顶管穿越（共7篇）
顶管穿越 篇1
引言
顶管开洞与平硐开挖从施工方面来看是较为相近的,通常平硐都存在于公路、铁路、水道等交通通道的下方。顶管施工时通常是由一线施工人员在前方进行平硐挖掘工作,接着三级钢筋混凝土套管紧随其后,以避免平硐塌陷,从而确保工程顺利进行和施工人员的安全。施工人员在进行挖掘时碰到硬质岩石的情况较多,加之硬质岩石材质坚硬,使用普通的机械或是人力都是难以挖开的,此时就需要进行爆破,这种爆破模式就叫做掘进爆破。常见的岩石分为三种,分别是满硐石、半硐石以及孤石,平硐断面通常而言都不大,其直径范围从1.2 m到2 m不等,而不管是哪一种岩石,都只可以使用水平钻眼。在处理满硐石时,按照平硐爆破方法展开施工;在处理半硐石时,则以岩石顶部当作是卸爆面,展开微差爆破施工;最后在处理单一的孤石时,使用的方法为向下斜孔布眼,然后根据松动爆破技术实施装药处理,完成爆破。
1 常见岩石的爆破形式
1.1 满硐石的爆破
1.1.1 布眼形式
因为硐石的截面不大,所以通常布设掏槽眼时围绕其中心一点,呈等边三角形排列;布设周边孔方时则间隔一定距离布设一个孔方,确保距离均等。这样的布眼方法能够保证满硐石被顺利地爆破开来[1]。
1.1.2 装药及网路
掏槽眼根据1 000~1 700 g/m3的重量进行装药,边孔则根据200~400 g/m3的重量进行装药,具体重量的选择视操作人员的经验和满硐石的情况而定。在挑选雷管时使用的是非电导爆炸微差雷管,通常安置在掏槽眼上只需要一段雷管,而安置在周边孔则需要3或5段雷管,用点雷管使用“束状”的连接办法来进行起爆,这样能确保满硐石从中心到周边全面爆破完成。
1.2 半硐石的爆破
1.2.1 布眼形式
呈竖直状态由上至下进行布眼,两排或是三排眼皆可。从水平方向来看,每一排眼的间距保持在35~50 cm;从竖直水平来看,每排的间距保持在30~40 cm,具体间距视半硐石的大小而定。如果半硐石较大则需要布三排眼,偏小布两排眼即可,最后布眼形式呈梅花状排列以确保爆炸点呈均匀排布,从而有效地完成爆破[2]。
1.2.2 装药及网络
第一排眼根据200~400 g/m3的重量装药,同时选取1段雷管即可;第二排眼则需要选取350~500 g/m3装药,同时选取5段雷管,同样是选择点雷管,使用“束状”连接法完成爆破,这种差异化的装药量和雷管类型选择确保了半硐石能顺利被爆破。
1.3 孤石的爆破
在爆破孤石时使用的是斜向下打眼法,在装药时保证300 g/m3的重量即可,这种打眼法无需太多的火药即可确保爆破成功。
2 确保爆破安全
在使用火药时,需要严格根据火工品的管理办法以及使用规范展开管理。在装药前,首要任务是清理炮眼内的杂质,避免这些杂质影响火药爆炸并使用干燥的木质棍把药缓缓地放置炮眼内,禁止对药冲撞或是捣实。其次是要严格控制爆破使用的火药用量,避免过少而造成爆破失败,也不能过多否则会由于强烈的爆破震动导致平硐破坏或是地面下陷。通常而言,每次的起爆药量不超过900 g就不会对施工造成危害,可以确保安全。在装药后,一定要使电雷管脚线不和其他东西接触,始终保持悬空,如果电雷管脚线、爆破母线和某些机械导电体接触的话,可能会导致雷管导电提前引爆,造成严重的安全事故,因此必须要禁止电雷管脚线和导电体接触。[3]
3 液压千斤顶顶管过程
3.1 液压千斤顶顶管穿越施工原理
在穿越段的左右两端安置管中心线,明晰顶管穿越的进、出口位置,在一侧挖掘一个较大的坑,确保穿越套管与顶管设备可以被安置在坑内,同时留出施工人员可操作空间。在第一次爆破施工完成以后,让操作人员进行掏渣,清理出合适的空间后,确保套管前侧的圆形空间能够超出套管外径,接着把套管安置进穿越段。等到套管被安置进穿越段后继续施工,施工工序为打眼,然后爆破,接着掏渣,这样循环往复之后,待到套管通过穿越段后停止施工。而在施工中所产生的清土、弃渣等杂质尘土需使用小滑车从洞内运出倒在远离施工场所的地方。
3.2 施工措施
1)在施工时需要确保机械设备正常使用,为了让后靠背的受力保持一致,不会因为受力不均而导致错位的现象发生,需要在液压设备和后背接触面插入厚度约3 cm的钢板与枕木。钢板是为了切实地顶着岩石面,枕木则是被安置在钢板和后靠背的接触面之间,这样能够发挥枕木的优点,不容易损坏后背接触面。
2)在砼套管不断在穿越段前进的过程中,施工人员始终进行着打眼,然后爆破,接着掏渣的施工操作,在上述三步施工工序完成后继续将顶管顶进穿越段中,然后继续上述的施工工序,如此不断循环,直到顶管通过整个穿越段后停止施工。在施工过程中表现为边爆破边顶进,可以理解为爆破—顶进顶管,再到爆破—顶进顶管的这样一个过程。
3)为了确保顶进管的外端质量,降低顶进管所受到的阻力,施工人员可以制作特殊的顶管头用于在岩石中开路。顶管头类似于一个T字,其顶端部分偏长,竖直方向较短,同时顶进管的前端位置更长,并且呈尖锐状。尖锐前头有肋板和下端相连,从而确保顶管头的前端在岩石中前进时不易折断。最后将顶管头安置在顶进管的最前端,将其固定好后继续顶进顶管。
4)在顶管施工中,需要通过专业仪器来确定其位置,确保不会出现偏差。在施工时架设测量仪器来控制顶管的中心位移线。每当顶管前进40 cm左右时,就需要观测顶管的相关数据,及时进行检测,如果发现顶管出现了位移,就需要及时纠正。
5)在顶管施工结束后,需要对轴线偏离、高程等数据展开测量,从而确定其顶管达到施工预期的要求。同时,因为不间断爆破的因素,使得主体和水泥套管间肯定会有着较小的空隙,为了固定住套管,就需要在套管的东南西北四个方位钻开四个注浆眼,通过注浆眼注入水泥从而填补空隙。最后当工程验收合格后,需要根据施工设计图对平硐进行回填,完成主管的穿越。
4 结语
在使用顶管穿越石方爆破技术时,首先需要针对不同的岩石类型采取不同的装药重量和布眼形式,以确保岩石被顺利地爆破,在此过程中也需要注意爆破安全。在进行顶管穿越时,需要边爆破岩石边顶进顶管,同时还要避免顶管的位移。最后在施工结束后需要进行验收,以确保工程质量合格。
摘要：根据不一样的工程类型,分析了顶管穿越石方爆破的相关措施。
关键词：掘金爆破,类型,方法
参考文献
[1]韩永明.浅谈公路工程施工中的石方爆破[J].科技信息(学术研究),2008(23):244-245.
[2]李俊桢,刘宏刚,白立刚.山东教育电视台旁石方爆破的安全控制[J].爆破,2006,23(2):57-59.
[3]黄泽民,付天杰.复杂环境下石方爆破施工监理的控制管理[J].铁道建筑,2003(9):66-67.
[4]安银萍.公路石方爆破施工技术[J].山西建筑,2011,37(22):168-169.
简述顶管穿越铁路施工法 篇2
本文介绍的穿越铁路的施工是在位于山西省阳泉市郊区的山地地区, 进行天然气输气管道工程中的施工作业。由于该条铁路是石家庄至太原的运输专用线, 处在山地地区, 地势较高, 地理环境较差, 施工上有一定难度, 为确保铁路专用线安全畅通运行, 我们自行设计采用顶管施工法穿越铁路, 并获得了较好的效果。
2 施工工艺的一般要求
2.1 对穿越工作统一由一名技术负责人指挥, 合理调配组织好施工作业人员。
2.2 配置齐备所用施工工装机具, 做好穿越的前期准备工作。
2.3 预制好穿越用的管线和套管, 对所用套管和主管线均做特加强级防腐。穿越管线及套管的焊口应全部经100%的X射线探伤检测合格, 其合格级别为Ⅱ级。经探伤检测合格后, 按设计压力的1.5倍进行强度试验, 对焊口及所用管线采用特加强级防腐、补口, 并按设计技术要求进行电火花检漏合格。
2.4 做好施工安全防范措施, 对施工处做出明显标识和警示, 以保证安全施工。
2.5 与铁运部门保持通信联系, 掌握控制火车通过的时间, 以便在火车通过间隙期完成穿越施工作业, 保证火车安全平稳运行。
3 施工法简介
3.1 做好顶管用工装机具, 顶管头用稍大于套管的厚壁管材做成尖状, 其形状如下图所示。
3.2 顶管用动力采用50t螺旋 (或卧式液压伸缩缸) 千斤顶。
3.3 顶管前进方向应垂直于铁路线。
3.4 挖好作业坑, 坑深为1.5m, 长为3.0m, 宽为2.0m, 作业坑的位置视套管和顶管的长度而定。
3.5 坑底及套管底部用枕木、木板垫成水平整体, 木板上方用钢管作横垫构成顶管和套管前进的导向轨道, 横向以限位桩进行限位。
3.6 千斤顶座支撑采用钢板和钢管组焊而成。考虑到盐湖地质情况, 支撑后面加装双层枕木并插入钢管加固, 以保证有足够的顶反力支持。
3.7 将50t螺旋千斤顶横卧放, 千斤底部背靠支撑架。顶管端用厚钢板作为千斤顶的接触点。
3.8 让螺旋千斤顶伸升推进顶管套, 使主管与套管随同进入穿越层。
3.9 当顶进一段后, 千斤缩回, 中间加垫铁或枕木, 反复操作直至穿越完成。
3.1 0 为减少顶管时间, 穿越处管沟挖至铁路道轨枕木外1.0m处的边坡位置, 在顶管结束后迅速回填夯实边坡。
结语
在工程建设施工中, 穿越道路的事时有发生。为降低工程施工成本, 采取高效、优质的施工方法是工程建设中的一项基本原则。通过我公司施工实践表明, 采用顶管法在特殊地理位置进行管道穿越铁路的施工法是可行有效的。在此介绍给同行们作为施工参考。
参考文献
[1]龙金明.顶管穿越铁路的施工法简介[J].管道技术与设备, 2000.
顶管穿越 篇3
1 顶管施工
简单而言, 顶管施工就是于管道沿线设置工作井和接收井, 利用油压千斤顶缓慢顶进, 并通过经纬仪测量顶管方向, 直至将管顶至接收井内。基于顶管施工技术的成熟, 已经突破各种土层 (包含水层) 的适用, 管径和管线长度趋于扩大。
1.1 顶管的技术特点
(1) 属于顶管铺管技术和环境保护施工方法, 并具有不开挖面层就能够穿越交通设施和建筑物; (2) 由于被铺设管道的上部土层未经扰动, 故管道寿命较长;同时由于无需拆迁土层之上建筑物, 故有很高的经济效益; (3) 顶管力学性能优良, 适应各种土质。
1.2 泥水加压平衡式顶管施工注意事项
泥水加压平衡式顶管工作原理为采用机械切削泥土并应用水力输送弃土, 同时利用泥水压力平衡地下水压力和土压力, 控制地表隆起和沉降。在施工中需要注意的事项为:一是注意掘进机处于停机状态时需要防止泥水流失, 以便保持挖掘面稳定。二是施工过程之中, 需要注意观察地下水压力变化和挖掘面的稳定状况, 并检查泥水浓度和相对密度及进排泥泵流量的正常度。
2 地铁穿越类型及其风险
地铁穿越区分为上部穿越和下部穿越, 两者区分点是顶管是从隧道上方还是下方穿过, 如若是上方穿过就是上部穿越, 反之如若是下方穿过就是下部穿越。上下部穿越之间的特征最大区分点是:上部穿越由于集中卸载导致隧道上浮, 下部穿越由于地层损失导致隧道下沉;不过两者都会使得隧道差异沉降, 形成小曲率半径, 进而严重影响隧道使用状况甚至结构安全。以下分别探讨上部穿越和下部穿越风险:
(1) 上部穿越风险:一是隧道隆起具有不可恢复性。下部穿越采取二次注浆措施使得下沉隧道恢复, 而上部穿越则对隆起部分毫无办法使得下沉复位。二是土质差, 稳定所需时间较长, 这是缘于施工管道埋深较浅使得土体力学性质较差所致。三是应对措施有限。在隧道上方卸载是其隆起缘由, 但由于隧道上方面层不存在加载条件或不能充分实施加载而使得隆起不能下沉复位。
(2) 下部穿越风险:一是后期整改周期长。在列车停运期间, 遵循多次、多点、均匀原则并采取二次注浆措施来减少扰动性。二是同步注浆存在注浆压力过大而使得周边土体容易劈裂, 导致地层损失难以控制。
(3) 顶管穿越风险:设计风险包括工作井施工设计和洞口加固设计风险;地质勘察风险包括地质差异和勘察不准或疏漏;施工参数风险包括推进速度、顶进正面土压力、顶进纠偏、管道拼装、出土量、注浆参数等;监测风险包括监测数据不准和监察数据传输不及时;此外还包括材料风险和机械故障风险。
3 施工风险控制要点
3.1 顶管工作井和顶管接收井
顶管工作井属于顶管施工临时设施, 可供顶进设备安放, 并对管内土方进行提升处理。而在工作坑设置和顶进形式选择时, 需要兼顾多种因素, 并按不同的顶进方向区分为单向和多向顶进、调头和对头顶进。
顶管接收井的围护结构可采用SMW工法桩进行满堂加固的高压旋喷桩和内插型钢, 这样由于顶管施工涉及面较宽, 不可避免地影响地铁结构, 因此, 严禁拔除近地铁侧型钢。
3.2 顶进速度
在顶管施工过程之中, 要保持匀速缓慢速度, 并控制在l0mm/min之内, 以保证刀盘对土体的切削, 从而减少扰动。而顶进速度的控制可以通过顶管机的液压系统增设节流阀和冷却系统, 以对千斤顶顶进油量予以控制并防止油温过高。
3.3 顶管正面压力
土仓中的压力须与开挖面的正面水土压力保持平衡, 并控制好顶管顶进速度和出土量, 如若顶进速度加快而出土率较小, 就会增大土体压力而使得地面隆起, 反之亦然。因此需要做到:顶进速度保持匀速缓慢, 顶进方向予以严格控制, 顶管纠偏力尽减少。
3.4 顶管纠偏
在顶管施工过程之中, 严格遵循顶管施工技术规范, 不随意更改施工标准。相对顶管纠偏而言, 切实做到顶管顶进l0cm就进行一次纠偏, 严格禁止单次大幅度纠偏;顶管纠偏操作要做到“勤”和“微”, 对于“勤”而言, 不仅对显示屏和指示灯等在内的仪器及其它观察点要做到持续观察, 而且集中注意力做到勤动作, 保持顶进度缓慢均速, 顶进方向按照设计标准进行, 不会出现较大偏差。对于“微”而言, 保证不会出现大幅度的纠偏和过正纠偏, 以便防止出现管接头开口造成漏水和形成S形管道。这样, 每次顶管纠偏都要采取小角度纠偏, 避免造成轴线弯曲和地面沉降。
3.5 同步注浆及置换注浆
对于同步注浆而言, 注浆压力需要大于隧道底处的土压力值, 以便保证浆体充分渗人周围土体;同时, 选择触变性能良好的膨润土制浆材料, 并尽力将膨润土泥浆套随机头向前移动, 以便形成连续的环状浆套。对于置换注浆而言, 是在顶管施工完毕后予以换浆, 换浆时间因地点差异而有所不同, 对于距离隧道15m之外的地方可以不受时间限制而随时进行换浆, 而对于隧道及其前后15m所经之处要在列车停运期间内进行;在换浆期间, 如若一旦发现隧道变化过大, 需要即时停止换浆。
4 结语
运用顶管技术穿越隧道施工, 在工程界业已普及。尽管如此, 也要对顶管施工风险点的控制予以高度重视, 不能掉以轻心, 特别是顶管工作井位置的选择、包括顶管推进速度、正面土压力等在内的顶管参数控制和管材选择及接口拼装等, 从而确保隧道结构最大程度保持稳定。
摘要：不需开挖面层就可穿越隧道的顶管施工, 在当今工程建设方面运用日益广泛。而我国随着基础设施的大力兴建, 顶管施工技术也逐渐普及和专业化, 并发展成为一种常规的施工工艺。有鉴于此, 本文针对顶管穿越隧道施工的风险控制进行分析, 旨在为日后规范制定和修改提供参考。
关键词：顶管,隧道,风险控制
参考文献
[1]吴慧佳.浅谈顶管施工在实际工程中的应用[J].山西建筑.2009 (33) :152-153.
顶管穿越 篇4
常熟第二垃圾焚烧发电厂项目位于常熟市沿江开发区长春路西侧, 长江大堤南侧。其取水工程的取水泵房布置于发电厂厂区外, 为长江主江堤 (桩号354K~355K之间) 背水侧顺堤河的南岸, 长春化工厂区围墙的北侧, 泵房北侧外边线距顺堤河南岸约2.0 m, 距长江大堤背水侧坡脚约18 m;南侧外边线距长春化工北侧围墙约20 m。取水管自取水泵房穿越长江主江堤从长江中取水。长江取退水顶管工程平面图见图1。
本工程采用两根DN1 200钢管取水, 钢管采用D1 219×14.2螺旋钢管, 引水管从0.00~202.0直管段采用顶管施工, 顶管管中标高-3.00 m, 原地面标高4.00 m。根据设计的要求, 在施工完毕后还应设置两道高压防渗墙。
2 顶管穿越长江大堤可能造成的不良影响
在穿越长江大堤顶管施工的过程中, 顶管施工的中心在地下3 m, 根据勘察的资料表明在本次顶管施工的过程中大部分都在淤泥的土质中进行。由于其中的含水量比较高, 在施工过程中容易粘附土在设备上, 这样就给施工带来很多不必要的麻烦。
一般顶管施工无法看到地下的情况, 所以在施工过程中会遇到很多的问题, 在对长江大堤进行顶管施工的过程中, 可能会对长江大堤造成的影响有以下几种:1) 在顶管施工过程中, 要穿过很长的地下土层, 由于土层的变化比较频繁, 在透水性较差的土质中进行顶管施工, 周围的土质恢复强度比较慢, 这样一来对大坝的安全就有一定的影响。2) 在顶管施工的过程中, 如果对周围的土挤动较大, 容易造成地面的凸起或下沉。3) 经过无数次的施工实践表明, 如果设置的参数稍有偏差就可能导致大堤产生裂缝, 出现渗水的情况, 从而危及到大坝的安全。4) 施工现场与大坝的高度有着很大的差距, 在顶管施工时如果控制不好就会产生较大的侧向位移, 对大坝造成破坏[3]。
因此, 在顶管施工的过程中为了确保大堤的安全, 要尽最大的可能控制大堤的沉降量。
3 顶管穿越长江大堤的施工技术措施
最后决定采用减阻泥浆、大堤注浆加固、测量控制等技术措施, 保证工程的施工质量。
3.1 减阻泥浆
使用触变泥浆是长距离顶管减少摩阻力的重要技术措施[4]。合理地使用触变泥浆, 可以保持土体稳定, 减少塌方, 起到减阻和护壁的作用。此次的顶管技术在以往的基础上又进行了改进, 使用了工具头压浆和后端补浆相结合的方法来进行顶管施工。
3.2 土体注浆加固处理
在施工过程中, 为避免对堤身产生不良后果, 要对沿线的堤基及堤身进行注浆加固。布管范围从顶管穿越大堤内坡脚开始至顶管穿出大堤外坡为止, 长度约60 m, 宽度为顶管轴线两侧各2.0 m, 共56个注浆孔, 采用2行、28列布置, 顶管穿越大堤前7 d开始对中间3排进行灌浆, 对管底及管侧土体进行注浆加固, 这样就很好的防止了土层的下降, 在顶管施工完成后再在管道周边的测控内注浆, 进一步防止沉降, 既能保证工程的顺利完工还保证了长江大堤的安全。
顶管穿越大堤时, 配制特殊的减阻泥浆, 以减少顶管对大堤的影响。
3.3 测量及轴线控制
在长江大堤底下进行顶管施工, 最怕的事情就是发生沉降, 为了防止这样的事情发生, 在管线上面每隔一段距离就设立一个观测点进行实时的监测。对顶管施工进行实时监测是保证土层沉降在最短的时间内得到有效的控制, 在进行顶管施工的过程中, 要全天有人对观测点进行监测, 就算是在施工结束后的头两个月内也要每天对观测点进行巡视。在之后的时间里巡视的时间间隔在逐渐的增加, 在巡视的过程中如发现异常情况应加密监测次数, 并上报相关部门。监测网点布置平面见图2。
3.4 顶管顶进中的注意事项
把顶进的前50 m作为试验对象, 并采集准确详细的参考数据, 把握合理的顶进参数, 并控制好轴线, 为以后顶进的顺利进行打下可靠的基础。
4 结语
1) 加强长江大堤地基加固及地表沉降量监测是行之有效的方法, 将监测数据及时反馈给施工人员, 以便根据沉降量, 调整顶进参数, 经实践证明, 该方法对大堤本体的影响较小。2) 只有充分考虑不良因素, 将技术措施做到最严密的状态, 才能保证工程的施工质量, 同时也为整个工程减少了不必要的损失, 从测量结果来看, 管底高程和轴线偏差都在顶管施工规程和设计要求之内。3) 从监测的结果来看, 沉降是施工中造成大堤内部变形的主要原因, 而顶管的施工在一定程度上影响了大堤内部结构。但从长期的观察和数据分析来看, 沉降变化率所达到的最大值为0.3 mm/d, 可见大堤的内部变形还在可控范围内且趋于平稳。另外, 汛期及台风的到来是对大堤施工质量和工艺的最有效检测, 通过监测其已达标, 因此可作为后续工程的标杆。
参考文献
[1]周丰年, 刘传杰, 张美富.顶管施工对长江大堤影响的实测研究[J].人民长江, 2007 (2) :13-17.
[2]王斌, 陈帅, 陶柏峰, 等.顶管穿越路堤实测地基变形和扰动程度分析[J].岩石力学与工程学报, 2010 (S1) :55-58.
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[4]刘乃银, 杨光发, 张照玉.顶管穿越施工技术[J].石油工程建设, 2006 (5) :79-82.
顶管穿越 篇5
厦门岛外石兜水库输水管工程III标段起点桩号AK8+040, 终点桩号AK12+588, 全长4548m, 进入集美大学校区内甲池。跨孙坂南路施工AK9+615~AK9+972段采用DNl800泥水平衡顶管施工。
地下管线情况:现况孙坂南路顺路向的地下管线较为密集, 沿东西向与本次顶管垂直相交的包括8孔电信管块、雨水管、高压电力, 部队军缆与顶管交叉。该段多数车辆通往集美北站, 车流量大, 为减少车辆动荷载对顶管土层掘进的影响, 施工时沿顶管线位在路面上加铺4m宽2cm厚钢板, 钢板间焊接牢固, 下部垫泡沫板, 确保地面受力均匀及顶管施工安全。
2 主要施工方法及技术措施
2.1 顶管施工工艺流程
测量放线-工作坑止水帷幕处理-工作坑施工-后背及井内设备安装-顶进-接口-注浆填充-浇筑检查井-回填。
工作坑。通过对现场实际情况了解, 本顶管段工作坑地下水丰富, 水位较高, 经建设、施工、设计、地勘、监理等单位开会最终决定采取如下方案:在工作坑外侧0.3m周围, 采用直径D600二重管高压旋喷桩进行止水处理, 桩与桩搭接0.3m, 桩长为工作坑长度加2m。设计的工作坑的尺寸为7.6m×5.0m的方形沉井, 满足顶管施工的需要。
2.2 泥水式顶管施工优点
由于手掘式顶管没有引入土压平衡理论, 因此对于顶进面土压很难控制。无论是何种形式的顶管, 在施工过程中要保证地面无沉降和隆起, 关键所在是要保证顶进面土压力与掘进机头保持动平衡。本工程AK9+615~AK9+972段采用泥水平衡顶管施工。
泥水式顶管施工优点为: (1) 适用的土质范围比较广, 如在地下水压力很高以及变化范围较大的条件下, 它也能适用; (2) 可有效地保持挖掘面的稳定、对所顶管子周围的土体扰动比较小。因此, 采用泥水式顶管, 特别是采用泥水平衡式顶管施工引起的地面沉降也比较小; (3) 与其他类型顶管比较, 泥水顶管施工时的总推力比较小, 尤其是在粘土层表现得更为突出。所以, 它适宜于长距离顶管; (4) 工作坑内的作业环境比较好, 作业也比较安全。由于它采用泥水管道输送弃土, 不存在吊土、搬运土方等容易发生危险的作业。它可以在大气常压下作业, 也不存在采用气压顶管带来的各种问题及危及作业人员健康等问题; (5) 由于泥水输送弃土的作业是连续不断地进行的, 所以它作业时的进度比较快。在黏土层中, 由于其渗透系数极小, 无论采用的是泥水还是清水, 在较短的时间内, 都不会产生不良状况, 这时在顶进中应考虑以土压力作为基础。在砂砾层中施工, 泥水管理尤为重要, 稍有不慎, 就可能使挖掘面失稳。由于这种土层中一般自身的黏土成分含量极少, 所以在泥水的反复循环利用中就会不断地损失一些黏土。这就需要不断地向循环用泥水中加入一些黏土, 才能保持住泥水的较高黏度和较大的相对密度。也唯有这样, 才可使挖掘面不会产生失稳现象。
3 施工注意事项及处理措施
3.1 顶管施工注意保护地下管线及地表物安全
3.1.1 对地下管线的现状保护
管前挖土是控制管节的重要作业, 是保证顶管质量及管上构筑物安全的关键。因此顶进过程应做好如下要求: (1) 时刻关注顶进方向和高程控制, 及时纠偏; (2) 及时做好探管工作, 顶进过程及时做好高程、坐标复核, 以防止破坏其他管线, 同时遵守管线管理单位的规定。
3.1.2 坍塌事故的预防处理措施
本顶管横穿孙坂南路施工范围段有电信管块、雨水管、高压电力, 部队军缆等, 若有渗漏, 使工程地质条件进一步恶化, 同时加剧了施工的难度。
采取预防处理措施: (1) 管线渗漏可破坏土体结构, 施工中采用预注浆堵水为主, 排、堵、引结合的方式进行处理, 避免使其恶化工程地质条件; (2) 在顶坑口备足应急物资, 一旦发现险情, 便于及时抢险; (3) 降水施工必须彻底。使地下水降至顶管底部以下0.8m, 避免管道内出现大量涌水而影响施工; (4) 顶坑内备足大流量水泵, 当发生突水时, 便于急救抢险; (5) 跨路段沿顶管线位走向在路面上铺设2cm厚钢板, 确保车辆正常通行。
3.2 泥水平衡顶管施工出洞控制措施
顶管出洞工作对大口径顶管施工的成败非常关键。顶管出洞措施完善, 掘进机能从工作井安全出洞, 就能保证顶管顺利进行, 否则可能会由于出洞时放线误差, 造成顶管顶进时曲线顶进, 顶力增大。也可能出现由于后座墙附加层不稳, 造成主顶油抽屉损坏, 重新做后座墙附加层, 造成费时费工的情况。因此, 顶管出洞是顶管施工的关键工序, 必须采取切实可靠的措施, 以保出洞成功。顶管出洞, 是指在工作井安放就位的掘进机和第一节管从井中破封门进人土中的阶段。作者认为, 顶管出洞关键应做好管线放线、后座墙附加层制做、导轨铺设等几方面的工作。
3.2.1 管线放线
顶管管线放线是保证顶管轴线正确的关键。放线准确就能保证顶管机按设计要求顺利进洞, 满足施工质量要求;反之, 就可能造成顶管轴线偏差, 影响工程进度和工程质量, 同时也会造成顶进时设备损坏, 使顶管停顿。从理论上讲, 工作井和接收入井的坐标和标高在沉井下沉时都已明确, 通过计算很容易确定。然而由于沉井下沉时的误差, 这样从理论上计算放出的线就不一定符合。目前, 顶管管线放线常常是根据工作井和接收井的实际位置, 按设计要求, 通过测量实际放出管线位置, 用以确定管线顶进轴线。
3.2.2 后座墙附加层制法
后座墙附加层制作是保证顶管正常顶进很关键的一项技术措施。对于后座墙附加层的做法, 根据经验建议采用: (1) 后座墙附加层工作面必须与顶管管线垂直; (2) 对有折角的管线, 应采用圆形工作井, 后座墙附加层的宽度应满足主顶油缸发射加要的标, 厚度根据工作井的直径和后靠背铁的宽度而定; (3) 后座墙附加层做法采用钢筋混凝土, 标号C20以上, 当后座墙附加层覆盖洞口时, 应在洞口处用型钢加固。
3.2.3 洞口止水
顶管工程中, 为使管子能顺利从工作井内出洞, 一般采取工作井预留洞口比管节外径略大些 (一般为100mm) 的方式, 顶进时此间隙需采取有效措施进行封闭, 否则地下水和泥砂就会从该间隙流到工作井内, 会造成洞口上部地表的塌陷, 甚至会造成事故, 殃及周围的建筑物和地下管线的安全。因此, 顶管过程中洞口止水是一个不容忽视的环节, 必须认真、仔细地做好此项工作。
目前, 采用的洞口止水方法是在沉井制作时, 预先在洞口预埋一个10mm厚钢法兰, 在钢法兰上焊接螺栓, 安装16mm厚橡胶法兰, 用10mm厚钢压板压紧。在本次完成的顶管中, 采用16mm的橡胶法兰止水, 未发现地下水和泥砂流入工作井内, 同时橡胶法兰和压板可以回收, 效果很好。
3.2.4 穿墙
(1) 防止井外泥水涌入井内的措施:在沉井下沉时首先应在洞口处砌挡土墙, 同时在井壁外侧预埋钢板桩随同沉井一起下沉, 钢板桩吊钩应捅出自然地面。
(2) 若土质较软或有流沙, 则必须在管子顶进方向距离工作井边一定范围, 对整个土体进行改良或加固, 视情况一般采用井点降水、注浆、旋喷桩、深层搅拌幕墙等措施, 以提高这部分土体的强度, 防止掘进机出洞时塌方。
(3) 顶管出洞时, 掘进机要调零。
(4) 要防止掘进机穿墙时下跌。下跌的原因:一是穿墙初期, 因入土较少, 掘进机的自重仅由两点支承, 其中一点是导轨, 另一点是人土较浅的土体。这时作用于支撑面上的应力可超允许承载力, 使掘进机下跌;二是工作井下沉时扰动洞口土体且掘进机较重。为防止掘进机下跌, 可采取将前部管子 (一般3节左右) 同掘进机用连接件连接成整体, 同时掘进机头亦可抬高一些。
4 结束语
顶管穿越 篇6
1. 工程背景
广州市西江引水工程为亚运会配套工程, 引西江水供给广州市北部各水厂, 是一项大型水利和市政项目。西江引水工程中的江村支线, 通过管道输水至广州市西部地区的江村水厂 (40万m3/d) , 从广州与佛山交界附近的鸦岗泵站开始, 线路向东沿鸦岗大道至机场高速公路, 再沿机场高速公路西侧向北接入江村二厂, 管线长约12.90km, 单管管径DN2400, 主管材为钢管。
江村支线有近4800米长的输水线路与机场高速平行, 其中有一段管道顶管穿越机场高速平沙立交段, 先后穿越A匝道、B匝道、S匝道、C匝道、D匝道和T-D匝道。
该段管道与桥桩最近1.4米, 最远25.8米。顶管采用DN2400钢管, 管材采用Q235B, 其中J6井至J7井为穿越机场高速立交顶管段, 采用DN2800套管 (顶管) , 内穿DN2400钢管。
2. 安全风险分析
2.1 勘察设计风险分析
该设计针对各种风险采取的针对性措施:
(1) 为了有效避开立交桥桩基, 经过与机场高速有关管理部门多次协商, 选择了避开所有桩基的线路;
(2) 采用了非开挖的顶管工法, 避免了大开挖对机场高速的不利影响;
(3) 在穿越机场高速平沙立交段采用双层套管, 内管DN2400钢管承受内水压, 外管DN2800钢管承受外地下水压和土压;
(4) 对管材增加了安全储备, 加强水管壁厚度, 内管壁厚为24mm, 外管壁厚为28mm, 焊缝采取了极其严格的检查措施;
(5) 设置了排气阀, 控制了水锤的发生, 降低了水管故障概率。
从设计的角度分析, 该段管道的设计已经充分考虑到管道的安全性及对桥梁的保护。
3.工程施工风险分析
对于本顶管工程, 安全风险控制的重点是围绕保证安全、防止地层失稳塌方展开的, 分析内容包括:
3.1 顶管机械的选型风险
泥水平衡式顶管选用的是一种具有破碎能力的泥水平衡的顶管机, 切削下来的泥土在泥土仓内形成塑性体, 以平衡土压力, 而在泥水仓内建立高于地下水压力10～20KPa的泥水、泥浆, 以平衡地下水压力。通过把进水添加粘土等成份的比重调整到一定范围内, 即使挖掘面是砂的土质, 也可形成一层结实的不透水泥膜, 同时平衡地下水压力和土压力。
在顶管顶进过程中采用管外壁注触变泥浆的措施从而降低顶进时的摩阻力, 施工工程中严格控制膨润土的浓度来达到最好的减阻效果, 在顶进过程中设置中继站, 将整段管道分段推进, 减少主推顶力。
根据施工现场的地质和地下水情况, 使用泥水平衡式顶管风险较低。
3.2 顶管始发、到达和开洞过程中洞门失稳风险
洞门加固是顶管始发、到达技术的一个重要组成部分, 是指顶管机进出顶管工作井部位的地层加固。洞门塌方在顶管施工事故中最为常见, 洞门加固的成功与失败直接影响到顶管能否安全始发、到达, 也对周边建筑物产生了重大的影响, 必须十分重视加固方案的研究和加固质量的控制。
顶管进出站前首先要将洞门打开, 为了保证进出站的安全, 采用了“快进慢出”的方法:
a.“快进”:出站时, 一挖完洞门, 顶管即刻顶进;
b.“慢出”:进站时, 顶管机慢行到洞门, 待打开洞门后再进井。
3.3 顶管正常段施工中地表沉降的风险
由于在平沙立交段, 顶管通过河涌和高速公路的排水系统, 如果控制不当, 可能造成地表失稳从而影响到高速公路安全。该段的施工要点为纵断面加大结构埋深和选择先进成熟的施工方法。保证顶管隧道有足够的覆土, 满足隧道施工安全和抗浮需要。
3.4 顶管施工中偏离轴线和顶偏风险
由于本工程顶进距离长, 一次顶进达到500米以上, 离桩基较近, 必须严格控制施工精度, 否则会对桥桩造成影响。
本工程的测量系统的主要设备由激光经纬仪、测量靶和监视器组成。
测量系统主要监测顶管施工过程中顶管机推进的轴线偏差。顶管机安放在工作井内的道轨上, 调整测量靶中心与管道中心线基本一致, 与管道中心线垂直。调整激光经纬仪座的高度, 使激光经纬仪激光束的高度基本与管道中心线标高一致。根据测量定位点调整激光束, 使得激光束基本与管道轴线重合。调整测量靶激光束点的大小, 根据测量靶激光斑点的位置, 调整测量靶的位置, 使激光点与靶中心点重合。如果发生偏移, 可以通过顶管头后的4组千斤顶进行纠偏。
3.5 顶管过程中对桥桩影响的风险
从理论上讲, 顶管施工对前期已建高速立交的影响主要是管线周围地层位移引起的被动桩问题。
为了更好地保护桥梁的安全, 除了做好管道顶进的各项措施和加强监测外, 还对管道横穿高架桥部分的土体进行袖阀管注浆加固。
袖阀管注浆加固工艺流程为:
机具就位——成孔——插袖阀管——填筑套壳料——注浆——清洗——二次注浆 (若有需要) 。钻孔布设按梅花形孔布置@1m, 孔径d=76mm, 孔底标高-3.3m (管底下2D) , 孔深约15m。注浆材料为普通硅酸盐水泥, 水泥浆的水灰比为0.5～1, 可在水泥浆液中加入速凝剂、早强剂、膨胀剂等不同种类的外掺剂, 予以改善浆液性能以满足工程的特定要求, 掺入量不大于3%。进行注浆加固时采用多孔间隔注浆和缩短浆液凝固时间, 防止或减少既有建筑物因注浆而产生附加沉降。
采取该项措施后, 顶管施工基本不会对桥梁桩柱发生扰动。
4. 水管运营过程中风险分析
(1) 在正常的设计施工保障下, 水管在设计有效期内, 由于输水自身原因突发性爆管概率较低, 发生内外管同时爆管概率微乎其微。
(2) 即使发生内管爆管, 外管起到保护作用, 保证有足够抢险时间和应急反应时间。
水管正常运营是不会对桥梁产生不利影响, 只有水管发生了泄露才会对周边场地产生不利影响。水管的风险程度主要取决于发生泄露的可能性, 由于在设计中已经采取了针对性的计算和措施, 在此可以对钢管可以承受的压力作一个简要的计算复核。
按材料力学原理, 对承受内压作用的钢管, 其内表面上各点的应力分别为:
式中, p为内壁压强, D为管径, δ为壁厚。
由于远大于1, 即σ3的绝对值远小于σ1和σ2, 故认为σ3=0, 及内壁各点处于平面应力状态。对承受内压作用的钢管进行计算时, 可采用第三强度理论:
, [σ]为材料的许用拉应力。
此工程中, 为Q235B管材, 取许用拉应力为230MPa, 直径2400mm, 壁厚24mm, 代入得:
即内壁可承受的压强为4.6MPa。
管道正常运行压力为0.2～0.4MPa, 由此可见钢管承受的压力远远大于水管正常运营压力, 而且管路还采取了泄压阀等安全措施, 由此可见, 在正常的施工控制过程中, 水管发生直接爆管事故的概率较低。
5. 结语
广州市西江引水工程江村支线DN2400管道穿越平沙立交段, 由于顶管距离长, 与桥梁桩柱距离比较近, 地下土质复杂, 因此在施工前从三个方面进行了风险分析和制订了足够的安全措施。
通过对勘察设计风险分析, 对工程施工风险分析和水管运营过程风险分析, 最终认为西江引水工程江村支线平沙立交段采取的一系列保护措施是安全可行的, 相关方案在施工和运行过程中切实落实后将能保证桥梁的安全正常运营。
顶管穿越 篇7
关键词：钢顶管施工,模拟试验,穿越磁悬浮,顶进控制,监测控制
1工程概况
上海青草沙陆域输水管线中的严桥支线C10标采用顶管法施工, 2根DN3600钢管道的中心间距为7.2 m,总长4.3 km。管道设计压力0.8 MPa、试验压力1.3 MPa。管道外采用熔结环氧粉末层防腐,内防腐采用水泥砂浆涂层。工程平面及剖面示意图见图1、图2。
顶管施工沿线环境复杂,其中2段顶管(J41～J40-1、J41～J40-2)要穿越合流二期DN3500污水管、沉井、磁悬浮轨道交通。磁悬浮轨道为高架简支混凝土结构,跨距为10.9～15.0 m,墩台下设有ϕ600 mmPHC管桩基础,桩长34.5～38.0 m。由于2条DN3600钢管无法在一跨内平行穿越,故管道必须分别从2跨(PO100墩台～PO101墩台、PO101墩台～PO102墩台)内穿越。穿越处管道中心标高为-13.50 m,路面标高4.5 m。管道离桩承台最近为4.5 m;离桩最小净距为3.0 m。为减小穿越后土体沉降,2条管道穿越墩台后向东41 m即进入顶管接收井。
施工中,磁悬浮必须保持正常运营,施工时不能改变磁悬浮设施现状。
2工程地质
顶管工作井控制顶力12 000 kN。穿越磁悬浮段顶管施工主要涉及④层灰色淤泥质黏土、⑤1-1层灰色黏土,进出洞处管顶覆土最浅16 m。土层物理力学性质见表1。
3施工设备选型及钢管节焊接
3.1施工设备选型
根据设计图纸及地质勘探报告,经过专家多次论证,穿越磁悬浮段选用大刀盘土压平衡顶管掘进机(三段两铰式)。主要零部件自行设计,对螺旋出土进行改进,采用泥水出土方式。顶管机切削下来的土方通过螺旋机输送到搅拌水槽,搅拌后通过输送管道采用泥水方式输送至地面沉淀箱,泥水经过沉淀后排出,清水通过回流管道输送至搅拌水槽重复利用。机头与后续钢管采用过渡段焊接[1]。
3.2钢管节的焊接
1)钢管壁厚34 mm,外径3 668 mm,单节管道长6.6 m,采用Q235B镇静钢板直缝埋弧焊制。
2)在钢顶管施工中,管节间的焊接采用小剖口形式,可以节约焊接材料,缩短焊接时间,同时为加快施工速度,也可采用半自动送丝机[2]。在实际的施焊中,对最后一道盖面需要严格控制焊缝余高,防腐前需要对焊缝突出部分进行打磨,防止划伤洞口止水橡胶压板。
3)穿越磁悬浮段钢管节焊接采用鸳鸯剖口形式,上半圆180°为外开口“V”,下部180°为内开口“V”。坡口呈20°(+0°,-2.5°)接口焊接形式,端部衬托陶瓷垫片(见图3)。为保证焊接质量,管内外各2人,采用半自动手工电弧焊接,避免了仰焊。在工厂内焊接的穿越段70 m的钢管焊缝按100%X射线进行检验,现场焊缝按100%超声波进行检验。
4顶管穿越磁悬浮轨道施工技术
4.1施工准备
1)办理相关许可、监护手续。
2)现场调查,组织技术交底。
3)培训一批高质量、高要求的钢管焊接工人;配备现场监测人员、值班人员。
4)对机械设备、临时用电、注浆系统、泥水输送系统等进行检查和维护;在现场准备应急注浆设备,并预留跟踪注浆管;现场配备发电机。
4.2模拟试验
4.2.1试验目的
为确保顶管顺利穿越磁悬浮轨道,施工中,将顶管到达前一定范围的顶进作业,作为穿越施工模拟试验顶进段。通过在该范围内的试顶进,摸索顶进施工参数和地面沉降变形规律,以保证顶管穿越磁悬浮期间,采取最合理的施工参数,将其墩台、基础的沉降控制在允许的变化范围内。
4.2.2试验段监测点布设
根据现场实际情况,在模拟试验段地面100 m内,每20 m设一横断面20个监测点(其中2排布设深层沉降点)以便获得更多的监测数据,用来分析单点地面沉降值、分析同断面的不均匀沉降因素。在磁悬浮墩台设置了直接观测点,观测位移、沉降。
4.2.3调整施工参数
将设定土压力值调整到0.12 MPa左右, 每节管节的出土量力争与理论出土量保持一致;穿越前50 m范围内,顶进速度控制在10 m/d,在20 m范围内,顶进速度控制在5 m/d。
4.3顶进施工
4.3.1顶进平面布置
1)钢管节与混凝土管节在顶进时有着不同的要求。由于长距离大口径钢管焊接成整体后,缺乏柔性,纠偏较为困难,故顶管机在出洞阶段就必须形成良好的导向。顶管井内布置的设备包括基坑导轨、后靠背、主千斤顶、主顶泵站、环形顶铁、U 形顶铁、焊接设备等。除布置主导轨(采用混凝土进行分隔固定)外,现场还增加布置小导轨,并在出洞口钢套环内布置延伸导轨。
2)为防止顶管机出洞后出现下沉和“磕头”现象,故在主顶千斤顶安装时,控制其安装轴线高度和倾斜角度,将合力作用点下降了5 cm,并灵活采用千斤顶编组个数进行控制;前2节钢管节采用4.4 m短管,出洞时将机头预抬2～3 cm;出洞阶段,当刀盘切削土体之前,通过预埋在出洞口钢套环上的注浆孔及时压注浆液,以保证机头进入土体界面时有效形成水土压力,及时形成泥浆套。
4.3.2施工参数
严格按照实际情况进行土压力控制,使刀盘处的地层有微小的隆起量,严格控制出土量、推进速度、总顶力、实际土压力与设定土压力波动的差值等施工参数。顶进速度不宜过快,以1～2 cm/min为宜,确保顶管均衡、匀速地穿越。
4.3.3触变泥浆
在顶管管节外壁与土层之间形成良好的触变泥浆套,不仅可使顶进阻力成倍的下降,而且对控制地表沉降、减少对土体的扰动有很好的效果。为了确保形成完整的泥浆套,选用优质膨润土,并针对性地掺入适当的纤维,不断优化泥浆配比。
4.3.4其他施工措施
1)采用双层橡胶板止水装置,确保不渗漏;加强焊接质量控制,确保管节接口和中继间的密封性。
2) 在机头处、每隔一定距离的管道,应安装隔膜式压力表,以检验浆液是否到达指定位置;注浆孔内设置单向阀和球阀;根据管道各部位的土质情况、注浆压力以及顶力情况,采取不同的补浆量。
3)做好机头处的压浆,使泥浆套随机头不断延伸,避免机壳产生背土现象。
4)定时弥补浆液向土层的渗透量,有助于减少管道前移时对管道上方土体的摩擦扰动。
5施工监测
5.1轴线控制
1)在长距离钢顶管施工中,为保证顶进轴线符合设计要求,一方面可以利用钢管本身的挠度、弹性变形进行纠偏;另一方面可利用钢管节处于一定厚度的泥浆套中的浮动空间进行纠偏。勤测、勤纠,保证偏差小于钢管本身的弹性变形,以免发生过大的偏差。
2)在顶进过程中,因土层性质变化、注浆效果等因素,会造成顶进阻力变化,从而使顶进轴线与设计轴线产生偏差。为此在顶管机进入穿越段前30 m时,测量频率提高到1次/m,并每顶进15 m就进行1次顶进轴线的复核,轴线偏差控制在10 mm以内。顶管机进入穿越段后,每顶进50 cm测量1次顶管机的姿态。在穿越阶段,当顶管推进到磁悬浮前方30 m处时,进行穿越段初始值监测;在未到磁悬浮时,每天监测次数定为2次;当顶管机头推进到磁悬浮后,监测频率调整为每2 h 1次;机头穿越后,恢复为2次/d。
3)为避免土体出现较大的扰动及管节间出现张角,必须随偏随纠,且纠偏量不宜过大。在穿越顶进时一旦出现上抛现象,不宜采取降低地面土压力、增大出土量、过量向下纠偏等动作;应将机头高程始终控制在负值,这样即使在机头下沉较大时,所采取的纠偏措施也和地面沉降控制相统一。
4)2台顶管机交替顶进穿越时,第2台顶管机因受第1台顶管机顶进时挤压、压浆等影响,周边土体强度变大,机头平面可能产生偏离已成管道的现象,故在顶进时应把机头平面始终控制在靠近已顶进管道方向。
5.2监测成果
1)P0100号承台沉降量东侧较西侧约大0.2 mm; P0102号承台沉降量东侧较西侧约小0.4 mm;总体来看,左右支墩的差异沉降很小(见图4)。
2)承台东西两侧沉降变化规律基本相同,均出现增长→降低→平稳的过程,最大不均匀沉降为 1 mm(见图5)。
3)根据磁悬浮公司的相关规定,轨道梁基础的差异沉降控制在约5.1 mm(按L/4 500计算,L约为23 m),而实测值远小于要求,保证了磁悬浮的安全。
6结语
青草沙陆域输水管线严桥支线C10标大口径长距离钢顶管顺利穿越沿线磁悬浮、合流二期、高压铁塔、有轨电车等重要构筑物,未出现任何安全质量事故。在穿越磁悬浮施工过程中,磁悬浮一直处于正常运营状态,证明施工对磁悬浮的运营几乎未产生影响。施工中所取得的经验可供同行参考、借鉴。
参考文献
[1]余彬泉,陈传烂.顶管施工技术[M].北京:人民交通出版社,1998.