淺析市政大口徑頂管施工工藝及控制要點(diǎn)

【摘要】頂管技術(shù)是一項(xiàng)用于市政施工的非開挖掘進(jìn)式管道鋪設(shè)施工技術(shù)，其優(yōu)點(diǎn)在于不影響周圍環(huán)境或者影響較小，土方開挖量小，施工場(chǎng)地小，噪音小。頂管技術(shù)目前在城市給排水施工中運(yùn)用廣泛，且為適應(yīng)城市發(fā)展，大口徑頂管作業(yè)技術(shù)也得到了迅速發(fā)展，本文結(jié)合工程實(shí)例介紹D2400～D3000鋼筋混凝土管泥水平衡式頂管施工工藝。

【關(guān)鍵詞】大口徑；頂管；泥水平衡式

一、工程概況

某市政工程，位處于老城區(qū)，為由于多重因素導(dǎo)致現(xiàn)有排水系統(tǒng)出現(xiàn)明顯不足而實(shí)施的雨水系統(tǒng)提標(biāo)的改造工程，采用泥水平衡式機(jī)械頂管施工工藝，管材為D2400-D3000III級(jí)F型鋼承口鋼筋混凝土管。管頂覆土深度6-18m，穿越地質(zhì)情況主要為粘土層及粉質(zhì)粘土層。

二、工作井、接收井施工

頂管工作井都必須進(jìn)行專門的設(shè)計(jì)，主要考慮結(jié)構(gòu)形式、外部形狀、空間尺寸、洞口及刃角。由于本項(xiàng)目覆土較深，所以工作井均Ф8.0m內(nèi)徑的鋼筋混凝土井，其施工主要程序?yàn)椋夯娱_挖—模板制作—鋼筋綁扎安裝—混凝土澆筑—養(yǎng)生拆?！鲁痢獾住艿奶幚韺?duì)于大口徑頂管來(lái)說(shuō)，頂進(jìn)力相對(duì)較大，其頂進(jìn)均要傳遞至工作坑后土體，但在沉井下沉過程中不可避免造成井外壁與土體之間產(chǎn)生空隙，空隙過大勢(shì)必影響整個(gè)工作井在頂井過程中的穩(wěn)定，所以在沉井完成后，頂管作業(yè)前對(duì)工作井井周進(jìn)行水泥凈漿注漿，確保井周土體密實(shí)，一方面確保了井體的穩(wěn)定，另一方面也提高了土抗力。

三、頂管掘進(jìn)機(jī)選型

根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告提供的土質(zhì)分析，本工程頂管采用泥水平衡頂管機(jī)頭。該機(jī)種的刀盤可根據(jù)前方土壓力的變化自動(dòng)伸縮，伸縮的同時(shí)進(jìn)泥量也可隨之變化。使前方平衡土壓力始終保持定值，該機(jī)種是目前平衡土壓力最準(zhǔn)確的頂管機(jī)，可保證地面沉降量最小。

四、頂管作業(yè)的相關(guān)計(jì)算

1）、后背墻被動(dòng)土壓力計(jì)算

P=αB（γH2Kp/2+2cH+γhHKp）

=2*5.5*（20.5*42*1.8/2+2*13.6*4*1.342+20.5*4*4*1.8）=11348KN

R-總推力之反力，KN；α-系數(shù)；B-后座墻寬度；γ-土的重度；H-后座墻的高度；Kp-被動(dòng)土壓力系數(shù)，c-土的內(nèi)聚力；h-地面至后座墻頂部土體高度；

2）、頂力計(jì)算

P=f*γ*D1*（2*H+（2*H+D1）*tan2（45-φ/2）+ω/（γ+D1））*L+Ps

γ-土的重度；D1-管道外徑；H-管道頂部以上覆蓋土層的厚度；φ-所處土層內(nèi)摩擦角；ω-管道單位長(zhǎng)度的自重；L-管道的計(jì)算頂進(jìn)長(zhǎng)度；Ps-迎面阻力

Ps=13.2*π*Ds*N Ds-掘進(jìn)機(jī)外徑；N-土的標(biāo)準(zhǔn)貫入指數(shù)

五、頂管入洞口技術(shù)措施

工具管安裝調(diào)試完畢后，推進(jìn)至預(yù)留孔1m處時(shí)停止。用空壓機(jī)鑿除沉井洞口封堵，盡快清理完畢。迅速將工具管推進(jìn)土中，靜候3～4小時(shí)，測(cè)出實(shí)際靜止土壓力，結(jié)合理論土壓力，制定出控制土壓力。

六、頂管外壁注漿

頂力控制的關(guān)鍵是最大限度地降低頂進(jìn)阻力，而降低頂進(jìn)阻力最有效的方法是進(jìn)行注漿。注漿分為機(jī)頭同步注漿和管道補(bǔ)漿二部分。注漿使管周外壁形成泥漿潤(rùn)滑套，從而降低了頂進(jìn)的摩阻力。工具管推進(jìn)時(shí)形成的土洞與頂管間存在著一定的空隙，我們?cè)陧斶M(jìn)過程中，通過壓漿泵向管材與周圍土體間的空隙內(nèi)注人膨潤(rùn)土懸浮液，懸浮液在管外轉(zhuǎn)變?yōu)槟z并迅速形成漿套，可阻止周圍土體及地下水進(jìn)人空隙內(nèi)。膨潤(rùn)土懸浮液漿套的形成使管材與土體間的干摩擦轉(zhuǎn)化管材與膨潤(rùn)土懸浮液間的液體摩擦，摩擦系數(shù)U大大減小，摩擦力相應(yīng)降低。施工時(shí)首先在工具管尾部注漿孔注人觸變泥漿減阻，注漿量根據(jù)工具管后部泥漿槽厚度及頂進(jìn)長(zhǎng)度計(jì)算確定，計(jì)算所得注漿量應(yīng)根據(jù)地質(zhì)條件作適當(dāng)調(diào)整。在頂進(jìn)過程中，應(yīng)根據(jù)后座頂力的大小在后部補(bǔ)漿孔補(bǔ)漿。一般壓漿量為計(jì)算量的150～200%。

七、頂管進(jìn)洞口技術(shù)措施

當(dāng)推進(jìn)至距接收井沉井井壁外側(cè)30cm處時(shí)，停止推進(jìn)，鑿除沉井預(yù)留洞口封堵，在接收井鑿除封堵后掘進(jìn)機(jī)頭應(yīng)迅速、連續(xù)頂進(jìn)管節(jié)，盡快縮短出洞時(shí)間。掘進(jìn)機(jī)整體進(jìn)洞后就應(yīng)盡快把機(jī)頭和混凝土管節(jié)分離，并把管節(jié)和接收井的接頭按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行處理，減少水土流失。吊起工具管，清除泥土，迅速將預(yù)留孔與管節(jié)之間的空隙堵住，并留好出水孔。防止?jié)B水，泥土流失引起土體塌方和路面沉降。

八、測(cè)量控制、頂進(jìn)控制及頂管糾偏措施

1）測(cè)量控制為了保證頂進(jìn)軸線控制在設(shè)計(jì)軸線允許偏差范圍內(nèi)，在頂進(jìn)過程中要密切注意激光點(diǎn)的偏向。軸線測(cè)量的控制系統(tǒng)設(shè)在工作井內(nèi)液壓主頂裝置中間。施工中需經(jīng)常對(duì)控制臺(tái)進(jìn)行復(fù)測(cè)，以保證測(cè)量精度。按獨(dú)立坐標(biāo)系放樣后用測(cè)量控制臺(tái)使它精確地移動(dòng)至頂管軸線上，用它正確指揮頂管的施工方向。在后頂觀察臺(tái)架設(shè)J2型激光經(jīng)緯儀一臺(tái)，通過后視測(cè)機(jī)頭的光靶及后標(biāo)點(diǎn)的水平角和豎直角各一測(cè)回，編排程序計(jì)算頂管的頭部及尾部的平面及高程。頂管施工初次放樣及頂進(jìn)尤為重要，另外由于頂管后靠頂進(jìn)中要產(chǎn)生變化，后臺(tái)的布置應(yīng)保持始終不變形、移位來(lái)確保頂管施工測(cè)量的正確性。

2）頂進(jìn)速度控制

初始頂進(jìn)：分為兩個(gè)階段進(jìn)行控制。一是機(jī)頭入洞階段，速度控制在3～5mm/min；二是第一節(jié)管進(jìn)洞階段，機(jī)頭頂進(jìn)速度控制在10～20mm/min。初始頂進(jìn)階段重點(diǎn)是找正管子中心、高程，偏差控制在±5mm之內(nèi)，所以速度不要太快。正常頂進(jìn)：機(jī)頭頂進(jìn)速度設(shè)定50mm/min。如要加大頂進(jìn)速度，在保證泥水倉(cāng)泥壓的條件下，要先加大泥漿流量，再計(jì)算頂進(jìn)速度。

九、頂管過程中的技術(shù)措施及意外應(yīng)急措施

頂進(jìn)中應(yīng)安排日夜連續(xù)施工，為減少頂管設(shè)備的轉(zhuǎn)移，采用雙向頂進(jìn)。施工前應(yīng)充分調(diào)查清楚地下相關(guān)管道、電纜線等位置、走向，確保一次頂進(jìn)成功。

1）、障礙物 最大可能出現(xiàn)的意外事故是遇到不明障礙物，泥水工應(yīng)隨時(shí)觀察出泥口有無(wú)渣、磚、混凝土硬塊和石塊等異物的出現(xiàn)。頂管司機(jī)應(yīng)注意刀盤轉(zhuǎn)矩的突然增大，并監(jiān)聽機(jī)頭聲響，一旦由意外應(yīng)減慢頂速或停頂，同時(shí)嚴(yán)密觀察、慢行，如果遇到頂進(jìn)面有剛性障礙物時(shí)而必須停機(jī)時(shí)刀盤應(yīng)處于零位，防止機(jī)頭磕頭。研究排除方案后再進(jìn)行頂進(jìn)，注意管內(nèi)沿線的補(bǔ)壓漿。

2）、頂管過程中的保護(hù)措施 A.推進(jìn)前，在出洞口15m范圍內(nèi)每隔3m布設(shè)一個(gè)沉降觀測(cè)點(diǎn)，以后每隔5m設(shè)置一道，根據(jù)沉降數(shù)據(jù)及時(shí)調(diào)整推進(jìn)泥水壓力與出泥量。B.工具管出洞前，必須檢查止水帶的密封性，以防漏水，造成土體沉降；根據(jù)土壓顯示表，以便能及時(shí)反映推進(jìn)泥水壓力；檢查連接部位是否牢固；檢查糾偏系統(tǒng)是否完好，確保頂進(jìn)時(shí)靈活糾偏。C.施工前必須先對(duì)沿線重要管線在自行進(jìn)行監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)上要求第三方進(jìn)行監(jiān)測(cè)，摸清地下管線與施工管線之間的高差。對(duì)重要管線要打開樣洞，測(cè)出其確切標(biāo)高。D.在管線上設(shè)立監(jiān)控點(diǎn)，派專人進(jìn)行24小時(shí)監(jiān)測(cè)。測(cè)量數(shù)據(jù)及時(shí)送施工班組、項(xiàng)目部，隨時(shí)調(diào)整頂進(jìn)速度和控制泥水壓力。E.全部管線頂部樣洞上，直接設(shè)立監(jiān)控點(diǎn)，進(jìn)行加密測(cè)量。F.在頂管穿越管線建筑物時(shí)，在頂管影響范圍內(nèi)進(jìn)行壓密注漿加固，并設(shè)立沉降控制監(jiān)測(cè)點(diǎn)，嚴(yán)格控制推進(jìn)速度和控制土壓力及出土量。

參考文獻(xiàn)

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