顶管工艺（共7篇）
顶管工艺 篇1
1 工程概况
南宁市锦春路东段、汇春路东段、民族大道等路段竹排冲污水截流工程和雨水管渠工程是南宁市水环境综合整治工程的组成部分,该工程很好的利用了顶管施工技术,合同总投资为23亿日元,合同工期为24个月。
根据南宁市城市总体规划,竹排冲环境综合整治工程项目分为以下子项:
(1)竹排冲河道整治与景观工程;
(2)竹排冲污水截流工程和雨水管渠工程;
(3)道路、桥梁工程;(4)相关设备的供货与安装。
该工程子项目之一——竹排冲污水截流工程和雨水管渠工程包括以下内容:
(1)锦春路东段雨污水管工程;
(2)汇春路东段雨水管工程;
(3)怡宾路雨污水管工程;
(4)悦宾路雨污水管工程;
(5)贤宾路雨污水管工程;
(6)民族大道(滨湖路～竹排冲)污水管工程;
(7)民族大道(竹溪路～三岸收费站西)污水管工程;
(8)竹溪路(东葛路～民族大道)污水管工程;
(9)竹排冲防洪道路(茶花园路～长湖路)污水管工程;
(10)茶花园路(长罡路～竹排冲)雨污水管工程;
(11)竹溪路(柳园路～民族大道)污水管工程;
(12)青山路(滨湖路～竹排冲)污水管工程;
(13)凤岭支沟左右岸雨污水管工程。
工程施工管道线路总长45.4公里。
根据设计要求,工程采取截污治污、雨污分流的方法和敷设口径为Φ1500和Φ2000的截污管引至污水厂治理、雨污分流雨水直接排入自然河道这种方案。污染源到污水厂需经过人口稠密区或大型建筑物、构筑物及支流小河等。所以确定采用顶管施工作为南宁市竹排冲污水截流工程和雨水管渠工程的主要施工措施。采用该方法施工,不但能保证施工安全,而且集市区旧房不受任何影响,可达到预期的效果。
2 该项目使用顶管类型
(1)顶管作业形式:人工顶管。
(2)顶管管径:大口径1500mm～2000mm。
(3)顶进轨迹:直线顶管。
(4)顶进距离:短距离顶管小于100m。
(5)人工顶管。在推进管前安装一个带刃口的钢制管子(称为工具管),其具有挖土保护和纠偏功能,人在工具管内挖土、运土,随后利用安装在工作井内的千斤顶逐渐分段顶入。
特点:工作坑尺寸较小,结构要求不高,造价较低,劳动强度大,施工安全性差,易造成地面下沉,效率较低,需全面降水。
目前南宁市的顶管工艺还处在比较低的水平,基本上是采取人工顶管的方法。南宁市竹排冲污水截流工程和雨水管渠工程主要是采用人工顶管的方法,本文主要论述人工顶管的工艺及质量控制要点。
3 顶管法施工适用的地质条件
在雨污水管道直径较大(Φ800mm以上),施工现场无法采用明沟开挖埋管施工而管道沿线又无其它建筑物基础时,可考虑采用顶管法施工。采用人工顶管对于顶进面土质有较高的要求。首先,要求顶进面土体的自立性好;其次,要求顶进面的地下水压力很小,否则会导致正面土体局部塌方,方向也就很难控制。人工顶管的纠偏通常采用顶进面局部超挖的方式,如果顶进面发生流沙现象就无法局部超挖,也就很难纠偏。因此事前应对地勘资料进行细致地了解,并要求在开顶前对不利地质进行必要的处理,以免无法预见的安全质量事故的发生。南宁市竹排冲污水截流工程和雨水管渠工程在顶管施工过程中,对不利地质采取了粉喷桩及地质注浆处理,使工程顶管能顺利按合同要求完成。
4 顶管法施工的原理
顶管法施工原理是在管道的沿线按设计的方案设置工作井和接收井,工作井内设置坚固的后座,吊进油压千斤顶以及要顶进的钢管或混凝土管,接好照明、油管等管线,然后用油压千斤顶缓慢顶进,通过压浆系统使管节周围形成泥浆套,管道在泥浆套中滑行,在顶进的过程中通过经纬仪测量顶管的方向,边顶进边排土调整,直至将钢管或混凝土管顶至接收井内(见图1)。
5 顶管的施工(见图2)
5.1 工作井的设立及准备工作
(1)工作井的设立应确保施工工地沿线单位、公用道路出入口畅通。
(2)要求对管道穿越安全范围内地上与地下构筑物及原有管线采取加固或保护措施。
(3)单向顶进时宜设在下游一侧。
(4)井壁必须严格按设计方案进行施工,严格控制好施工质量。
(5)后背墙按设计或经计算应有足够的强度和刚度。
(6)后背墙的底端宜在工作井底以下不小于50cm。
(7)后背土体壁面应与后背墙贴紧,有孔隙时应采用砂石料或无砂大孔砼填塞密实;
(8)顶管工作井及后背墙的墙面应与管道轴线垂直,其施工允许偏差应符合规范要求。
在南宁市竹排冲污水截流工程和雨水管渠工程施工过程中,严格按以上几点控制工作井的设立及准备工作,这是文明施工的体现及顶管能顺利顶进的前提。
5.2 顶进设备安装
5.2.1 导轨的安装
(1)两导轨应顺直、平行、等高,其纵坡应与管道设计坡度一致。
(2)检查安装后的导轨是否牢固,不得在使用中产生位移,应经常检查校核。
5.2.2 千斤顶的安装
(1)千斤顶宜固定在支架上,并与管道中心的垂直线对称,其合力的作用点应在管道中心。
(2)当千斤顶多于一台时,宜取偶数,且其规格宜相同;当规格不同时,其行程应同步,并应将同规格的千斤顶对称布置。
5.2.3 顶铁的安装和使用
(1)安装后的顶铁轴线应与管道轴线平行、对称。
(2)更换顶铁时,应先使用长度大的顶铁;顶铁拼装后应锁定。
(3)顶铁的允许连接长度,应根据顶铁的截面尺寸确定。当采用截面为20cm×30cm顶铁时,单行顺向使用的长度不得大于1.5m;双行使用的长度不得大于2.5m,且应在中间加横向顶铁相连。
(4)顶铁与管口之间应采用缓冲材料衬垫,当顶力接近管节材料的允许抗压强度时,管端应增加U形或环形顶铁。
(5)顶进时,工作人员不得在顶铁上方及侧面停留,并应随时观察顶铁有无异常迹象。
5.3 管节的选用及安装
管节必须全面检验,发现外观有缺陷的一律禁止使用。管道吊放前上好橡胶止水圈。将管节吊放在轨道上,安放环形顶铁,缓慢推进,让接头平顺对接。如发现有破坏、翻转、出槽等现象,必须退出管节重新更换、调整橡胶圈,重新安装对接。接头对好后,继续开动液压千斤顶将管节顶进。
5.4 顶进
5.4.1 顶进前的要求
(1)全部设备经过检查并经过试运转。
(2)工具管在导轨上的中心线、坡度和高程应符合设计要求。
(3)由于施工线路需进过如民族大道等部分人口密集的新老城区,交通繁忙,地下各单位线路走向复杂。所以在开工前要先对原有地下管线进行全面地了解,避免出现管线破坏事故。
5.4.2 顶进不良情况的处理
根据地勘资料和实际情况,南宁市竹排冲污水截流工程和雨水管渠工程在顶进过程中,要穿越淤泥层和煤层,当线路穿越淤泥层和煤层时,要做好通风及相应的事故应急处理预案,以确保施工无重大伤亡事故。
(1)在稳定土层中正常顶进时,管下部135°范围内不得超挖;管顶以上超挖量不得大于1.5cm;管前超挖应根据地质情况确定。
(2)在进行茶花园路段较松软容易坍塌下沉的淤泥层地段时,管端四周的土一律不超挖,保证使土体完全包裹着管道顶进,并时刻观察淤泥层下沉情况。而在穿越青山路段的煤层时,由于煤层中可能存在有毒气体,我们在掘进过程中用鼓风机不间断送风,并在每次开工前都用鸽子进行活体试验,确认安全后才下井施工。
(3)顶进过程中管头承受的阻力不均、管壁与土壤间摩擦力不均、千斤顶作用点的微小误差等都会造成管道顶进中的偏差,因此要求在顶进过程中必须勤测、勤纠,发现偏差及时采取正确的方法纠偏才能确保顶进质量。
(4)顶进过程中,测量员经常用全站仪对顶进轴线进行测量,检查顶进轴线是否和设计轴线相吻合。在正常情况下,每顶进1节混凝土管节测量1次;在出洞、纠偏、到达终点前,还适当增加测量次数,保证了测量的精度。
5.4.3 顶进的阻力主要为正面阻力、管道周边摩阻力两部分组成
根据南宁市地质勘察资料,该项目顶进路段大部为三、四级土。为减少顶进正面阻力,利于切土,顶进的机头采用尖头处理。
随着顶管距离的增长,推力上升很快。为避免管节超过受压极限破坏,管壁外的减阻是工程顺利完成的必要措施。施工时采用管节周围注触变泥浆,将管节与土之间的干摩擦变为湿摩擦,使管外壁形态规则和表面光洁,以达到减阻的目的。触变泥浆按膨润土∶烧碱∶CMC∶水=0.3∶0.2∶0.01∶1的配比配制后静置24h后使用。施工时通过压浆泵系统从节管的注浆孔压入触变泥浆,形成约10mm厚的泥浆套,使顶管在泥浆套中滑行,减少摩阻力。根据压力表和流量表,控制压浆的压力约为自然水压的1.1～1.2倍。
5.4.4 顶进线路的控制
由于该顶管工程处于南宁市新旧城区的特殊地理位置,地质既有回填土、淤泥和煤层,也有较好的三、四类土,在顶管过程中,穿越不同土质时由于所受阻力的变化而容易造成顶进线路的偏差,虽然机头自身有一段纠偏段,纠偏最大角度范围能够达到上下1.7°,左右1.2°。但在顶进线路的控制方法上还是主要依靠设备的正确操作以及有预见性的防范措施。
为了使管道按照设计要求的高程和方向顶进,在顶进过程中我们不断对工具管的高程方向转动进行测量,“勤测勤纠”,根据测量反馈结果,及时相应调整千斤顶位置,使机头根据要求改变方向,从而实现顶进方向的控制,确保管道按设计轴线顶进。
线路的测量主要是采用经纬仪和全站仪进行方向的测量,对于扭转,则由机头的角度仪测出。
顶管穿墙时要防止工具管发生偏差。在穿墙的初期,因入土较少,工具管的自重仅由两点支承,其中一点是导轨,另一点是入土较浅的土体。土体支承面上承载力较低,使机头容易下沉。因此,机头穿墙时,在穿墙管下部要有支托,工具管的推进要迅速,缩短穿墙管内的土体暴露时间,以减少质量隐患。
管道顶出穿墙管及在长度3m～4m范围内的偏差是影响全段偏差的关键,特别是出墙洞时,由于管段长度短,机头重量大,近出洞口土质容易受扰动等因素的影响,往往会导致向下偏,此时应该综合运用机头自身纠偏和调整千斤顶的作用力合力中心来控制顶管方向。
5.4.5 泥土开挖及外运
南宁市竹排冲污水截流工程和雨水管渠工程的顶管挖土采用人工掏土形式。挖土时,为减少顶进阻力,密实土层内坑壁与管上方可有不大于1cm～2cm间隙。但管中心下部135°范围内应留2cm厚的土层,以便可以少许切土顶进。每次挖土掘进深度,可等于千斤顶的顶程,在顶进青山路段等土质较好的地段时,可适当超挖,但应控制在每次挖深在0.2m范围内。每次开挖纵深严格控制,长顶程的千斤顶全顶程必须分为若干次顶进,管内运土采用手推车运输外运。
5.5 管内动力及照明
管内动力主要用来掘进、纠偏、出土及顶进,选择380V动力电源。由于管内环境潮湿,施工照明用电则采用12V安全低压照明。
5.6 顶管注意事项
由于该项目处于南宁市内人口稠密区或大型建筑物、构筑物及支流小河等区域,为防止地面出现沉降或隆起,我们在顶管施工沿线按每10m布设沉降观测点,监测顶管顶进施工期间的地面沉降量。
开挖端面的取土过多或过少,都会造成地面的沉降或隆起。为避免这种不良影响,该工程采取了以下措施:在压浆时根据不同路段不同土质的密实度相应调整压力,平衡“泥浆套”以上土体的压力,如在开挖第8段竹溪路段时,由于井筒周边存在部分回填土,造成挖土不均匀,地耐力,不一致而导致井筒倾斜,经测量发现偏差量达20mm。经研究,我们采取了在下沉较慢的一侧多挖土、超挖土的方法,同时用千斤顶加载在下沉较慢的顶管另一侧,经过这些技术措施,有效地校正了井筒的倾斜现象。
纠偏后刃脚后面会形成一个空洞,如果刚好纠偏位置处于回填土路段,如茶花园路段时,管道继续顶进时周围的土方会坍塌进入空隙,从而造成地面局部下沉。为避免这种情况发生,在顶管顶进时,要做到及时测量,勤测勤纠,重在提前做好预防措施,避免大角度纠偏。
在南宁市竹排冲污水截流工程和雨水管渠工程的施工过程中,我们每道工序严格按以上操作规程进行操作,避免了安全及质量事故的发生,使工程能按合同的要求按质、按量、按时完成,收到了良好的效果。
摘要：本文就顶管施工工艺及质量控制在南宁市锦春路东段、汇春路东段、民族大道等路段竹排冲污水截流工程和雨水管渠工程中的实际应用作简要阐述,以供参考。
关键词：顶管,施工工艺,质量控制
参考文献
[1]孙钧,袁金荣.盾构施工扰动与地层移动及其智能神经网络预测[J].岩土工程学报,2001,(3).
[2]方从启,王承德.顶管施工中的地面沉降及其估算[J].江苏理工大学学报,1998,(4).
顶管工艺 篇2
【关键词】泥水平衡；机械顶管；施工工艺；实际；施工；应用
1、工程概况
1.1工程概况
广西壮族自治区柳州市柳东新区官塘片区污水收集系统第一合同段有污水管道11.52km，共有钢筋混凝土检查井191座，管道全部为顶管施工，其中，进厂K段共有d2000钢筋砼污水管道1748m，管道平均埋深约为11.5m，设计共有880m为机械顶管施工。
1.2地质条件
柳州市为典型的卡斯特地貌，进场K段现场地表多为耕地、农田及鱼塘。根据地质勘查报告显示，本段地质主要由杂填土、耕土、淤泥质粘土、可塑状粉质粘土、硬塑状粉质粘土、可塑状红粘土、强风化白云岩、中风化白云岩等地层组成。
2、机械顶管施工工艺
其主要工艺流程为：施工准备——工作井开挖、支护——后靠背及设备安装——泥浆池、沉淀池开挖——设备调试——初期顶进——注浆及正常顶进——出洞。
2.1施工准备
采用泥水平衡机械顶管，最重要的是施工前对现场地质情况确认，一般机械顶管机头不同于盾构机，不能对岩石地层进行顶进，遇到岩石容易损坏刀盘，刀盘损坏修理费用较高，且需要开挖接收井取出机头，费时费工。所以，在采用机械顶管施工前，要确认该段地质情况，最好进行二次钻探或加密钻探，待地质情况明确后才决定是否能够采用机械顶管。
2.2顶管工作井施工
在本工程中，采用逆作法施工鋼筋砼圆形护壁井，工作井土方开挖采用长臂挖机，第一次开挖2m，人工配合修边，然后绑扎Ф16@200*200单层钢筋网，模板采用定型钢模板，模板支护后浇筑C20混凝土，护壁厚度为35cm，待混凝土强度达到设计强度的70%后，继续往下开挖，挖土时，先挖井中心土，每次向下挖1m左右。然后就对称掏挖井壁下的土，靠近护壁附近的土采用人工开挖，以免挖机碰撞、损伤护壁，影响护壁强度。按照同样的方法施工至距离设计深度大约3m左右时，钢筋绑扎改为Ф20@200*200双层钢筋网，且将护壁的厚度改为60cm，以加强后靠背高度范围内护壁的承载力，确保工作井安全，依次施工至设计高程。
2.3后靠背施工及设备安装
工作井施工至设计高程后，即可进行封底及后靠背浇筑，工作井封底采用C15素混凝土，厚度要根据管径大小来确定，一般来说，当管径D≥1.5m时，封底混凝土厚度不小于30cm，当管径D≤1.5m时，封底混凝土厚度不小于15cm。封底混凝土达到一定强度时，开始准备浇筑工作井后靠背，后靠背采用钢筋混凝土外衬钢板的结构形式。根据设计轴线测量定位后靠背位置，后靠背钢筋采用Ф22@200*200双层钢筋网，钢筋网外面固定20mm后的钢板，钢筋绑扎完成后进行模板支护，后背墙是顶管受力最集中的地方，为能分散应力，确保受力均衡，须保证后背墙的垂直度≤0.1%H，水平扭转度≤0.1%H。模板支护校准后即可浇筑混凝土，后背砼采用C30早强混凝土，以提高早期强度，加快施工进度。井内设备安装主要包括：导轨安装、千斤顶安装、进水管路、泥浆管、激光经纬仪等。地面设备安装包括：行车、油泵、电动葫芦、配电间、控制室等。由于机械顶管设备相对较大、重量较重，一般先组装行走行车，行车组装完成后，利用行车吊装井内设备。
2.4进水池、泥浆池及沉淀池开挖
在顶管设备安装的同时，应进行进水池、泥浆池及沉淀池的开挖，泥浆池开挖深度一般在1m～1.5m，平面尺寸应根据顶段土方及泥浆量计算得出。泥浆池应开挖在距离工作井较近的位置，以减少排泥管路过长而且产生的管路摩阻力，保证泥浆的正常的抽排。泥浆池旁边开挖一个小型的沉淀池，泥水排由泥浆池排入沉淀池，经沉淀后的水可以循环利用，以节约成本。
2.5设备调试及试顶
顶管下井前应作一次安装调试，油管安装先应清洗，防止灰尘等污物进入油管，电路系统应保持干燥，机头运转调试各部分动作正常，液压系统无泄漏。调试2～3次一切都正常后，即可做试顶准备，可开始开凿洞口安装套管，开凿洞口边缘部位要注意测量洞口大小，洞口不宜太大，洞口与套管之间缝隙用水泥砂浆填塞，且应对洞口进行修整，尽量达到平整、光滑。洞口止水装置的安装，应保证除止水圈外最小直径大于进洞物最大直径的8cm，防止受到进洞物的剪切而失去止水效果，位置确定后可用水泥砂浆封堵与井壁形成的间隙，防止从间隙处漏水、漏浆。机头下井后刀盘应离开洞口1米左右，放置平稳后重测导轨标高，高程误差不超过5mm。使机头刀盘慢慢贴住前方土体，机头属于刀盘不可伸缩型，土压力表所显示的土压力为泥仓土压，显示的土压力与实际顶进的土压力存在一个压力差ΔP，此值一般取15-30T，由于进泥口是衡定的，机头的土压控制主要通过顶速来调节，每次初顶时先调节好送水压力，然后打开机内止水阀，转动刀盘，关闭机内旁道，待流量达到额定值的80%时既可开始顶进，送水压力可通过机内压力调节既可完成。
2.6测量纠偏及泥浆减阻
污水管道的轴线及高程控制非常重要，规范要求也十分严格，一般直线顶管水平轴线偏差为±50mm，高程偏差为+40mm，-50mm。因此，在管道顶进过程中一定要严格控制，勤于测量。在实际施工中，将激光经纬仪固定在后靠背基座上，根据设计高程确定基座高度，根据设计轴线确定经纬仪角度，激光经纬仪发出的激光直接落在机头挡板中央的光靶上，激光点可以直接显示在操作台的显示器上，操作人员只需通过纠偏动作，保证激光点在光靶的中心即可。为了减少顶进阻力，增大顶进长度，并防止塌方，采用在管壁与土壁的缝隙间注入触变泥浆，形成泥浆套，减少管壁与土壁之间的摩擦阻力，泥浆经过一定时间固结，产生强度，对周边土层起到护壁作用。触变泥浆主要成分是膨润土，掺入碱（碳酸钠）和水配制而成。泥浆比重一般控制在1.1～1.16g/cm3，失水量小于25cm3/30inm，PH值6.4左右，配合比为：
水：土=（4～5）：1；土：掺和剂=（20～30）：1。
拌合程序：
A.将定量的水放水搅拌罐中，并取其中一部分水熔化碱。B.在搅拌过程中，将定量的膨润土徐徐加入搅拌罐中，搅拌均匀。C.将熔化的碱水倒入搅拌罐内，搅拌均匀，放置12h后即可使用。
2.7顶管
管道顶进过程中只需一人在操作室监控水压表、油缸压力、机头压力和显示屏上的光靶即可。操作人员根据水压表调节顶进速度，不同的土质有不同的顶速，当遇到岩石或其他不稳定地质时，压力表指针会剧烈震动，此时，操作人员就会调节顶速，分析原因，同时调节油缸压力，以免损坏刀盘。当经纬仪激光点偏离靶心时，可微调机头内的千斤顶，使其回到靶心位置。
2.8出洞
在机头快要到达接收井时，须根据设计轴线定出机头出洞位置，然后凿开护壁混凝土，破开洞口，破洞时间一般为机头到达的前一天，破洞时间过早，恐因地下水造成塌方流土，不易清理。当机头接近接收井时，要减慢顶管速度，关闭进水阀门，让机头慢慢进入接收井，利用接收井井底与洞口的高差使机头与管道成功分离，然后拆除泥浆管、进水管、注浆管、电缆等管线。用吊车取出机头，调往下一顶段。
3、应注意的问题
（1）根据顶距确定管与管接口衬板厚度，以免在长距离顶管过程中造成接头的损坏，造成管材的破碎或漏浆等现象。（2）根据顶距确定注浆孔管材的比例，顶距越长，带注浆孔的管材数量就应越多。（3）顶进过程中，操作人员要时刻注意光靶的变化，严格控制管道的高程和轴线；还应注意压力表变化，遇到地质变化应提高警惕，分析各种可能发生的不良后果。
4、体会
机械顶管以其进度快、操作简单、安全性高等优点在市政管道施工中的应用越来越广泛，但在采用泥水平衡机械顶管前也应该考虑以下因素：
城市污水管道顶管施工工艺及问题 篇3
1 顶管施工的原理
顶管施工就是借助主顶油缸及管道间的中间推力, 把工具管或掘进机从工作坑内穿过土层一直推到接收坑内, 与此同时也就是把紧随工具管或掘进机后的管道埋在两坑之间。这是一种非开挖的敷设地下管道的施工方法。
2 城市污水管道顶管施工的主要工艺
2.1 顶管设备组成及安装
顶管设备主要由后背、油缸支架、主顶油缸、主顶泵站、导轨、穿墙止水、泥浆搅拌及压注系统组成。
(1) 导轨:用16号槽钢加工而成, 下部用12号槽钢做成支撑导轨, 两排导轨支架之间用8号槽钢作为水平连杆, 连接两排导轨支架; (2) 后背:是用来承受主顶油缸后坐力的构件, 并将主顶油缸传来的集中力均匀地传给井壁。后背采用钢板、工字钢和混凝土加工而成, 安装在主顶油缸的后面; (3) 油缸支架:是用来支撑并固定主顶油缸的构件, 用12号槽钢加工而成; (4) 主顶油缸:是顶进的主要设备, 是管节顶进原动力, 装载油缸支架上, 后端紧靠后背, 主顶油缸安装好后, 用输油管与主顶泵站和控制台相连; (5) 主顶泵站:是给主顶油缸供油以及主顶油缸回油的设备, 该泵站安装在工作井旁; (6) 穿墙止水:是安装在管节外壁与井壁之间的构件, 其主要作用是在顶进过程中防止工作井外的泥、水沿管壁流入井内; (7) 泥浆搅拌及压注系统:是将膨润土搅拌成泥浆并充分膨化后输送到管壁与土壤之间的设施总称, 该系统安放在主顶油缸的旁边。
2.2 顶管设备的选用
(1) 主顶站选用每台顶力400t, 最大行程1300mm两台组成, 设计总站顶力可达600t; (2) 纠偏千斤顶选用每台顶力40t, 最大行程110mm的8台, 安装在顶头后面; (3) 液压装置有液压总站、液压控制箱、管路及其他液压元件组成; (4) 减少顶进阻力所需泥浆在现场拌制, 膨润土系统有泥浆泵、拌浆池、储浆池、备用池、泥浆管、阀门等组成。
2.3 管道的顶进与接口
在设备调试完毕及一切工作准备就绪后, 开始进行管道的顶进作业, 利用吊车将管道安放在导轨上, 顶进时先将管机头顶进土内, 让土体进入管内形成土塞。当土塞达到一定长度时, 即停止管道的顶进, 而进行管内取土。管内取土采用人工挖取, 同时将土送出。管前取土原则上控制与机头前端平齐。当土塞清除结束后, 再进行管道的顶进, 当工作坑内的管道顶入115m时, 即进行下一节管道的安放, 如此循环将管道顶进。
管道接采用“T”形接口, 两相邻管节间利用“T”形钢套环进行连接, 钢套环采用16锰钢, 防锈采用环氧富锌漆二镀。采用“T”形接口可以提高管道的整体性, 减少管内底之间错口产生。在钢套环与管壁之间塞入木楔, 顶进工作完成后, 挖除木楔并填充石棉水泥, 在施工时应保证管道间接口的平顺。
2.4 顶进过程的操作与控制
(1) 顶管出洞前, 做各种设备调试工作, 出洞时每500mm测量一次, 出洞时, 顶头标高比设计标高提高10mm。 (2) 前7节管用拉杆连接, 以防管节漂移。 (3) 顶进过程中, 严格按照勤顶、少顶的原则操作。 (4) 采用F型钢套环橡胶圈防水, 楔形橡胶圈的外观和断面组织应致密、均匀、无裂缝、孔隙或凹痕等缺陷, 钢套环接口无疵点, 焊接接缝平整, 肋部与钢板平面垂直。 (5) 木垫环采用20mm厚的松木加工制作而成, 加工时要求凹凸口应对中, 环向间隙应均匀。 (6) 安装橡胶圈前涂抹黄油, 如发现有位移、扭转或露出管外, 必须拔出重插。 (7) 顶管全线结束后, 应立即用2∶1水泥浆将膨润土浆置换出来, 以确保管道外围土体有足够的支撑和较少渗水。 (8) 顶管结束后, 管节接口后内侧间隙用水泥砂浆密封, 再进行防腐。 (9) 纠偏时应在顶进过程中采用小角度逐渐纠偏。
2.5 管道的轴线、高程误差的校正
管道产正误差后, 由机头前安装的导向油缸、纠编油缸进行管道纠偏, 由于顶进时管子间已有连接, 误差是逐渐累积和逐渐校正的, 在纠正时采用趋势图辅助判断偏差趋势。在顶进过程中每500mm测量一次, 并进行数据整理然后绘制成如上曲线图, 根据曲线的斜率分析机头偏差发展趋势进行管道的纠编, 先根据偏差的实际情况逐渐调整纠偏角度, 当曲线到达峰值之后, 我们可以判断顶管子已经是开始往回走, 甚至可以判断最前部的管机头已经开始向中心靠拢。这样我们就应该把纠偏角度逐渐的减小, 然后在适当的时间把机头摆正 (前后段没有角度) , 假如机头往回的趋势过大, 则应进行反向纠偏, 直至管道的高程趋于正常范围内, 此时纠编角度也趋于零。纠偏动作一定要在顶进过程中进行, 尽量减小纠偏所产生的折角, 否则纠偏所形成的折角将导致所有经过的管口产生连接误差应力。
3 顶管施工过程的技术质量保证措施
施工中对现场坐标、水准点应做好复测工作, 并做好坐标、水准点的保护工作。要严格控制管材的质量, 对于强度及裂缝不符合要求的严禁进入施工现场。要做好第一节管道的水平测量、高程测量, 并做好测量记录, 如发现重大偏差应及时上报。要及时将管道内前方的挖土运出, 防止因堆土过多而造成管道的沉降, 并做好出土的数量记录。在千斤顶安装时, 应保证千斤顶的顶力位置和顶进抗力位置在同一轴线上, 并确保四个千斤顶用力均衡, 避免产生顶进力偶。在顶进时做好顶进设备的记录, 如发现顶力异常增大时则应停止施工, 分析原因并采取相应的措施方可进行下步的施工。在顶进过程中应随时注意地质的变化情况, 在如出现流砂现象时, 应根据现场实际采用改造顶管的机头、泥砂固结、降低土体的地下水位等不同方法确保顶管的施工。
4 顶管施工过程中应注意的问题
(1) 顶管出洞。即打开钢封门, 将工具管顶出井外, 顶管出洞是整个顶管工程的关键环节, 此时要防止工具管前方土坍塌和工具管偏离设计轴线。 (2) 纠偏。是指工具管偏离设计轴线后, 利用工具管内的纠偏机构 (纠偏油缸) 改变管端方向, 减小管线偏差的过程。 (3) 纠扭。顶进过程中常常遇到管道扭转, 这对管道出泥、电机安装等有较大的影响, 因此必须加强控制, 避免扭转角度过大。 (4) 导轨偏移。基坑导轨在顶管施工过程中产生左右或高低偏移。 (5) 洞口止水圈撕裂或外翻。 (6) 后靠背严重变形、位移或损坏。 (7) 主顶油缸偏移。 (8) 地表隆起。在任何一种顶管施工中, 若操作不当, 都会使机头前方沿滑裂面范围内的土体遭破坏使地表隆起。 (9) 地面沉降。在顶管机过后或顶管施工完成以后, 在管子中心线左右两侧的地面产生沉降, 并且随着时间的推延, 沉降槽的宽度与深度均与日俱增。
摘要：顶管施工具有场地占地面积小与开挖量小等优点, 尤其适用于市政建设的污水管道工程及综合性管道工程。本文通过工程实践, 对城市污水管道顶管施工中的技术工艺、技术质量等问题进行探讨。
关键词：污水管道,顶管,施工技术
参考文献
[1]何耀涛.市政工程中顶管施工技术要点[J].中国市政工程, 2008 (6) .
顶管工艺 篇4
1 工程概况
厦门市某市政道路工程场地位于湖里区两岸金融中心内, 现状金钟路以北, 五通安置房以南。道路起点与环岛干道相交, 终点与环岛东路相交, 全长673.301m, 道路红线宽度为40m, 为城市主干路。该道路的雨水箱涵为片区市政排水主通道, 主要排放两岸金融中心地块雨水并转输周边地块的雨水汇水, 汇水面积共245hm2, 设计雨水箱涵尺寸为4m×2m~4.8m×2m, 设计排水管道需横穿现状环岛东路和厦金湾停车场后排入海域。为避免大开挖破路施工对现状环岛东路和厦金湾停车场的交通出行和各市政管线运行的影响较大, 本工程K0+622~B0+245段 (即横穿现状环岛东路和厦金湾停车场段) 采用顶管工艺设计, 设计采用2根直径2.4m钢筋混凝土Ⅲ级管, 长296m, 管道埋深5.9~7.9m, 最长顶进段长度为139.51m。本次顶管工作井和接收井各有2座。
2 工程地质条件
采用顶管设计时, 首先应查明沿线各地段的地质、地貌、地层结构特征、各类土层的性质、空间分布、水文地质等;其次还要查明地下障碍物及邻近地段地下埋设物和管线的分布范围、埋置深度和特性。土质的种类及其物理力学性质会影响顶进方法的选择、施工的难易程度、工程投资等。
本工程各层土分布及性质: (1) 杂填土1禄b:厚度0.70~13.20m, 呈灰黄色, 稍湿, 松散, 成份主要由粘性土及少量碎、块石回填而成, 未经专门压实处理; (2) 海积细砂③:厚度0.50~1.30m, 呈灰黄色, 松散状, 局部稍密, 饱和, 成份以中细粒石英砂为主, 该层主要属中湿类型土; (3) 淤泥混砂④:厚度0.70~1.60m, 灰黑色, 饱和, 软塑状, 成份主要由粉、粘粒及石英砂组成, 含见壳等, 干强度一般, 韧性较高, 该层属过湿类型土; (4) 粉质粘土5禄a:厚度2.50~12.80m, 呈灰白、灰黄色, 可硬塑, 成分以粉、粘粒为主, 干强度较高, 韧性中等, 该层主要属干燥类型土; (5) 粗砂5禄b:厚度为1.50~9.10m, 灰白色, 稍密~中密, 成份以中粗粒石英砂为主, 该层主要属中湿类型土。
K0+622~B0+245顶管段穿越部位的土质主要为粉质粘土○5a, 局部小范围为海积细砂③、粗砂5禄b。粉质粘土5禄a的渗透性差, 管道穿越时地下水量小, 且沿线无不良土层分布, 适宜顶管设计。此外, 顶管井位置的地基土主要由杂填土1禄b、海积细砂③、淤泥混砂④和粉质粘土5禄a组成, 各土层较适宜沉井设计。沉井后井底岩性为粉质粘土5禄a, 属中等压缩性土, 力学强度较好, 且其下无软弱土层分布, 可作为沉井基础的持力层。
3 顶管间距及覆土设计
对于顶管设计来说, 合理的设计顶管间距及覆土十分重要。首先应充分考虑顶进时避免管道相互影响的水平与垂直净距和减少地面沉降和施工安全的管顶覆土层厚度。互相平行的管道水平净距应根据土层性质、管道直径和管道埋置深度等因素确定, 一般情况下宜大于l倍的管道外径;空间交叉管道的净间距, 钢筋混凝土管不宜小于1倍管道外径, 且不应小于2 m。管顶覆土层厚度在不稳定土层中宜大于管道外径的1.5倍, 并应大于1.5m。其次应考虑对现状道路下的各市政管线的影响。现状环岛东路上主要埋设有DN400给水管、6φ110通信电缆、6φ150电力电缆、DN400中水管、d1000雨水管、d800污水管、有线电视电缆等。其中给水管、通信电缆、电力电缆、中水管、有线电视电缆埋深为1.5~2.0m, 雨水管埋深约2.6 m, 污水管埋深约3.5m。
本工程顶管设计管径为2.4m, 壁厚为0.2m, 综合考虑规范与现状地下管线要求, 设计顶管间距为3.0m, 设计覆土层厚度为4.8~5.5m。
4 管材及接口选用
设计顶管管径d=2400mm, 管材采用钢筋混凝土管, 外压荷载Ⅲ级, 采用C50密实性防水混凝土, 抗渗等级P8, 其质量应满足GB/T 11836-2009《混凝土和钢筋混凝土排水管》要求, 接口采用F型钢套环接口, 承插式橡胶圈柔性接口。
5 顶力计算
顶管的顶力就是顶管过程管道受的阻力, 包括初始顶力和管壁摩擦阻力。影响顶力的主要因素是土的性质、管道弯曲水平和施工技术工艺等。顶力大小对顶管管材、千斤顶规格和工作坑后座墙结构设计等都有影响。
式中:F——总顶力 (k N) ;F1—初始顶力 (k N) ;F2—管壁摩擦力 (k N) ;α—综合系数, 取砂性土系数值2.0;Pe—土仓压力值 (k Pa) , 取150k Pa;Bc—管道外径 (m) , 取2.8m;R—综合摩擦阻力 (k Pa) , 考虑触变泥浆减租效果, 取值6k Pa;S—管道周长 (m) , S=πd=3.14×2.8=8.792m;W—每米管道的重力 (k N/m) , W=25×3.14× (2.82-2.42) /4=40.95k N/m;f—管道重力在土中的摩擦系数, 取0.2;L—顶管顶进长度 (m) , 按最长顶管段考虑L=139.51m。
计算结果如下:
初始顶力:F1=2×150×2.82×3.14/4=1846.32k N≈185t
管壁摩擦阻力:F2= (6×8.792+40.95×0.2) ×139.51=8502.02k N≈8501t
总顶力:F=185+850=1035t
6 工作井设计
本工程Y15井和Y17井为工作井, 均采用矩形截面, 设计最小净长度与最小净宽度确定如下:
工作井最小净长度:L≥L1+L2+L3+k
工作井最小净宽度:B=D1+ (2.0~2.4mm)
式中:L1—下井管节长度 (m) , 钢筋混凝土管取2.5~3.0m;L2—千斤顶长度 (m) , 一般取2.5m;L3—留在井内的管道最小长度 (m) , 一般取0.5m;k—后座和顶铁的厚度及安装富余量 (m) , 可取1.6m;D1—管道的外径 (m) ;
计算后, 工作井设计净长度取8m, 设计净宽度取11.5m。
工作井的结构必须满足井壁支护以及顶管推进后座力作用等施工要求。工作井采用沉井设计, 井身采用C40防水混凝土, 抗渗等级P8, 井身钢筋采用HPB300和HRB400;设计抗浮水位取设计地面标高下1m, 沉井下沉到位封底后抗浮稳定系数1.0, 顶板浇筑回填覆土后稳定系数1.05 (均不计侧壁摩阻力对抗浮的有利作用) 。沉井底板采用补偿收缩混凝土浇筑, 混凝土内预埋钢板, 高程与设计管道坡度一致, 导轨安装平行、等高, 与预埋钢板焊接。工作井后座应确保后座墙的水平方向和垂直方向与管轴线成90°, 以保证顶进质量优良。
7 沉降观测与控制要求
顶管过程中, 因管道与土层摩擦、顶管机进出洞、顶管工作井在顶进中发生位移等原因均会引起地层损失, 从而导致地面沉降。地层损失过大时, 将破坏管道, 对周边地下管线和建筑物产生沉降影响及安全, 因此需加强沉降观测。
(1) 水平位移:沿管道走向及沉井周边埋设测斜管, 观测沉井及顶管过程中土体侧向变形及对周边环境的影响。累计水平位移不得超过0.5%的开挖深度, 连续3d水平位移速率不得超过2mm/d。
(2) 沉降量:沉降量控制在+10~-30 mm, 沿管道走向和沉井各角点布置沉降观测点, 观测沉井 (降水) 及顶管施工时的地面沉降或隆起情况。沿重要地下管线和道路每10m布置一个沉降观测点。沉井周边累计沉降不得超过开挖深度的0.5%且不大于15mm, 连续3d沉降速率不得超过2mm/d。
(3) 观测频率:沉井下沉过程中, 每2天观测1次;钢筋混凝土管道顶进过程中, 每天观测1次;沉井结构封顶且土方回填完毕, 周边建筑物沉降稳定后, 再观测一次。
(4) 监控预警指标:①沉井、管道等结构个别出现开裂、位移突变;②最大水平位移已大于20mm, 或其水平位移速率已连续3d大于2mm/d, 道路路面水平位移大于20mm或附近地面裂缝大于10mm;③沉井底部或周边土体出现可能导致剪切破坏的迹象或其他可能影响安全的征兆 (如少量流砂、涌土、隆起、陷落等) ;④地面隆起或沉降量大于20mm。
8 结语
在市政排水工程中, 采用顶管工艺设计可以有效解决城市开挖破路难的问题, 对现状地下市政管线和交通出行影响小, 具有良好的社会效益和经济效益, 在市政排水工程设计中发挥着越来越重要的作用。
摘要：在厦门市某市政道路排水工程中, 对于穿越现状环岛东路和厦金湾停车场段采用非开挖的顶管工艺设计。详细介绍了顶管工艺设计要点, 在工程地质条件、顶管间距和覆土设计、管材及接口选用、工作井设计、顶力计算、沉降观测与控制要求等方面进行论述, 对于市政排水工程中的顶管设计具有一定的借鉴性。
关键词：顶管工艺,市政排水,设计应用,工作井,顶力
参考文献
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顶管工艺 篇5
顶管施工是一种广泛应用于穿越公路、铁路、河流、闹市区等不允许或不具备开挖施工条件下进行各种管道铺设、更换及修复的施工工艺, 由于顶管施工技术具有综合成本低、施工周期短、环境影响小、不影响交通、施工安全性好等优点, 在市政给排水、通信电缆、燃气管道、电力电缆等地下管线中广泛的应用。
泥水平衡式顶管施工工艺是顶管施工最常用的一种, 它具有顶进速度快、施工精度高、安全、快速、高效、单向顶进距离长等优点, 最突出的一项优点是适应土质范围广, 如高地下水软弱地层, 淤泥质土、粘土层、粉土层、中粗砂层都适用, 甚至有部分块石或卵石的土体也可以施工。但是, 在不同地质条件下施工, 需根据实际情况采取不同的机型及顶进参数对应施工。
2 施工工艺及机具的选取
2.1 泥水平衡顶管施工工艺的选取
由我单位实施的尚航路污水管线主管设计长度1867m, 管径d2400mm, Ⅲ级钢筋混凝土钢承口管, 埋设深度14.8~16.1m。位于道路中心线东侧20.5m处, 距征地红线9.5m。根据地勘资料显示, 自地表分别至管底依次为素填土、粉质粘土、细砂、细中砂、中粗砂, 均为一、二类土, 稳定性较差, 如采用自然放坡开槽施工, 沟槽上口宽度超过40m, 远远超出征地红线, 无法采用。根据工程的实际情况, 污水管线施工采取采用泥水平衡机械顶管施工。可连续顶进, 施工速度快, 通过管道排出土方, 安全性好, 但在含卵石较多的砂层可能会出现泥浆向外土层渗透造成无法循环而作业受阻, 对周围土体扰动较大, 可能在管顶出现空洞或者塌方。
2.2 顶管机具的选取
根据适应地质的不同泥水平衡顶进机械分为多种, 主要体现在刀盘的不同和是否有破碎功能上。主要分为如下几类:
(1) 适应于软土土质, 如MPE型。
(2) 具有破碎功能但不适用于固结性泥土的, 如TCC型。
(3) 适用于各种地质的, 如MTS的、NPD型泥水平衡顶管机。
本工程地质大部分处于含有圆砾的中粗砂层, 且可能穿越具压缩性的粉质粘土, 故选用类型 (3) 更为适应本工程。鉴于本工程需要多工作面同时顶进, 从成本方面考虑, 本工程采用了国产的NPD型泥水平衡顶管机。
2.3 泥浆的配制
根据现场管线处于含圆砾的中粗砂层的实际情况, 泥浆的配制按照表1选取相对密度1.2进行配制, 采用200#粘土与250#膨润土按照3∶1质量比加入清水搅拌配制而成。
2.4 顶力计算
推力的理论计算: (以外径Φ2880mm计算)
现场采用6台300t (3000KN) 顶镐作业, 每台顶镐控制在250t以内, 不采用中继间, 直接进行顶进作业, 采用触变泥浆减阻可以满足总顶力要求。
3 顶管作业中出现的问题
3.1 排泥管路容易堵塞
泥水平衡式顶管的出土采用全自动的泥水输送方式, 被挖掘的土通过在机舱内的搅拌和泥水形成泥浆, 然后由泥浆泵抽出, 高速排土沉井。但在顶管作业过程中, 排泥管路经常出现堵塞现象。有时在顶管机内被堵住, 有时在管道出井的弯头处。施工时常出现中断, 作业进度受到较大影响。
经过对排泥管的多次拆卸后发现, 堵塞物主要为小圆砾或者被刀盘磨切不充分的碎圆砾石卡在管道中, 致使砂砾石在管道中沉积, 越积越多, 最终完全堵塞, 尤其是在沉井上口处的弯头处堵塞尤其厉害。
3.2 顶力偏大
管道在顶进过程中顶力偏大, 在顶进超过100m后, 6台顶镐顶力无法满足作业要求。为了满足管道顶进所需顶力, 在工作井内不断增加顶镐数量, 最多时采用10台顶镐作业, 顶力达到2000t以上。并出现油泵压力过大而造成的液压油管爆裂现象。顶镐给靠背的后坐力太大, 致使30cm厚的C30钢筋混凝土靠背出现开裂。
3.3 管顶土体出现坍塌
在管道顶进过程中, 根据施工要求需要进行地表的检测, 检测数据显示, 地表部分段落出现较大下沉, 甚至有部分地段管线上方地面出现塌陷现象。
4 原因分析及解决方案
4.1 排泥管堵塞解决方案
4.1.1 堵塞原因分析
泥水平衡顶管泥浆除用来保持挖掘面稳定以外, 还要用泥浆来输送弃土, 所以, 泥水自身的比重、粘度、稳定性及脱水性等这些特性都应当与挖掘面上的土质以及泥浆输送的特性相吻合。
本工程实际施工中出现堵管, 堵管物为砂砾石, 由此可见是由泥浆的相对密度、粘稠度偏低无法携带大量砂砾排出造成的。
弯头处堵塞严重是由于弯头半径过小而造成砂砾石堆积而堵塞。
4.1.2 解决方案
首先, 加大泥浆的相对密度、粘稠度, 调整相对密度至表1中的粗砂及砂砾的高值, 即相对密度1.225, 同时在泥浆原料中加入增稠剂, 使粘稠度增加至35-40s。同时根据施工的情况调整粘稠度, 直至不堵管为止。
其次, 再将堵塞最严重的弯头更换为大半径的弯管。
4.2 顶力偏大原因及解决方案
4.2.1 原因分析
顶力偏大主要是由顶进阻力所致, 即管道外壁与周围土层的摩擦力过大引起。根据相关文献, 泥浆的粘度高, 物理稳定性好, 泥膜容易形成, 且形成的泥膜致密、滤水量小。泥膜的形成越好, 对管道的润滑作用越大, 摩擦力就越小。故引起摩擦力过大的原因分析主要有:
(1) 管道周围注入的触变泥浆流失严重, 没有充分形成泥膜。
(2) 管道周围注入的泥浆量偏小, 没能充分形成泥膜。
(3) 管道周壁不够光滑。
4.2.2 解决方案
针对分析得出的原因多措并举致力于减小管道所受摩擦力:
(1) 调节融变泥浆比重, 增加粘稠度, 触变泥浆配制仅采用膨润土加增稠剂与水搅拌而成, 相对密度取高值1.225, 粘稠度40s。
(2) 增加泥浆注入量。有研究表明, 管道顶入1节之后开始注浆, 随顶随注浆。开始压力不大于0.1Mpa, 随后逐渐加压, 控制在0.2~0.3Mpa为宜, 不超过0.4Mpa。
(3) 给管道外表面涂腊, 减小其与周围土层之间的摩擦系数, 从而降低摩擦力。
4.3 管顶土体出现坍塌原因分析及解决方案
4.3.1 原因分析
泥水平衡顶管作业中挖掘面稳定是靠泥浆压力平衡开挖面处的土水压力, 在透水性较强且富含地下水的底层, 泥浆压力必须分别平衡开挖面处的水压力和土压力才能保证开挖面的稳定。泥浆压力以类似水压的形式存在, 只要泥浆压力大于地下水压力, 水压力即可得到平衡;但土压力的平衡则比较困难, 要求必须在开挖面上形成不透水或微透水的泥膜, 将部分泥浆的压力转化为有效应力才能实现平衡。如不能达到平衡, 开挖面土体将失去稳定, 会出现开挖面土体涌入顶管机, 尤其是自稳能力非常差的中粗砂及砂砾土层。
4.3.2 解决方案
首先, 加大泥浆的相对密度、粘稠度, 调整相对密度至表1中的粗砂及砂砾的高值, 即相对密度1.225, 并在泥浆原料中加入增稠剂, 使粘稠度增加至35-40s, 同时根据施工的情况调整粘稠度。
其次, 及时调整泥浆压力, 根据管道的埋深以及地下水位的变化, 调整泥浆压力, 始终保持泥浆压力比工作面水土压力 (理论计算值) 高出20KPa, 并根据实际效果及时修正参数。
5 解决方案效果评价
通过更改方案, 在接下来的施工中得到了明显改善:
(1) 排泥管堵管问题得到解决, 很少出现堵管现象, 在为数很少的几次堵管之后通过再次修正参数便可顺利进行施工, 直至顶管施工完成。
(2) 顶进作业中顶力明显降低, 虽有时会与理论顶力出现偏差, 但均能保证偏差在20%以内, 应为地质变化或因操作不规范引起。
(3) 地表土体塌陷现象未再在顶管作业中出现, 为验证管线上方土体中是否隐藏未反映至地面的塌方空洞, 在顶管完成后对全部顶管进行了地质雷达扫描扫面结果如图1、图2
从地质雷达扫描反射图可以清晰反映出管道上方的底层密实情况, 图1中在7-11m范围内存在大量的不密实或小型空洞, 图2中管道上方地层密实无异常。由此可见, 方案调整后, 顶管作业效果良好, 未出现开挖面失稳现象。
6 结论
泥水平衡顶管施工工艺应用于含砂砾石的砂质地层时保证顶进质量的关键因素主要有:
(1) 根据实际地层调整好泥浆的参数, 促使泥膜的形成, 保证了管道上方土层的稳定, 有效降低路基塌陷的风险。
(2) 泥浆参数的合理调整也保证了弃土的顺利外运, 促进了顶管作业的正常进行。
(3) 触变泥浆等润滑膜的合理利用, 保证了顶管作业的正常进行, 既减少资源的投入又能保证施工的进度。
摘要：本文以陕西省西咸新区尚航路污水管道采用泥水平衡顶管工艺顶进施工为背景, 阐述了顶管机具的选择以及施工工艺具体实施方案的制定与修正的全过程。并通过最终的实施效果说明了泥水平衡在砂质地层中施工的重点。
关键词：砂质地层,泥水平衡顶管,破碎,泥浆,泥膜
参考文献
顶管工艺 篇6
1 城市污水管道顶管施工原理
城市污水管道顶管施工又称为非开挖施工方法,该方法是针对当前城市污水管道施工发展需要而新兴的一种不开挖或者少开挖的施工方法,它主要是借助于主顶油缸和管道间中继间的推力,将掘进机或者工具管从工作井内穿出土层并推至接收井内并吊起[1]。此外还需要将掘进机和工具管相关的管道埋设设备装设于接收井和工作井之间,以实现在不开挖的条件下进行地下管道的敷设。顶管施工方法可以穿越地面建筑、公路。河流、地下构筑物等,可应用于排水管线、通讯电缆、天然气石油管道、污水管线等各种管道的非开挖敷设。以下笔者将结合城市污水管道的实际施工情况进行详细介绍城市污水管道顶管施工工艺。
2 城市污水管道顶管施工工艺
2.1 顶管设备组成及安装
污水管道顶管设备主要由导轨、后背、油缸支架、主顶泵站、主顶油缸、穿墙止水、压注系统、泥浆搅拌等共同组成。以下针对其各组成部分安装进行叙述。(1)导轨:上部导轨采用16号槽钢加工而成,下部采用12号槽钢做成支撑导轨,采用8号导轨作为两排导轨间的水平连接杆,连接两排导轨的支架。(2)主顶油缸:主顶油缸是顶进的主要装置,是管节顶进的根本推动力,将主顶油缸安装在油缸支架上,其将其后端仅仅依靠后背,将其安装好之后,用输油管将主顶油缸、主顶泵站与控制台相连;(3)油缸支架:油缸支架主要是用来固定和支撑主顶油缸。其主要是采用12号槽钢加工而成。(4)后背:后背主要是承受主顶油缸后坐力的结构部件,将自身受到主顶油缸的作用力均匀传递给井壁。后背是由混凝土、钢板、工字钢等材料加工而成。(5)穿墙止水:穿墙止水构建主要是防止在顶进过程中工作井外部的水、泥等沿管壁流入工作井内部,因此它是安装在管节外壁和井壁之间的构件[2]。(6)主顶泵站:主顶泵站是给主顶油缸供油和回油的设备,一般安装在工作井旁边。(7)泥浆搅拌和压注系统:这两部分主要用于将搅拌成泥浆并充分膨胀化的膨胀润土,运送至管壁和土壤之间所使用的所有设备的总称。该系统构建一般安装在主顶油缸旁边。
2.2 顶管设备的选用
合理选择顶管设备有助于城市污水管道顶管的施工的顺利进行,全面保证施工质量。顶管设备的主顶站选用顶力为400t,最大行程为1300mm的两台设备组成,这样就使得设备的最大顶力可达600t。选用的纠偏千斤顶每台顶力应为40t,最大行程为110mm,共由8台同样型号的设备共同组成,并将其安装在顶头后部[3]。顶管设备中液压装置应由液压总站、管路、液压控制箱及其他液压元件共同构成。为了减少顶管顶进时所受到的阻力,一般在现场拌制顶进时使用泥浆,该膨胀土系统主要由拌浆池、泥浆泵、储浆池、阀门、备用池等构成。
2.3 管道的顶进与接口
在进行完设备的调试工作后,进行管道的顶进作业。使用吊车将管道放置在导轨上,在顶进时使用机械设备将管机头顶进土内,土体进入管内形成土塞,当土塞长度满足要求时停止顶进操作,随后进行管内取土操作。管内取土一般采用人工挖取的方式,同时将土送出。管前取土要求控制取土操作与机头前端平齐。当土塞清除工作结束后,进行管道的顶进操作,顶进深度要求115m,随后进行下一节管道的安放,依次循环进行管道的顶进操作。接口时,管道采用“T”形接口。两相邻管节直接采用“T”型钢套进行连接,钢套的材质选用的是16号锰钢。使用环氧富锌漆二镀。采用“T”型接口的可在很大程度上提高管道的整体性,减少管内底之间的错口发生概率,并在钢套环与管壁之间塞入木楔,顶进工序结束后进行挖出木楔操作,并进行填充石棉水泥操作,在施工过程中应保持管道间接口的平顺[4]。
2.4 顶进过程的操作和控制
(1)顶管出洞之前做好各种设备调试的准备工作,出洞后顶管每隔500mm,进行一次测量操作,并将顶头标高比实际设计提高10mm。(2)为了防止管节发生漂移,前7节管用拉杆连接。(3)顶进过程中按照勤顶、少顶的原则进行施工操作。(4)钢套环橡胶圈防水支撑F型。楔形橡胶圈断面组织和外观满足应满足紧密、均匀、焊接接缝凭证,无裂缝、钢套环接口无明显瑕疵,并保持肋部和钢板平面垂直。(5)采用20mm厚的松木加工制作而成的木垫环,在加工过程中保持凹凸口相对性,木垫环的间隙满足均匀性的要求。(6)在安装橡胶圈之前要求进行涂抹黄油,使得安装过程更加便利,如果安装过程中出现扭转,露于管外、位移等现象,要求拔出重新安装。(7)顶管安装全线结束后使用配比为2∶1的水泥浆置换出膨胀润土浆,以保证管道外围土体具有极少的渗水量并且具有足够的支撑。(8)顶管操作结束后,使用水泥砂浆将管节接口后内侧进行密封,以实现防腐的作用。第九、在顶进过程中采用小角度纠偏方式进行纠偏操作。
2.5 管道的轴线、高程误差的校正
在施工过程中如果管道产生误差,采用导向油缸、纠偏油缸进行管道纠偏操作。因为进行顶进操作时部分管子之间存在连接,误差的产生时逐渐积累形成的,实现误差的校正也需要逐步进行。纠偏时一般使用趋势图进行辅助判断偏差的变化趋势。由上述可知在顶进过程中每隔500mm,进行一次测量工作,根据测量的数据进行绘制趋势图。根据曲线的斜率进行分析机头偏差发展趋势以实现管道的纠偏,首先要根据偏差的实际情况调整纠偏角度,如果曲线达到峰值开始向回走则表明最前部的机头开始向中心靠拢,即应逐步减小纠偏角度,前后没有角度差时把机头摆正,如果机头往回趋势就要进行反向纠偏,直至管道高程在正常范围内,此时纠偏角度应该逐渐趋向于0。。纠偏动作必须在顶进过程中进行,尽量减小纠偏过程中产生的折角,否则将会产生连接的误差应力。
3 城市污水管道顶管施工注意事项
在进行城市污水管道顶管施工过程中应该注意以下几点:(1)地表隆起。在顶管施工过程中如果存在操作不当,极可能因顶管掘进机施工前段土体的破坏导致地表隆起。(2)地面沉降。如果施工中存在顶管土层的稳定性不足,地下水、土体松散、超挖等问题,将会在竣工后出现地面沉降的问题。(3)管道轴线纠偏。检测时如果发现工具偏离设计轴线,需要使用工具管内的纠偏油缸不断调整工具管内的纠偏角度,以实现管段方向和管线偏差的调整。(4)顶管出洞。打开钢封门之后,将工具管顶出井外,顶出时预防工具管前方土层的坍塌和工具管是否偏离设计轴线。(5)管道调整。在顶进过程中遇到管道角度的扭转,将使得管道的出泥和电机的安装更加方便,快捷。
4 结束语
污水管道顶管施工已经逐渐应用于城市污水管道工程建设之中,并且解决了传统施工方法的局限。但是相关的施工技术还不成熟,施工中存在部分问题,为了保障城市污水管道污水管道建设施工的快速发展,应不断加快相关施工工艺及质量控制措施的研究。
参考文献
[1]陆丽嫦.浅谈城市污水管道顶管施工工艺及问题[J].城市建筑,2014(02):60.
[2]梁绍荣.市政排水管道顶管工艺的设计和应用[J].科技风,2011(07):128-129.
[3]曾洁红.城市建设污水管道顶管施工技术探析[J].中国城市经济,2010(10):158-159.
顶管工艺 篇7
深圳供水网络梅林支线引水工程全长3785.521m, 引水规模为100万吨/天。其大直径倒虹吸式顶管工程是穿过北环大道的重要交叉建筑物, 进出口分别与闸门井及梅林水厂扩建的新配水井相连结, 长约220m。考虑深圳市交通枢纽的咽喉工程———北环大道必须确保交通连续而安全地运行, 以及避免与道路上已建的给水管、排水管、煤气管、电缆管等管线的干扰, 因此采用倒虹管的输水型式。管道断面型式为圆形钢管, 内径3000mm, 壁厚30mm, 钢材采用16Mn钢。顶管置于无法避开的淤泥弱层上, 此层厚度约7m左右, 管道底部约4m厚。钢管全部焊缝必须进行油渗试验, 并对钢管进行水压试验。钢管防腐分为2种防腐, 分别为管内壁采用水泥砂浆衬里厚15mm, 外壁防腐采用环氧砂浆重防腐涂料。
2 长距离倒虹吸顶管主要施工工艺
2.1 顶管机的选择和施工原理
该顶管段所处位置为横穿北环路, 土层以淤泥质和粉质粘土为主, 土质较软, 不含承压水, 渗透性较弱, 地下难免有地下障碍物, 因此选用能清除障碍的机头, 适合于挤压式工具管施工。挤压式工具管由前管、后管、纠偏千斤顶、缩窗环、临时封门以及设置于1号管上的应急闸门构成。DN3000挤压式工具管适用于淤泥质土粉砂粘土, 工具管前端呈喇叭形, 当工具管向前顶进时, 对土体产生挤压力, 增加其内聚力, 以保持开挖为土体的稳定而不至坍塌。在挤压的过程中, 软土从喇叭口向管内挤入, 由人工将土取到后管的运土小车内运走。
2.2 井内顶管设备安装
顶管设备主要包括后背、导轨、千斤顶支架、主顶油缸、主顶泵站、穿墙止水等。
本工程因工作井为长距离顶进, 故选用可周转使用的装配式后背墙。后背墙用钢焊成钢梁, 为顶管的反力提供一个垂直的受力面, 正面焊一块40mm厚钢板, 使钢梁受力更均匀, 用来承受千斤顶传来的顶进反力。后背墙安装无误后, 在后背墙与井壁间浇筑砼, 并垫一层80mm厚的木板, 以使井壁受力均匀。
导轨用型钢和P38以上钢轨制作, 钢轨焊于型钢上, 型钢用螺栓紧固于钢横梁上, 以便装拆。钢横梁置于工作井底板上, 并与底板上的预埋铁板焊接, 使整个导轨系统成为在使用中不会产生位移的、牢固的整体。
穿墙止水是安装在管节外壁与井壁之间的构件, 其主要作用是在顶进过程中防止工作井外的泥、水沿管壁流入井内。
2.3 工作井地面设备安装
主要包括起重门吊、主顶站液压系统、膨润注浆系统和弃土沉淀池。
2.4 顶进施工
2.4.1 注浆减阻
在管壁外周空隙压注膨润土泥浆, 形成一定厚度的泥浆套, 利用触变泥浆的润滑作用, 以减少顶进阻力, 注浆减阻是实现长距离顶管的重要措施之一。对顶管机头尾端的压浆, 要紧随管道顶进同步压浆。为使管道外周围形成的泥浆始终起到支承地层和减阻作用, 在后续管道的适当点位, 还必须进行跟踪补浆, 以补充在顶进中的泥浆损失量。
2.4.2 中继间应用
在长距离顶管施工中, 采用了中继间接力顶进技术, 实施分段逐次顶进。
(1) 结构
中继间的设计必须满足刚度大、安装方便和加工精确, 并在使用中具有水密性。其主体结构由以下部分组成:a.短行程千斤顶组 (总推力小于或等于主顶站总顶力, 均为单向作用小千斤顶, 行程30cm) , 其规格、性能要求一致;b.钢壳体和千斤顶紧固件、止水密封圈;c.承压法兰片;d.液压管道、电器和操纵系统。中继间的壳体应与管节外径相等, 并使壳体与管节中的滑动面之间, 具有良好的水密性和润滑性。滑动端应与特殊管节相接。
(2) 工作原理
安装在管道中间的中继间, 其千斤顶组在高压油路的作用下, 以其后面的管道为后座支承点, 将其前面管段向前推进30cm, 然后第二个中继间再推后管段向前30cm, 采用这种方法, 将管道分段顶进至终点。
中继间的使用是按编组作业进行的, 从顶管机头向后按程序依次将每段管节推移, 当某一中继间千斤顶组伸出时, 其余中继间应保持不动。当所有中继间依次完成顶伸后, 主站千斤顶才开始启动并完成其顶进作业, 如此往复顶进。
(3) 顶力估算
顶进总阻力等于顶管机头迎面阻力与管道外壁摩擦阻力之和。顶管的顶进力随顶进长度增加而不断加大。它受管道的强度和主顶千斤顶的允许总顶力的限制。因此, 采用管尾推进方法时, 必须进行顶力估算。当顶进阻力超过主顶站的最大顶力或超过管节的允许顶力时, 则需要采用中继间进行分段接力顶进。总站顶进长度按160m进行验算, 钢管设计最大顶力为8500KN, 经计算F1+F2=7258.6KN<8500KN, 总 (主顶) 站承担最大顶进距离按100m计, 需设中继间。
(4) 中继间的配置
每个Φ3000中继站由25个30t的液压千斤顶组成, 总顶力为750t, 伸缩量均为30cm, 中继间在管道上的分段安放位置, 可通过顶进阻力计算确定。第1号中继间要克服机头正面阻力和管道管壁外周侧的摩阻力, 并应有较大的安全顶力储备, 富裕系数取0.7。考虑到机头纠偏操作方便, 拟将第1号中继间布置在距机头后端约30~40m处。其余继中继间则考虑克服管壁的摩擦阻力, 主顶站承担最后一段管道的顶进。
中继间顶力计算:第1号中继间安装距离顶进长度按30m进行验算, 总顶力为6000KN (富裕系数取0.7, 4200k N) 。钢管设计最大顶力为8500KN, 淤泥质土Φ=15.50, f=5KN/m2 (采取注浆措施后) , r=16.5KN/m3, H按平均8.0m计。F1+F2=2538.7KN<4200KN
3 施工结论及建议
长距离顶管需要解决好管壁注浆润滑, 中继间顶力以及通风等问题。
3.1 注浆润滑
本工程在淤泥软土层中顶进, 一般管周摩阻力为8k N/m2, 采取注浆措施后, 可使阻力降到5k N/m2, 粉砂软土层中顶进, 一般管周摩阻力为12k N/m2, 采取注浆措施后, 可使阻力降到8k N/m2, 使顶力下降, 有利于减少中继站的数量, 也有利于纠偏控制, 提高顶进效率。膨润土注浆效果的好坏与膨润土质量、注浆压力、注浆口在管道上的分布以及注浆操作程序有关。
3.2 中继间的使用
每个Φ3000中继间由25个30t的液压千斤顶组成, 总顶力为750t, 伸缩量均为30cm, 供油方式为独立式, 即在每个中继站安装一台油泵。中继站开合操作水平影响到顶进速度, 每台油泵的控制人员之间用专用电话联系, 做到各中继站之间动作连贯协调。
3.3 通风措施
在长距离顶管中, 通风不容忽视。长时间顶管将消耗大量氧气, 机头部位远离井区, 空气难以流通不利工人健康。因此在管道内需安装送风管, 由井上鼓风机将井外空气送到机头部位。
参考文献
[1]余彬泉, 陈传灿.顶管施工技术[M].北京:人民交通出版社, 2004.