长距离顶管（精选8篇）
长距离顶管 篇1
1 工程概况
伴随着城市建设的不断发展, 城市地下管道的施工也在有条不紊的展开。在这些工程中, 非开挖、顶管施工尤为普遍。而对于特殊的地质条件, 在给非开挖、顶管施工带来便利的同时, 也给工程的施工带来一定的风险。为保护地面上建 (构) 筑物和地下管线的安全, 对顶管施工, 尤其是对顶管施工的测量工作提出了更高的要求。
所述工程为某污水治理总管工程, 主要是雨污水管收集总管工程, 污水管道主要为φ1650mm和φ1350mm钢筋“F”型混凝土管, 顶管全长5.2km, 共分14段。本长距离顶管曲线测量技术是笔者在多次顶管测量实践后归纳总结的, 现以顶管穿越河浜段 (518m) 为例。
KZW3-1-GYW4-1顶管 (φ1650mm) 穿越俞泾浦河浜, 顶程518m, 共分5段。三段直线, 两段曲线, 曲率半径分别为500m和800m, 河浜东侧有φ400mm的树根桩, 桩长14m, 管内底标高为-4.50~-4.80m, 落差0.30m。管内底埋深8.8~9.6m, 覆土深度为6.985~7.785m, 其中过俞泾浦覆土深度为3.08m左右, 顶管第一段曲线正好从驳岸树根桩中穿过, 施工难度较大 (图1) 。
2 AutoCAD与轴线设计应用
轴线测量就是将设计顶管轴线放样至实地位置 (平面位置) , 即轴线放样。根据轴线坐标在地面上对顶管轴线进行放样, 每隔15m左右在地面上放样, 特别是ZY点、QZ点、YZ点的放样, 并根据放样点对顶管轴线周围的地下管线、建 (构) 筑物进行测量, 防止顶管施工过程中遇到不明障碍物而重新对轴线进行调整。该工作在曲线顶管施工中非常重要, 它关系到顶管预留洞口正确位置的确定, 同时也为之后要进行的曲线顶管测量工作奠定良好的基础。
2.1 导轨轴线
轴线测量利用AutoCAD软件 (内业) 和全站仪 (外业) 进行。首先, 将顶管的第一轴线点坐标和工作井中心坐标载入AutoCAD软件中, 然后以工作井中心为中心作一模拟圆 (半径须略大于工作井半径) , 再将轴线延长, 与模拟圆相交于一点。其次, 利用全站仪将这些交点坐标放样出来, 即为顶管的导轨轴线 (图2) 。
将点放样出来后, 利用铅垂原理将轴线中心引致设计标高即可。
2.2 顶管轴线
根据设计单位所提供的顶管轴线相关参数, 建立绝对坐标系, 在AutoCAD软件上进行绘图, 并将每节管节绘在上面, 这样, 每节管节的坐标 (三维) 以及实测偏差就能在图纸上形象的反映出来。
在顶管施工中, 根据实测的每节管节坐标 (三维) 与设计轴线每节管节坐标 (三维) 进行比较, 得出轴线偏差, 并及时报告作业队长, 及时纠偏, 保证顶管施工的精度。
3 Excel与轴线设计的应用
为了确保顶管轴线按设计轴线施工, 保证顶管的施工精度和顶管顺利进洞, 采用Excel的数据处理对AutoCAD中处理的顶管轴线进行检查、复核, 如果两者的数据一致, 说明这两种顶管轴线的计算处理方式具有合理性和可比性, 能更好地确保顶管施工的精确性。
首先, 在Excel软件里, 首先建立相对坐标系统, 以实测的顶管工作井预留洞口中心的坐标为原点, 以工作井和接收井预留洞口的坐标为X轴, 与X轴垂直的轴为Y轴, 建立一个独立的相对坐标系统。
其次, 利用Excel强大的计算功能, 进行坐标转换, 根据实测的坐标输入编制好的程序里, 这样绝对坐标系的坐标就转换成相对坐标系, 在相对坐标系统里能反映出该点的位移偏差 (图3) 。
高程测量:高程偏差根据设计的坡度, 能计算出每节管节标高, 在顶管施工中, 高程测量采用水准测量误差较大并且较困难 (对长距离曲线顶管) , 因为在长距离顶管中, 空气的温度、湿度、风向对水准测量影响较大以及顶管内各种管线、出土 (泥浆) 等因素影响, 水准测量较慢, 根据笔者的实际测量, 采用三角测量速度快, 误差也不大, 完全满足测量精度要求。
4 曲线顶管测量要素计算
在顶管施工之前, 必须严格测定工作井和接收井预留洞口中心坐标及高程。由于工作井和接收井建成后不可能完全符合设计位置 (平面和高度) , 必然存在误差, 因此, 顶管施工测量必须以实地二井 (工作井和接收井) 洞口中心为基准。
4.1 测站的确定
由于该段曲线顶管长度为518m, 因而全站仪在工作坑内无法通视, 必须在管内设测站。
当0.8m
式中D———管子半径;R———曲线半径;L———最大一次测量距离。
把上式整理得:L=
如果2.0m
对KZW3-1-GYW4-1曲线顶管, D=1650mm。通过公式计算得:
1) 当R=500m时, L=53.83m, 因此在这段曲线顶管 (168.6505m) 中, 设4个测站。
2) 当R=800m时, L=68.10m, 因此在这段曲线顶管 (66.981m) 中, 设1个测站。
4.2 偏角及坐标的计算
在曲线顶管施工中, 有两个基本数据是设计图纸中必须标明的:这就是半径R、曲线长度CL或者是弦长, 其余的则可以通过计算得知。以图4为例, 已知R=500m, 弦长CL=168.65m, 计算出其他各部尺寸:
1) 中心角等于交角α=180CL/πR=19°19?33";
2) 弦长;
3) 切线长度TL=Rtanα/2=85.1340m;
4) 外割线长度SL=R (secα/2-L) =4.968m;
5) 中点纵距M=R (1-cosα/2) =7.11m;
6) 管中心角———δ0=180°L/πR, 式中的L为管节长度, 如果管节长度为2m, 则δ0=0°13°45.48";
7) 偏角———δ=δ0/2=0°6'52.74"。
在实际顶管过程中, 为了计算的方便, 尽量减少失误, 我们采用数学坐标系, 而不是测量的直角坐标系。而且将始曲点的坐标假定为 (0, 0) 。
图5所示的为已顶了两节管子的情况。此时, 第一节管子的前端处于A2处, 尾端在A1处。而第二节管子的前端处于A1处, 尾端处A处。第n节管子, 则其处于An-1处。由此, 可做出与图5相似的图, 上面可以标出δ1, δ2、δ3, …, δn, A1, A2, A3, …, An, Y1, Y2, Y3, …, Yn, X1, X2, X3, …, Xn。
由于每节管子的长度相等, 所以AA1=AA2=AA3=…=An-1An。
由此, 可以推断出:δ1=1/2δ2=1/3δ3=…=1/nδn
也即:δn=nδ1。
如果设AA1的弦长为C1, AA2的弦长为C2,
AAn的弦长为Cn, 则各段弦长分别可由下
式求出:
利用δ与C, 可分别计算出A1, A2, A3, …, An各点的坐标;
具体计算如表1、表2所示。
4.3 顶管轴线测量
在每一段顶管施工之前, 必须严密测定工作井和接收井预留洞口中心坐标 (x, y, Z) , 由于工作井和接收井建成后不可能完全符合设计位置 (平面和高程) , 必然存在误差, 因此顶管施工测量必须以实地二井洞口中心为基准, 这样, 对原设计的线型必须进行调整, 调整应以原设计线型位置变化最小为原则, 一般改动曲线的起、终点即可。例如, 对于两端为直线的单一曲线可以按如下步骤进行调整
1) 以实测的二井洞口坐标和设计的曲线转向点 (JD) 坐标反算二端直线的方位角。
2) 以算得的二直线方位角求新的曲线角α。
3) 以原设计的曲线半径R和新求的曲线转向角α重新计算曲线元素, 重新确定曲线起、终点 (ZY、YZ) 里程。
4) 以调整后的曲线起、终点里程重新计算新的曲线起、终点坐标。新计算的曲线元素及起、终点坐标作为顶管施工的设计变更, 提交设计单位和监理单位认可后作为施工的依据。
5) 控制机头顶进方向的地下导线测量起始方向为井下固定的导线点, 因此测定井下导线点的位置和方向至关重要。由于本标段为长距离顶管, 而井下固定的导线边又很短, 为保证定向测量的精度, 故采取以下措施: (1) 井下仪器墩及井壁上的后视方向点安装牢固, 不允许有任何的松动; (2) 定向测量的角度使用托普康全站仪, 测量4个测回取平均, 以提高照准精度。
6) 在顶管施工时, 管内的温度、湿度较大, 顶管对中整平比较慢且质量较差, 而同一型号全站仪和棱镜的基座是可以通用的, 因此, 在施工测量时, 当仪器对中整平后, 转站时只需要把全站仪和棱镜上部取出来, 直接放在基座上, 而不需要第二次进行对中整平, 这样不仅测量速度可以大大提高, 而且也能确保测量精度。
7) 由于机头在顶管过程中旋转, 同时无法在机头中心安装测量棱镜, 只能偏心安置, 为了求得机头中心的坐标, 测量时在机头偏心安装2只棱镜, 通过空中三角, 进行解析归心计算, 以求得机头中心的准确位置 (即机头姿态) 。
8) 通过测量得到机头中心坐标后, 利用AutoCAD软件与设计轴线进行比较可以很快捷、直观地求出机头方向偏差, 而不会出现复杂的人工计算, 既快捷又准确。
9) 地下导线测量的误差对顶管贯通的影响可由下式得出:
式中[s]———导线全长, 对于本标段, [s]最长为518m;
mβ———取±2", 为角度测量误差;
n———导线边数, 对于本标段n=4, 则:m3=±0.6cm。
10) 采用本测量方案, 由测量引起的顶管贯通测量误差, 包括地面控制测量, 工作井定向测量和管道地下导线测量, 则
m=±姨m12+m22+m32±姨12+0.82+0.62=±1.414cm。
此为中误差, 取极限误差 (最大误差) 为3倍中误差, 则贯通测量极限为±4.24cm。
5 顶管纠偏技术
在顶管施工过程中, 由于管节在不断的顶进, 顶管轴线也在变化中, 与设计轴线必然发生偏差, 因此要采取纠偏措施, 减小顶进轴线和设计轴线间的偏差值, 使之尽量趋于一致。顶进轴线发生偏差时, 通过调节纠偏千斤顶的伸缩量, 使偏差值逐渐减少并回至设计轴线位置。
对顶管纠偏时应考虑管节的长度和木衬垫的厚度, 在顶管施工前就需要计算出顶管的张角, 根据设计的曲率半径计算出管节的最长尺寸, 对顶管的纠偏起到十分重要的作用。
在顶管施工过程中, 测量工作是顶管顶进的“眼睛”, 它指导着顶管的顶进方向和趋势, 应贯彻“勤测、勤纠、缓纠”的原则, 不能剧烈纠偏, 以免对管节和顶进施工造成不利影响。顶进时应及时进行测量工作, 随时掌握工具管的姿态, 从而指导纠偏, 确保顶管施工的精度。
6 结语
本段顶管进洞轴线误差3.5cm, 高程误差2cm, 满足顶管施工要求, 取得了良好的经济效益和社会效益, 也对长距离曲线顶管的测量总结了一些经验, 但由于施工现场不确定因素较多, 长距离曲线顶管测量还需要进一步完善和总结:
1) 顶管内的温度、湿度、通风对顶管测量误差的分析及修正数;
2) 地面控制点与顶管内控制点的误差和中误差的计算;
3) 测量基座的归心改正。
摘要：本文结合工作实践, 总结了全站仪和编程计算器在曲线顶管测量外业中的应用以及AutoCAD和Excel软件在内业处理中的应用, 并结合实例作了简略的阐述, 并对目前工程测量作业提出了一些看法, 对类似的工程有一定的参考作用。
关键词：曲线顶管,自动计算机辅助设计软件,电子表格软件,纠偏
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, 1998.
[2]刘鸿鸣, 徐玉夏, 陈永飞.大口径混凝土管曲线顶管施工技术[J].上海:建筑施工, 2006.
长距离顶管 篇2
随着我国经济的快速发展和城市化脚步的加快，我国施工技术人员越来越关注市政给排水施工中的长距离顶管技术。本文就市政给排水施工意义作为全文的出发点，从顶管施工、非开挖顶管施工、通风系统等方面探讨了市政给排水施工中长距离顶管施工技术，以期为提高长距离顶管施工技术管理技术在市政给排水工程中的有效利用。
伴随着我国国民经济的飞跃发展和经济全球化、信息化时代的到来，人民的生活水平得到不断提高，市政给排水工程施工技术的高低直接影响着我国城市化脚步进程和人民居住环境质量的好坏。因此，国家要加大对市政给排水工程的生产设备投入和费用资金投入力度，从而达到提升市政给排水工程系统施工的效率和质量的目的，推动我国城市化进程。
一、市政给排水施工意义
作为我国市政给排水工程管理系统中的重要组成部分之一的长距离顶管施工技术，在对促进我国城市化进程和提升人民的生活环境质量方面具有积极的推动作用。
一方面，市政给排水工程施工质量的好坏直接决定着我国城市防洪排泄功能的强弱。我国是一个容易发生泥石流和洪水的大国，对各个城市的防洪排泄基础设施建设方面要求比较严格。
另一方面，市政排水工程在现阶段的施工过程中还存在一些问题，比如国家还没建立健全完善的市政给排水施工管理制度，在实际的现场施工过程中会出现现场秩序混乱、给排水施工人员管理理念缺失等情况。因此，提升市政给排水施工质量是我国工程企业和政府探讨的主要目标和方向，从而为促进我国工程管理向可持续方向发展提供制度保障和理念支撑。
二、市政给排水施工中长距离顶管施工技术
（一）顶管施工技术
顶管施工技术在市政给排水系统中扮演着重要的角色，顶进钢套管和无钢套管是组成顶管施工技术的两大材料。顶管施工技术在市政给排水工程中能都得到有效合理利用，主要是依托于顶管的公共管道在工程中得以正常运转和应用。因此，施工技术人员最好在给排水过程的基地设置两个主要的顶管基坑井，然后在基坑井中设置钢管并对顶进钢管套上套，钢管套在基坑井中主要起一个保护作用，避免出现基坑井受天气或者人为因素被破坏的现象。另外，在基坑井中放置钢管的目的是为了防止施工技术人员在市政给排水工程施工过程中出现千斤顶承受过重的压力从而将机械向顶部移动的情况。同时，施工技术人员应该在基坑井的周围安置两个留置出口（工作口），不仅方便对工程的现场施工和管理，还可以保证排水基地的地表层得到充足的水源。加强与基坑井之间的相互联系，使地表水源从留置出口成功输入到排水基地中，进而形成一套完整的基坑井排水和顶管施工系统。
（二）非开挖顶管施工技术
目前，我国的市政排水工程中的非开挖顶管技术还不够成熟，在实际的工程运营中还存在许多问题。但是随着信息化时代的到来，国家与国家之间的联系不断加强，一种采用“灰浆喷射衬层法”研发的“非开挖顶管施工技术”在我国得到应用。虽然有了研究方法，但是毕竟由于在我国市政给排水工程中应用的时间较短，还没有形成一套完整的非开挖顶管施工系统，施工相关技术研究人员还没有更加深入地去研究非开挖顶管施工技术。因此，当下市政给排水工程企业的主要任务就是开发研究独立的非开挖顶管技术。非开挖顶管技术在市政给排水工程中是作为一种独立的施工程序而存在，在给排水工程中的地表建设方面具有直接的关系。其主要原因是非开挖技术主要作用是对给排水工程的地表开挖工作沟，与字面意思的理解完全相反，一般通过字面理解为“不开挖”或者“不挖沟”。以前我国的施工技术人员对市政给排水工程进行开挖施工时，主要是利用《地质工程学》地质开挖技术方法对非开挖地段进行开挖，并且在对地表开挖的过程中记录已经超越地表范围的开挖次数，得出数据。但是利用地质工程学中的开挖技术方法会存在地质建设数据偏差现象，导致市政给排水工程的地质基础建设受到严重的影响。因此，施工技术人员要充分发挥主观能动性，正确树立对非开挖技术的认知意识，制定合理合法的施工技术方案，设计非开挖顶管的管道，为管道铺设质量打下良好的基石。
（三）水平螺旋钻进技术
在市政给排水工程中最为常见的技术之一的水平螺旋钻进技术，在我国的市政给排水工程中应用比较广泛。水平螺旋钻进技术的原理是利用螺旋钻杆的推动作用力效应从而将排水基坑井的钢管传送至顶管的留置出口，避免出现基坑井周围环境遭到破坏的现象。水平螺旋钻进技术在市政给排水工程中的主要作用是降低基坑地表受到外部因素的干扰，防止基坑地表层被破坏。水平螺旋钻进技术相较于顶管施工技术和非开挖顶管施工技术而言，施工方法比较简单易懂，主要是在顶管基坑井的钢管中对钢筋混泥土进行排水处理。但是这种技术的劣势是施工技术人员在实际工作中不易掌握排水方向，严重影响给排水工程的进程和质量。
（四）通风系统
通风系统主要是针对施工技术人员在市政给排水过程中出现氧气不足的情况下而设置。在排水工程施工现场相关人员应该明确通风问题，以免出现现场工作人员在带有有害涂料的基坑井中中毒的情况。顶管的基坑井中安置有管道，管道有涂料，一旦空气没有办法流通至管道，就会严重影响工作人员的身体健康。
因此，就通风系统而言，鼓风系统、鼓风抽风组合系统、抽风系统是组成排水工程通风系统的三种主要形式。鼓风系统、抽风系统和鼓风抽风组合系统相比较，其通风出口气流的有效射程较长。其不仅方便管道的有害气体得以散发，吸收管道的有害气体，为管道施工的工作人员提供了安全保障，还可以提升排水工程的整体了质量，是市政给排水工程中的主要通风系统。但是，鼓风系统的通风距离相较于其他通风系统而言，距离不够长，不能够满足整个基坑井管道的工作坑。因此，施工技术人员要在进坑井管道内部设置多个鼓风系统，从而使基坑井内部的浑浊空气得以排除。
结束语
长距离顶管施工技术体系在我国的市政给排水工程中还不够完善，需要施工技术人员加强对长距离顶管施工技术的研究，提高我国给排水工程的整体质量，从而推动我国城市化发展。
长距离大直径顶管施工纠偏技术 篇3
关键词：管道工程,顶管技术,纠偏
1 概述
液压千斤顶顶管法施工技术在西气东输二线工程中大量使用, 顶管长度为20-64m, 但顶管和长距离顶管都面临着一个难题, 即顶管在顶进过程中的纠偏和纠扭问题, 该问题是决定顶管方案成败的关键所在。本文以西气东输二线工程第9B标段连霍高速顶管工程为例, 介绍长距离大直径顶管施工中的纠偏纠扭技术。该顶管设计直径1800mm, 为钢承口混凝土套管。施工中采用设置2个千斤顶同时顶进方法施工, 一次单向顶进距离64m, 成功解决了顶进过程中的纠偏问题, 最终使掘进方向和高程偏差控制在40mm以内, 地面沉降控制在8 mm内。
2 推力计算和千斤顶选择
2.1 推力的理论计算:
F=F1十F2 (其中F-总推力 Fl-迎面阻力 F2-顶进阻力)
F1=π/4×D2×P (D-管外径2.16m P-控制土压力)
P=Ko×γ×Ho
式中Ko-静止土压力系数, 一般取0.55
Ho-地面至掘进管中心的厚度, 取最大值6m
γ-土的湿重量, 取1.9t/m3
P=0.55×1.9×6=6.27t/m2
F1=3.14/4×2.162×6.27=22.96t
F2=πD×f×L
式中f一管外表面平均 (根据顶进距离平均沙砾土) 综合摩阻力, 取0.8t/m2
D-管外径2.16m
L-顶距
F2=3.14×2.16×0.8×64=347.26t
总推力F=F1十F2=22.96+347.26=370.21t
2.2 千斤顶选择
根据纠偏的要求, 套管静止纠偏增加50%~90%的力量, 所以千斤顶的推力需要大于2倍总推力才能满足施工要求。现场采用800t油压顶管机, 能够满足该顶管推力要求。
3 纠偏技术
3.1 纠偏原理
顶管施工工艺一般分为顶进设备安装和顶进施工两大部分, 采用掘进机挖土施工。其顶管施工工艺流程为:安装导轨一设置承压壁一安装主顶设备 (千斤顶组合) ——安装顶管掘进机——掘进机挖土——顶进——出土——运土——测量——纠偏——收尾。从工艺流程看, 管道在顶进过程中偏离设计轴线时应及时纠偏。管道偏离轴线的直接原因是第一节套管偏离设计轴线所致。第一节套管是顶管法施工的关键, 在掘进过程中, 第一节套管在工作面围岩的压力和后续顶进设备的推力作用下很容易发生偏移, 如果不及时对工具管进行纠偏处理, 掘进形成的偏差将全部保留在第一节套管上, 因此, 顶管施工过程中的纠偏实上是第一节套管的纠偏。
3.2 基本纠偏过程
3.2.1 测量
在顶第一节套管时, 以及在校正偏差过程中, 测量间隔不应超过300mm, 保证管道入土的位置正确;套管进入土后的正常顶进, 测量间隔不宜超过1000mm。
中心测量:顶进长度在600mm范围内, 可采用垂球拉线的方法进行测量。要求两垂球的间距尽可能的拉大, 用水平尺测量头一节管前端的中心偏差。一次顶进超过600mm采用经纬仪或激光]导向仪测量。
高程测量:用水准仪及特制高程尺, 根据工作坑内设置的水准点, 标高 (设两个) , 测头一节管前端管内底高程, 以掌握头一节管子的走向趁势。测量后应与工作坑内另一水准点闭合。
激光测量:用激光经纬仪安装在工作坑内, 并按照管线设计的坡度和方向调整好, 同时在管内装上标示牌, 当顶进的管道与设计位置一致时, 激光点即射到标示牌中心, 说明顶进质量无偏差, 否则应根据偏差量进行校正。
全段顶进完后, 应在每个管节接口处测量其中心位置和高程, 有错口时, 应测出错口的高差。
3.2.2 纠偏方法
顶管误差校正是逐步进行的, 形成误差后不可立即将已顶好的管子校正到位, 应缓缓进行, 使管子逐渐得位, 不能猛纠硬调, 以防产生相反的结果。常用的方法有以下3种:
超挖纠偏方法:偏差为10~20mm时, 可采用此方法, 即在管子偏向的反侧适当超挖, 而在偏向侧不超挖甚至留坎, 形成阻力, 使管子在顶进中向阻力小的超挖侧偏向, 逐渐回到设计位置。
顶木纠偏方法:偏差大于20mm时, 在超挖纠偏不起作用的情况下可用此方法。用圆木或方木的一端在管子偏向的另一侧内管壁上, 另一端斜撑在垫有钢板或木板的管前土壤上, 支顶牢固后, 即可顶进, 在顶进中配合超挖纠偏法, 边顶边支, 利用顶进时斜支撑分力产生的阻力, 使顶用管向阻力小的一侧校正。
千斤顶纠偏方法:方法基本与顶木纠偏法, 只是在顶木上用小千斤顶强行将管慢慢移位校正。
4 纠偏经验总结
4.1 勤顶勤测勤纠
在顶管顶进过程中要经常对顶进轴线进行量测, 并与设计轴线相比较, 发现偏差及时纠正。在本项目中原则上是每顶进一节就测量1次, 在软弱地层中适当提高测量次数, 确保偏差能够及时发现和纠正。
4.2 动态纠偏
纠偏尽量在管道顶进过程中进行, 避免在静止状态纠偏。实践证明, 当管道处于静止状态时, 所需的纠偏力比顶进时纠偏增加50%~90%;同时, 静止状态下纠偏将对第1段钢筋混凝土管产生较大的不均匀应力。在动态纠偏过程中, 通过观察偏差发展趋势可以灵活确定纠偏方案。如果偏移量不大, 且偏移方向靠近设计轴线, 可以暂时不采取纠偏措施, 而是继续顶进, 直至偏差消除。
4.3 尽量采用小角度纠偏
长距离顶管 篇4
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.
长距离顶管 篇5
某污水管道工程,系某市铁路北客站配套市政工程,全长1 200 m,设计管径1 350 mm,管底埋深13.08 m～16.14 m。本工程管道埋深位于粗砂层,含有30%粒径为50 mm左右砾石,且管内底位于地下水位以下0.5 m。采用泥水平衡机械顶管工艺,工作井及接收井为钢筋混凝土结构,根据地勘资料对井体周围土体采用高压旋喷桩进行加固,井体逆作法施工;根据工期要求和机械顶管施工能力,工作井设为W5,W10,W15共3座(7 m×5 m),接收井设为W2,W8,W12,W17共4座(5 m×5 m),其中W12～W15井穿越机场高速,顶进距离为242 m。
2泥水平衡机械顶管提高顶进速度工艺原理
泥水平衡顶管施工技术是利用泥水压力来平衡土压力和地下水压力的一种顶管施工方法。其基本原理是由泥浆泵将具有一定浓度的泥水送至挖掘面,再经井内旁通压力调整阀及调整排泥泵转速来调整进水压力大小,使其平衡地下水压及挖掘面土压力,尽量使掘进机刀盘在平衡压力下工作,从而可防止由于挖掘面的失稳,造成地面沉降和隆起。在长距离顶管施工中通过管道外皮涂抹石蜡、减少顶管过程每根管道使用顶铁次数、延长每根管道有效顶进时间,并且通过连续注浆使膨润土泥浆套随机头向前移动,形成连续的环状浆套,降低顶进阻力,提高顶进速度。
3工艺流程及改进措施
3.1基本工艺流程
泥水平衡机械顶管施工工艺流程见图1。
3.2改进措施
1)千斤顶的设置。
在顶进施工过程中,不停地增加顶铁极大地影响到顶管的顶进速度。顶铁是顶进管道时,千斤顶与管道端部之间临时设置的传力构件。其作用是将一台千斤顶的集中载荷或一组千斤顶的合力,通过顶铁比较均匀地分布在管端,调节千斤顶与管端之间的距离,起到伸长千斤顶活塞的作用。千斤顶的布置形式有单列式、双列式和环周列式。本工程千斤顶在工作坑内的布置采用四台千斤顶环周列式,顶力合力作用点与管壁反作用力作用点应在同一轴线,防止产生顶时力偶,造成顶进偏差。根据施工经验,采用机械顶管,千斤顶的着力点作用在管子全高的1/2～1/3之间比较合适。由电动机带动油泵工作,选用额定动力为31.5 MPa液压油泵,经分配器,控制阀进入千斤顶,各千斤顶的进油管并联在一起,保证各千斤顶活塞的出力和行程一致。当顶力较大时,与管端接触的顶铁应采用U形顶铁或环形顶铁,使管端承受的压力低于管节材料的允许抗压强度。顶铁与管口之间的连接,应垫以缓冲材料,使顶力均匀地分布在管端,避免应力集中对管端的损伤,缓冲材料一般可采用油毡或胶合板。我们初步选用主顶系统由双冲程等推力的油缸组成,单个油缸的行程1 500 mm,每次顶进需要吊装两次顶铁来满足顶进要求。后来根据实际需要在满足最大顶力要求的情况下,主顶油缸选用4台200 t(2 000 k N)级油缸,单个油缸的行程2 500 mm,只需吊装一次就可以满足顶进要求。
2)采用强度高质量好的管材和橡胶圈。
质量好的管材是提高顶进速度的重要保证,特别对于长距离机械顶管,管材质量要求更高。根据设计要求,采用“F”形钢承口式钢筋混凝土管节,楔形橡胶圈接口。“F”形接口管是一种比较适合顶管用的管节。这种大口径顶管管材一般采用立式浇捣工艺。在制管过程中,就把钢套环与管子制成一体,由于采用高精度钢模,钢套环是套在精加工的底模上制作的,所以制成后的钢套环尺寸精度高,刚性好。管接口可能有两条渗漏途径,由于左边钢套环与混凝土管通过锚固钢筋制成一体,又增加了一环双组分弹性密封胶,阻断了渗水通路,在右边通过楔形橡胶止水带和高精度钢套环的配合尺寸,通过止水带足够的压缩过盈量满足密封条件。采用质量好的橡胶圈,遇到水后体积膨胀,可以为原来的3倍～10倍,密封效果很好。
楔形橡胶圈应采用氯丁橡胶,主要物理力学性能如下:
邵氏硬度(IRHD)45 MPa～55 MPa;
拉伸强度16 MPa;
生产率425%;
拉伸永久变形15%;
最大压缩变形(70℃×22 h)25%;
老化试验(70℃,7 d)拉伸强度降低值20%;
老化试验(70℃,7 d)扯断伸长率降低值30%±10%;
耐酸碱系数0.8(酸溶度20%,(20±2)℃,24 h);
防霉要求一级。
顶管前,严格把握好顶管管节在制造过程中的质量关,制管厂生产的管节必须符合DGJ 08-87-2000市政道路、排水管道成品与半成品施工及验收规程中的有关规定,成品管的质量和管接口密封对工程质量至关重要,为了确保工程质量定期派人去制管厂进行检查。制管时,在管子上均布预埋压浆孔,压浆孔的设置要有利于浆套的形成。
3)管道表面润滑。
为减小顶力,降低管道与其周围土体的摩擦系数是一种有效的措施。这种措施就是在管外壁上涂石蜡、石墨等。管材到场后,顶进前给每节管道表面涂一层石蜡或石墨。采用高温将石蜡融化后,在管材表面用刷子均匀涂刷,使石蜡渗入到管节表层内,可以保证浆液的水分不渗入到管节内,从而可以防止浆液的离析现象,在管节与土体之间形成一个良好的润滑套,达到减小管节摩阻力的作用。
4)形成良好的注浆套。
对于砂粒层长距离顶管能否及时地有效地向管节外围压注触变泥浆,形成良好的泥浆润滑套,起到高效的减摩作用,往往是顶管成败的关键。为确保顶管外壁能形成良好的泥浆润滑套,在顶管设备和管道内应设置两根注浆总管。一根专门用于在顶管掘进机尾部的同步注浆,另一根则用于混凝土管道外侧的补浆。本工程采用膨润土触变泥浆,泥浆的主要成分是膨润土、掺入碱、聚丙烯酸钠和水配制而成。按膨润土∶烧碱∶聚丙烯酸钠∶水=0.3∶0.2∶0.01∶1的配比试配制。将定量的水放入搅拌罐内。并取其中的一部分水来溶化碱和聚丙烯酸钠;在搅拌过程中,将定量膨润土徐徐加入搅拌灌内,搅拌均匀。膨润土泥浆搅拌时间必须大于30 min,经过充分搅拌的泥浆抽入储浆箱进行发酵,发酵时间大于6 h,再通过液压注浆泵压入管内,在膨润土泥浆压入以前,对储浆箱内已经发酵的泥浆再一次搅拌,以减少压浆管道的阻尼。注浆泵站由SYB50/50-Ⅱ型单缸液压注浆泵和液压动力站组成,注浆量Q=80 L/min,注浆压力P=0.08 MPa～0.1 MPa,输浆总管由2″镀锌钢管和球阀、水暖管件等组成,与管节上各压浆孔接通的环形管,采用1″高压软管。注浆设备主要技术参数:单缸液压注浆泵型号:SYB50/50-Ⅱ;注浆流量:Q=80 L/min;注浆压力:P=4 MPa;油泵型号:10SCYl4-lB,Q=10 m L/r,p=31.5 MPa;电机型号:Y112M-4,N=4 kW,N=1 450 r/min。
4结语
该工程污水管道采用长距离泥水平衡机械顶管施工技术,其中穿越机场高速段顶进距离为242 m,实际顶进时间为9 d。在没有利用中继间的顶进情况下,顶力被控制在1 000 k N以下,且管道完好无损,取得了良好的社会效益和经济效益。该工程表明,砂砾层机械顶管速度提高的关键在于管材及橡胶圈的质量、千斤顶的设置、管材外表面润滑以及注浆减阻等措施的很好利用,希望在以后类似工程中能作为参考和推广。
摘要：以某市北客站市政污水配套工程顶管施工为例,从改进千斤顶设置、强化管材质量及表面润滑和顶进注浆等方面对提高砂砾层机械顶管顶进速度进行探讨,为市政排水管道的顶管施工具有借鉴意义。
关键词：砂砾层,千斤顶,机械顶管,顶进速度
参考文献
[1]盛德洋.长距离大口径钢管的顶管施工[J].中国给水排水,2005,12(21):67-68.
[2]张龙.大口径钢管顶管注浆减阻技术的改进[J].市政技术,2006,24(2):111-112.
长距离顶管 篇6
这一工程的施工地点涉及面广泛, 地质情况复杂;管道施工中, 须多地点穿越铁路、公路、城市道路交通路口, 以及原有地下构筑物、管道等。为了不影响上述地点的正常运行, 我们根据不同的地点, 不同的地质条件, 结合施工设计及规范要求, 采用了顶管工艺的不开槽施工法进行施工。
在这些需要顶管的地段中, 最短的需要顶管几十米, 最长的则需要顶管一百多米以上。对于短距离顶管, 采用普通顶管技术就可以满足工程施工要求;而对于长距离顶管, 普通顶管技术就难以满足工程施工要求了。
普通顶管施工是在一般条件下的顶进技术, 在最佳施工条件下, 一次顶进长度为100m左右。在城市管道干线施工中, 当管道需穿越大型建筑物群时, 普通顶管法的一次顶进长度就不能一次顶完全程, 因此需要采用长距离顶管技术。
长距离顶管的施工程序是:先在管道的一端挖掘工作坑, 然后在其内部安装顶进设备, 将管道顶入土层, 边顶进边挖土, 把管道逐节顶入土层中, 直到顶完全部设计长度为止。
1 顶管施工的准备工作
1.1 工作坑的设置
工作坑是顶管施工人员的操作场地, 其位置选择应在顶管地段的下游, 被穿越地段的附近, 并和地上被穿物保持一定的距离。工作坑内要有一定的工作面, 其尺寸和深度取决于被顶管道的口径、每节管长、接口方式、顶进方式、顶进长度等。工作坑的底面高程, 按设计管底及基础厚度而定。工作坑的基础, 在土质较好无地下水时, 采用方木基础, 有地下水时则采用了混凝土基础。工作坑的基础用于固定导轨。
工作坑的支撑要形成封闭式框架, 矩形工作坑的四角要加斜撑。
1.2 后背的设置
后背位于工作坑内, 作为千斤顶顶进管道时的支撑, 后背一般利用未经扰动的原状土, 在其垂直表面用方木和顶铁排紧, 若无原状土, 可因地制宜按具体条件采用浆砌块石、现浇混凝土或方木制作。人工后背必须有足够的强度和刚度, 一般顶管用原土后背, 其厚度大于7米, 在此范围内要求土壤类别一致, 以免顶力过大或地下水位变化时, 后背产生不均匀变形, 造成后背倾斜或坍塌。后背倾斜可使用顶铁外弹, 极易造成人身事故。发生这类问题要提早采取措施, 如减少后背承载压力, 降低地下水位, 加固后背。在后背倾斜不严重时, 可在千斤顶与顶铁之间加楔形钢板或硬木以调整顶进中线。
采用装配式后背墙要符合以下要求:a.装配式后背墙由方木、型钢或钢板等组装, 组装后的后背墙要有足够的强度和刚度。b.后背土体墙面座平整, 并与管道顶进方向垂直。c.装配式后背墙的底端应在工作坑底以下, 不宜小于50cm。d.后背土体墙面要与后背墙贴紧, 有孔隙时要用砂石料堵塞密实。e.组装后背墙的构件在同层内的规格要一致, 各层之间的接触要紧贴, 并层层固定。f.顶管工作坑及装配式后背墙的墙面应于管道轴线垂直, 其施工允许偏差是:工作坑每侧宽度和长度的允许偏差度不小于施工设计规定;装配式后背墙的垂直度为0.1%H, 水平扭转度为0.1%L。g.当无原土作后背墙时, 应设计结构简单, 稳定可靠, 就地取材, 拆除方便的人工后背墙。
1.3 导轨的安装
导轨要选用钢质材料制作, 安装要达到以下要求:a.两导轨要顺直, 平行, 等高, 其纵坡要与管道坡度一致。b.导轨安装的允许偏差为:轴线位置:3mm。顶面高程;0~3mm。两轨内距:±2mm。c.安装后的导轨要牢固, 不得在使用中产生位移, 并要经常检查校核。
2 长距离顶管施工
2.1 顶管施工的基本设备
顶管施工的基本设备主要包括前端的工具管, 后部顶进设备及贯穿前后的出泥气压设备, 此外还有通风照明等设施。
工具管是长距离顶管的关键设备, 它安装在管道的前端, 外形与管道相似, 其作用是定向, 纠偏、防止塌方、出泥等;工具管从前向后由冲泥仓, 操作室和控制室组成。顶进设备主要包括后座、主油缸、顶铁和导轨等。后座设备在主油缸与反力墙之间, 每只油缸配置一块, 其作用是将油缸的集中力分散传递给后墙。主油缸是顶进动力, 一般对称设置4~6台, 其顶力和行程可根据工程实际选定。顶铁主要是为弥补油缸行程设置的, 其厚度应小于油缸行程。导轨起顶进导向作用, 在接管时又起管道吊放和拼焊平台作用。
2.2 顶管施工的措施
2.2.1穿墙。 (当穿越沉井等时) 从打开穿墙管闷板, 将工具管顶出井外, 到安装好穿墙止水, 这一过程通称穿墙。穿墙是顶管施工的主要工序, 因为穿墙后工具管方向的准确程度将会给以后管道的方向控制和管道拼接工作带来影响, 穿墙时应注意, 在墙管内事先填满经过夯实的黄粘土, 以免地下水和土大量涌入工作坑, 打开穿墙板, 应立即将工具管顶进。2.2.2纠偏与导向, 顶管必须按设计轴线顶进, 应控制顶进中的方向和高程, 若发现偏差, 必须纠偏。以往纠偏工作是当管道头部偏离了轴线后才进行, 但这时管道已经产生了偏差, 因此管道轴线难免有较大的弯曲。管道偏离轴线, 其中一个主要原因是顶力不平衡导致。如果事先能消除不平衡外力, 就能更好防止管道的偏位。另外, 在顶管过程中矫正偏差是保证顶管质量的有力措施, 偏差是逐渐积累起来的, 也只有逐渐校正过来, , 偏差过大校正就很困难, 因而在顶管过程中应勤校测, 发现偏差及时校正, 校正的方法分坑内和管端纠偏这两类方法, 具体作法是挖土校正法和顶木校正法。2.2.3局部差异。顶管在流沙层和流塑状态的土层顶进, 有时因正面挤压力不足以阻止塌方, 则容易产生正面塌方, 出泥量增加, 造成地面沉降, 管道轴线弯曲, 给纠偏带来困难, 而且会破坏泥浆减阻效果, 为解决这类问题, 常采用局部气压, 局部气压的大小视具体情况而定。2.2.4触变泥浆减阻, 为减少长距离顶管中的管壁四周摩擦力, 在管壁外压注触变泥浆, 形成一定厚度的泥浆套, 使顶管在泥浆中顶进, 可减少顶管顶力达2/3左右, 若在松散的土层中顶进, 还可对管周围土质起到加固作用, 防止土拱的坍塌。触变泥浆是一种特殊粘土 (高岭土, 又称膨润土) 掺合3%的碳酸钠而成。为了增加触变泥浆凝固后的强度, 又掺入凝固剂 (石膏) 。使用凝固剂时, 必须同时掺入少量的缓凝剂和塑化剂。使用触变泥浆顶管时, 在管前方外缝隙处加前封闭管, 在工作坑外壁缝隙处加封闭圈。泥浆调剂后通过压缩空气经压浆罐, 输浆管, 分浆罐及喷浆管等送至外壁四周, 形成一个泥浆环。2.2.5中继接力顶进。在长距离顶管中, 仅采用触变泥浆减阻措施是不够的, 还需要采取中继接力顶进。
所谓中继接力顶进, 就是用1m长的特制的混凝土管, 它的断面和结构同顶管用的管材完全相同, 这段管子就称为中继间。在中继间和被顶管之间的上部180度范围内安装0板, 内设千斤顶和顶铁。它的使用方法在普通顶管方法基础上, 顶进一个长度后, 便可安放中继间, 继续向前顶进。当工作坑中的千斤顶难以顶进时, 即可开动中继间内的千斤顶, 这时以后边管节为后背, 向前顶进一个冲程, 然后开动工作坑内的千斤顶, 使中继间后面的管子也向前推进一个冲程。此时, 中继间随之向前推进, 再开动中继间千斤顶, 如此循环操作, 便可增加顶进长度, 但它的顶进速度比不设中继间约慢一半, 而且管内进出也不方便。
我们在普通顶管法的基础上, 学习借鉴外地成功经验, 即根据土壤在外力作用下能产生塑性变形的原理, 把装有挤压器的工作管闷顶入土。工作管端部是由偏心大小形成的喇叭口, 使管前土壤压进管内, 然后割断土体, 用专用小轮车通过卷扬机将土整块从管内运出。工作管上装有四个可调向的油压千斤顶。用来调整顶管方向上的偏差。实践证明这种挤压取土顶管法的优点是:取消了人工挖土的笨重体力劳动, 加速了施工速度, 有利于提高工程质量, 不会出现超挖问题。挤压法管外四周土壤密实, 方向控制稳定。有利于安全生产, 避免了塌方事故, 具有结构简单, 操作方便的特点, 很适合在粘土, 亚粘土中顶管。
总之, 由于在工程施工中正确运用了顶管技术, 从而保证了穿越场地的正常运行, 效果很好。
长距离顶管 篇7
顶管是地下管道施工方法之一,即在不开挖地表的情况下,穿越地面构筑物及公路、铁路、河道以及各种地下管道等,由于可解决城市管网乱挖现象和保护环境,因而得到广泛应用[1]。目前,气压平衡、泥水平衡和土压平衡理论在顶管施工中被广泛应用。顶管施工方法主要包括刃口式、泥水和土压式三种推进法,三种方法各有其优缺点。泥水推进施工法是采用刀盘和顶速平衡正面土压力调节循环水压力进行平衡地下水压力,通过流体输送切削入泥仓的土体。该方法可连续顶进,施工效率高,无需进行地质改良或降水处理,施工后地表沉降量小,但存在施工设备复杂、易污染环境且需增设泥浆处理工序的缺点。
根据福田河流域截污工程及龙城北路顶管工程的施工实践,对泥水平衡法在长距离顶管工程施工中的应用做简单的总结。
1 长距离顶管工程的特点[2]
1)施工时总推力较小,可长距离输送泥土,适宜于长距离顶管,一般在500 m以上;2)适用于闹市区,车流量大,交通繁忙路段的地下管道铺设工程;3)工作井作业环境较安全,工人劳动强度低;泥水输送弃土的作业连续不间断,故施工进度较快;4)土质适应范围广,能适用于地下水压力很高及变化范围较大的地质条件;并且可有效保持挖掘面的稳定,对管体周围的土体扰动较小,因此施工引起的地面沉降也较小。
2 长距离顶管施工易出现的问题[2]4 结语
1)地面异常沉降。2)管缝接口处压碎、脱节。3)测量误差。
3 施工技术要点
1)找出顶进速度、正面土压力、出土量的最佳匹配值。施工中注意三点:顶进速度在顶进时应不断调整;根据郎肯土压力理论计算土压力的最初设定值;精确统计出每管节的出土量,使之与理论出土量保持一致。2)进行两个方面的测量。a.测定顶管机出洞前切口的轴线和标高。b.顶程结束后进行全线复测,绘制管道顶进轨迹图(含高程、方向、顶力曲线等)。3)触变泥浆的应用。泥浆池尽量靠近工作井边,这样可以减少排泥管路过长而产生管路摩擦阻力。泥浆池可采用并联法。为减少土体与管道间摩擦力,在管道外壁压注触变泥浆,在管道四周形成一圈泥浆套以达到减摩效果,为了保证注浆效果,注浆量应取理论值的2倍～3倍。4)顶管后靠及机座安装。首先确定管道轴线,再确定安放后靠背的位置与方向,后靠背应距离井壁100 mm～200 mm,应尽量保证后靠背的中心在管道轴线的延长线上。后靠背的方向应与管道轴线垂直,左右方向确定后就可将两侧固定,然后用线坠调整前垂度,最后根据实际情况用混凝土填塞井壁与后靠背之间的间隙。
4 施工注意事项
4.1 在洞圈上预设阻浆密封装置
为了防止泥浆从管节外壁和工作井之间的间隙中流出,而使水土流失造成地面沉降,同时影响触变泥浆套的形成而降低减摩效果,应在洞圈上预设阻浆密封装置。
4.2 管节和接口质量控制
1)为减少摩擦阻力应在管口处均匀涂抹一层硅油等对橡胶无腐蚀作用的润滑材料,承插接管时要保证管节的钢套环同轴度,并且加力要均匀,确保橡胶圈不移位、不反转、不露出管外。顶管结束后要按设计要求在管内间隙处填充弹性密封膏,并与管口抹成一个光滑的渐变面。插入安装前滑动部位可均匀涂一薄层硅油等润滑材料,减少摩阻。2)衬垫板的厚度,应按设计顶力大小确定,粘贴时,凹凸口对中,环向间隙符合要求。3)由于F管受力性能好,接头稳定,止水密封性能好,通过F形管道接口连接的管道整体为刚性体,顶进越长,刚性体整体受力面积越大,管道下沉的可能性越小。因此应采用F形钢套接口、齿形氯丁橡胶止水带。同时管节混凝土可采用C40,抗渗指标S6。
4.3 顶进轴线的控制
1)平面控制:顶进时应把机头平面始终控制在靠近已成管道方向。2)高程控制:在顶进时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。3)转角控制:管道的横向水平要求较高,在顶进过程中对机头的转角需密切注意,机头一旦出现微小转角,应及时纠正。4)机头纠偏控制:在每节管节顶进结束后,必须进行机头的姿态测量,并做到随偏随纠,且纠偏量不宜过大。
4.4 注浆控制
注浆是决定长距离顶管施工的关键因素,关系到顶管工程的成败。注浆设备和管路要可靠,应具有足够的耐压和良好的密封性能。在注浆孔中设置一个单向阀,使浆液管外的土不能倒灌而堵塞注浆孔,从而影响注浆效果。压浆方式要以同步注浆为主,补浆为辅。在顶进过程中,要经常检查各个推进段的浆液形成情况。
4.5 地面沉降控制
1)在顶进时,每隔一段时间应对顶管机后部已成管道高程做一次复测,一旦出现管道下沉情况严重时,应对下沉部位进行底部注浆。2)在顶管机的机头壳体顶部安装压浆管,并开有压浆槽,使浆液均匀分布于整个上顶面,在土体和壳体平面之间形成一泥浆膜,以减少土体同壳体的摩擦力,防止背土现象的发生。
4.6 避免和纠正顶管偏差
控制管线沿着设计方向顶进,是保证顶管施工质量的关键。工具管或者第一节管子(不设工具管时)的前进方向对于整个管段的顶进方向起着决定作用。一般在顶工具管或第一节管时,每顶20 cm～30 cm就应测一次高程与中心线位置,以便严格控制它的前进方向。而后,可以每顶进50 cm～100 cm测一次。产生偏差的原因是错综复杂的,因为在顶管过程中,管道所受的外力来自各个方向,而且经常发生变化。如地下水位变化、土质和密实度的变化,后备与千斤顶之间的相对位置不正确,以及顶铁变形等,都会造成管子受力不均匀而产生偏差。
在顶管施工前应对管道通过地带的地质情况认真调查。设置测力装置,指导纠偏。纠偏应按照勤测量、勤纠偏、微量调整的原则和操作方法进行。采用同种规格的千斤顶,使其顶力、行程、顶速相一致,以保持顶力合力线与管道中心线相重合。加强顶管后背施工质量的控制,确保后背不发生位移,并应使后背平整,以保证顶进设备的安装精度。顶进过程中应随时绘制顶进曲线,以利指导顶进纠偏工作。
5 结语
随着顶管施工工艺的日渐成熟,城市供排水管道的布置可以越来越灵活,可极大满足人们对城市供排水管线工程的要求。顶管工程一方面从根本上改变了城市管网乱挖现象,另一方面可切实做到保护环境。我国关于泥水平衡法在软土地基顶管中施工的技术较为成熟,是一种常见、成熟的顶管施工方法。然而完善和提高顶管设计和施工技术,是一项长久而艰巨的任务,还有很多问题需在实践中做进一步的深入研究。
参考文献
[1]马保松,D.Stein,蒋国盛,等.顶管和微型隧道技术[M].北京:人民交通出版社,2004.
[2]董迎春.长距离、多曲线顶管施工技术控制要点浅析[J].电网与水力发展进展,2007(2):74-76.
长距离顶管 篇8
1.1 整体工程概况
上海市北京西路~华夏西路电力电缆隧道工程三标12#~13#井顶管全长1284m, 顶管直径为Φ3500, 管节为F型钢筋混凝土管, 管节长度为2.5m, 顶管覆土深度为20.47m~11.98m, 采用单向坡, 坡度0.66%, 平面为S形曲线。
1.2 工程地质
1.2.1 水文地质
场地地下水类型为浅部潜水, 勘探期间测得钻孔中地下水埋深大致为0.50~1.90m, 相应标高变化为1.04~3.38m。
承压含水层主要为 (5) 2砂质粉土层及 (5) 32层, (5) 2层层面埋深大致为17.2~19.6m, 承压水稳定水位埋深为10.4~11.0m, 承压水平均水头为7.65m, 承压水稳定水位标高大致为-6.48~-7.62m, 属于微承压含水层。
1.2.2 工程地质
本段顶管区间主要在 (4) 灰色淤泥质粘土、 (5) 11灰色粘土层中顶进, 局部穿越 (5) 2灰色粉质砂土。具体土层物理参数见下表:
1.3 穿越地面建筑物情况
顶管要穿越220m长度范围内民房群, 这些民房结构非常差, 自顶进到500m时开始进入民房, 扰动到1300m, 扰动周期约70天。
为分析顶管地面纵向变形, 主要针对轴线范围20米内各民房建筑进行监测, 施工前对各民房做倾斜度观测, 取得初始数值并每日进行测量。
监测点:建筑物监测点布设104点, 点号为F82~F185。本次分析取F149、F150、F151、F153、F155、F156、F157、F158、F161、F162。
2 关键施工技术
2.1 顶管设备选型
2.1.1 掘进机选型
选用Ф3500大刀盘泥水平衡顶管掘进机。该机器具有功率大、开口率高不易堵管的特点。同时可以通过控制排泥管的泥水量来间接控制开挖面的地下水压力, 把泥水压力控制在比掘进机所处土层的地下水压力高出20Kpa。从而避免了开挖面的地下水干扰影响, 以达到控制地面沉降的目的。
2.1.2 注浆设备系统
为使顶管外壁能形成良好的泥浆润滑套, 管内共设置二根总管, 三套管路系统。一套采用液压注浆泵把储浆箱内的浆液压入掘进机尾部的同步注浆, 另一套采用液压注浆泵进行补浆及输送掘进机尾部浆液。地面设置一套管路系统, 用于补浆、输送浆液及对出洞口补浆, 采用新采购的天津聚能低压泥浆泵。
注浆设备主要技术参数:单缸液压注浆泵型号:SYB50/50-II;注浆流量:Q=80L/min;压力:P=4Mpa。
2.2 顶管推进施工参数选取
3 监测数据分析
3.1 第一阶段监测数据分析
顶管机头于2012年7月5日晚上 (此时民房测点群距离12#约520米) 顶进测点群中央, 该段时间顶管的顶进速度较均匀, 每天大约顶进15米左右, 从曲线中可以看到, 7月5日下午以前, 曲线大致稍微有所沉降, 但波动变化范围较小, 最大沉降量-1.1mm, 各个测点隆沉相差不大。但是7月5日下午至7月8日上午这段时间明显可以看出地面有隆起, 单次累计最大值达2.6mm。
这部分沉降主要是当工具管离测点较远时, 由于刀盘的切削搅拌、振动, 会对土体产生扰动。在扰动作用下, 土体中的水和气会被排出, 土体颗粒产生相对移动, 土体产生一定的压缩, 地面会出现一定量的沉降。
随着工具管距离的靠近, 土体受到千斤顶的挤压作用, 有向前向上的移动趋势, 导致地面有微量的隆起。当工具管到达测点附近, 由于开挖面处土体的切削, 前部土体产生松动, 此时地面又会产生微小的下沉。
随后, 由于顶进面继续向前移动, 测点附近土体迅速被挤压, 地面又会产生比较明显的隆起, 此时的隆起量取决于顶力施加的大小, 顶力越大, 隆起越明显。
3.2 第二阶段监测数据分析
从7月8日下午开始, 沉降速率较相对较快约为1.1mm/天~1.9mm/天, 于7月10日下午沉降速率逐渐开始减缓。
这部分沉降主要是当工具管通过测点后, 由于后续管节的直径比工具管的直径要小。所以, 当工具管尾部通过后, 管道周围的土体要向管壁移动, 以填补后续管节外围的间隙, 这样就会引起土体移动, 这一阶段地表将会出现较大的沉降。
3.3 第三阶段监测数据分析
从7月27日下午开始, 沉降速率减至较小约为0.2mm/天~0.6mm/天, 部分监测点亦有隆起现象可能是后期补浆压力大造成的。
这部分沉降将会持续一段时间, 因为当顶管线路贯通后, 由于在施工过程中对土体的扰动以及孔隙水压力消散, 会产生主固结沉降与土体骨架蠕变产生的次固结沉降。但这部分沉降是很小的。随着时间的推移变化速率将逐渐收敛。
本段区间顶进工作已于8月28日晚进洞完成, 该区间顶进工作已经结束。整个区间顶进过程顺利, 其中穿越老旧民房段最大沉降仅为9.2mm, 达到顶管微扰动施工要求。
4结论
4.1 沉降规律总结
通过对顶管顶进施工过程中地表移动的观测, 结果表明沿推进纵向轴线所产生的地表沉降发展的一般规律与盾构施工引起地表纵向变形的规律相似, 如图图4.1.1所示, 可以分为三个阶段, 即工具管前部变形阶段、施工沉降阶段和土体固结沉降阶段。
4.2 沉降规律对施工的指导意义
(1) 工具管前部土体变形阶段
这部分土体变形可以认为是顶管推进在未来一段时间内地面沉降的预兆, 应该根据沉降值调整泥水压力保证顶管机头正面泥水平衡。
(2) 施工沉降阶段
控制这部分沉降主要起因为顶管机头外径大于管道外径, 同时不排除顶管机头正面泥水平衡不理想。控制手段应是调整注浆压力、注浆量同时需考虑改变浆液配比。必要时调整泥水仓压力重新建立泥水平衡。
(3) 土体固结沉降阶段
此部分沉降为主固结沉降与土体骨架蠕变产生的次固结沉降。土体损失已成定事, 调整顶管施工参数已没有意义。控制这部分沉降的主要手段是在施工后能及时二次注浆换填。
(4) 通过本工程实例分析总结得出, 大刀盘泥水平衡顶管掘进机在合理设置施工参数的情况下, 是现代非开挖技术的典范, 对控制穿越建、构筑物时的土体沉降有着无可比拟的优越性。
参考文献
[1]杨晓玲, 长距离顶管施工的难点与关键技术.河南建材, 2013.
[2]刘晓丹, 市政给排水施工中的长距离顶管施工技术分析, 科技创业家, 2012.
[3]王新霞、佟慧宇、高子琳、张兰涛、王海钧、张玉英, 顶管施工工艺在北京电力隧道中的应用, 工程质量, 2012.