,足以保证所要求的纵向导动,同时由于控制运动而出现的横向力,造成管端之间可能发生相对移动。钢圈可在一定程度上有效地加以限制,因为在钢圈管端的系统处于静力平衡上的稳定状态。

3.2顶管施工沉降控制

顶管施工往往会遇到穿越公路,铁路,地下管线,河流,地上重要建筑等特殊地段,这些特殊地段的顶管施工对地面的沉降控制要求更高。为此就特殊地段的顶管施工沉降控制技术在顶管机选型,压力的确定,泥浆套,土体最大沉降量的预测,监控点的布置,测量和纠偏,顶管进出洞口处理方面进行探讨。

1)顶管机选型。通常采用土压平衡式顶管机,该机型适用于饱和含水地层中的粘土、粉质粘土、淤泥质粘土、粉砂土或砂性土。2)工仓压力的确定。为防止地表的沉降和隆起%工仓压力必须控制在1.1~1.2P0(P0为静止土压力)。如果地层对沉降和隆起有严格的要求时宜将工仓压力P控制在P0±15KP范围内。3)泥浆套的设置。泥浆套不仅起到减摩作用%同时也起到一定的土体稳定作用,减少顶管对沉降的影响。浆液的配制要求应满足粘滞度高,失水量小,稳定性好。工程中使用的浆液配比主要有以下几种(均为重量比)。膨润上矿粉:水=1:9;膨润上矿粉:纯碱:化学浆糊:水=104:3.05:1.05:800;膨润上矿粉:纯碱:水=100:2:300。搅拌透后,再加入含PH-PAM-11/800的水溶液,经搅拌均匀后可用于注浆。4)压浆操作。开顶后对全线管节进行压浆,重点在管道底部压浆,使管道史好地处于悬浮状态,减少摩阻力和因管道与土体摩擦而带走土体。顶进过程中,机尾及其后的3节管道应及时压浆,以填充山于管节小于机头的环形空隙,控制沉降。另外,每节管子顶进结束或因故停顿后,即对全线补压浆,主要对管顶压浆,及时充填由于管节在顶进中压缩管节周围土体而产生的空隙,控制沉降。5)土体最大沉降量的预测。在顶管穿越特殊地段前,先安排一段调试段和一段模拟段布设一定数量的监测点,在顶管通过时根据监测点上的沉降数据对工仓压力、注浆量、配比和顶管掘进速度等进行调整。调试段布设在模拟段之前,在这段距离内根据监测点测得的沉降数据。6)监控测量的测点布置。纵向:设置4~6个排测点,测点排距3~5m。横向:管道中心线以及两侧各布置2个测点,两侧第一个测点离中心线2.5~3.5m,第一个测点离第一个测点3~3.5m,同时测点要全部布设在沉降影响范围内。调试段的测点数量可适当减少,横向上管道中心线两侧的测点可视情况减少或省去。7)顶管进、出洞口处理。顶管在进出洞口时,山于工作井预留洞口与管道之间存在空隙,如果洞口土体处理不当,

就会发生土体涌入工作井内,从而造成洞口附近地而发生塌陷。如果洞口附近有管线或建筑物时,就会对它们产生不利的影响;如果附近是道路,地而塌陷就有可能影响交通。通过实践总结如下预防措施:在进、出洞口可采取压密注浆辅以井点降水的技术措施对土体进行加固(注意井点降水也会产生一定的沉降,使用时应谨慎),以提高土体的抗剪强度和减少土体渗透性,保持土体稳定,不渗水,不流泥,使顶管安全进、出洞。

4结语

顶管工艺的施工从技术上讲是完全可行的,相对于开槽埋管从社会效益与经济效益上来讲更具有优越性。加强对工程实施过程中的监督管理,抓住关键问题和重要工序,严格遵守设计及施工规范技术标准控制质量问题的出现。