淺析頂管施工在市政排水中的應(yīng)用

■鄧應(yīng)貴 ■中鐵大橋局集團(tuán)第五工程有限公司，江西 九江 332001

1 概述

1.1 工程概況

本項(xiàng)目為環(huán)島干道下穿仙岳路通道項(xiàng)目排水改造工程，主要內(nèi)容為環(huán)島干道仙岳路下穿通道的排水系統(tǒng)管網(wǎng)改造。擬建管網(wǎng)工程均分布于城市環(huán)島干道下穿仙岳路通道路段，地面高程在4～17m 不等?；鶐r中節(jié)理、裂隙發(fā)育，為含水層，一般全風(fēng)化帶、巖石風(fēng)化劇烈，已土化，一般透水性和賦水性差。

頂管直徑為d2200，采用鋼筋砼Ⅲ級(jí)鋼承口管，橡膠圈柔性接口，本工程頂管共分6 段，總長(zhǎng)614m，最短段66.21m，最長(zhǎng)段141.89m。采用沉井配合進(jìn)行工作面施工，沉井均為圓形截面，工作井直徑為10m，接收井直徑為8m。沉井底板厚80cm，標(biāo)準(zhǔn)壁厚1m，頂板厚30cm。

1.2 排水系統(tǒng)管網(wǎng)改造工程施工技術(shù)特點(diǎn)

(1)直徑d2200 頂管施工，在廈門(mén)尚屬首次;

(2)地質(zhì)條件復(fù)雜，周?chē)ㄖ锒啵叵陆煌ü芫W(wǎng)復(fù)雜;

(3)采用泥水平衡法施工，比較適合施工本工程，頂進(jìn)速度快;

(4)在頂進(jìn)工程中嚴(yán)格控制工序，關(guān)鍵部位施工精確。

2 施工工藝流程

頂管施工工作井(沉井)共有7 座，沉井采用分節(jié)現(xiàn)澆、人工輔助長(zhǎng)臂挖機(jī)分次開(kāi)挖下沉的方案施工。頂管總長(zhǎng)約614m，根據(jù)長(zhǎng)度分別采用人工掘進(jìn)或泥水平衡法施工。

施工流程:沉井制作(現(xiàn)澆)→井內(nèi)挖土、沉井下沉→封底→頂管設(shè)備安裝→管節(jié)頂進(jìn)施工→井內(nèi)結(jié)構(gòu)物施工→蓋板施工→標(biāo)準(zhǔn)段銜接、土方回填。

3 頂管施工技術(shù)要點(diǎn)

頂管施工屬于非開(kāi)挖式管道敷設(shè)的施工方法，對(duì)于機(jī)械化程度較高，主要是依托千斤頂推力，把混凝土管從工作井頂推至接收井。泥水平衡施工，在實(shí)際操作中，還必須結(jié)合土壓力、泥水壓力、進(jìn)排泥壓力、中繼排泥泵等參數(shù)進(jìn)。

3.1 工作井

工作坑形狀一般有矩形、圓形、腰圓形、多邊形等幾種，本工程為圓形工作井。工作井和接收井的位置不能障礙交通，也不能影響地下管線。工作井的設(shè)置應(yīng)便于排水、出土和運(yùn)輸，并對(duì)地上與地下建筑物、構(gòu)筑物起到安全保護(hù)作用，工作井又是承受頂推反作用力的主要構(gòu)筑物。

3.2 頂進(jìn)設(shè)備的選擇

頂管施工應(yīng)主要根據(jù)土質(zhì)情況、地下水位、施工要求等，在保證工程質(zhì)量、施工安全等的前提下，合理選用頂管機(jī)型。

頂管機(jī)主要有擠壓式、網(wǎng)格式(水沖)、刀盤(pán)全斷面切削土壓平衡式、泥水平衡式、擠密式頂管機(jī)。本文選擇泥水平衡式頂管機(jī)組織施工。

3.3 泥水平衡頂管施工流程

頂進(jìn)工作開(kāi)始前應(yīng)檢查液壓動(dòng)力站的液壓油加注充分，液壓管路和泥漿管路各接頭連接正確、可靠。檢查電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向以及供電電源的保證措施。

采用泥水平衡法頂管掘進(jìn)，出土采用全自動(dòng)的泥水輸送方式，被挖掘的土通過(guò)在機(jī)艙內(nèi)的攪拌和泥水形成泥漿，然后由泥漿泵抽排出至井外沉淀池。工藝流程如下:放樣、復(fù)核→頂管井施工→頂管機(jī)進(jìn)洞→送排泥泵開(kāi)啟→機(jī)頭刀盤(pán)運(yùn)轉(zhuǎn)、頂進(jìn)出土→主頂推進(jìn)到位→回縮主頂→拆除管內(nèi)管線→管節(jié)、管線安裝→頂管機(jī)出洞→頂管井回填。

3.4 工作井頂進(jìn)系統(tǒng)安裝

頂進(jìn)系統(tǒng)的安裝，首先進(jìn)行頂力計(jì)算，

頂管的頂力可按下式計(jì)算

式中:P——計(jì)算的總頂力，kN;

γ——管道所處土層的重力密度，kN/m3;

D1——管道的外徑，m;

H——管道頂部以上覆蓋土層的厚度，m;

φ——管道所處土層的內(nèi)摩擦角;

ω——管道單位長(zhǎng)度的自重，kN/m;

L——管道的計(jì)算頂進(jìn)長(zhǎng)度，m;

f——頂進(jìn)時(shí)，管道表面與其周?chē)翆又g的摩擦系數(shù);

Ps——頂進(jìn)時(shí)頂管掘進(jìn)機(jī)的迎面阻力，kN。

頂力計(jì)算好后就可根據(jù)計(jì)算值選擇合適的千斤頂，然后進(jìn)行頂進(jìn)設(shè)備安裝，導(dǎo)軌安裝前，首先用儀器在井內(nèi)放出管道中心線的延長(zhǎng)線，并在工作井兩端適當(dāng)位置設(shè)置標(biāo)記，作為導(dǎo)軌安裝中心線和管道頂進(jìn)測(cè)量基線。

千斤頂應(yīng)安裝在鋼支架上，支架應(yīng)與底板固定，防止位移，千斤頂后蓋必須與后座平行，并貼緊。應(yīng)用儀器校驗(yàn)千斤頂安裝標(biāo)高及位置，使其軸線與頂進(jìn)管道軸線平行。糾偏液壓系統(tǒng)試驗(yàn)無(wú)誤，不漏油，液壓鎖緊鎖，試驗(yàn)壓力為250kg/cm2(不允許超壓試驗(yàn))。

3.5 管節(jié)頂進(jìn)施工

頂進(jìn)前，在工作井內(nèi)洞口處安裝一道止水圈，防止洞口處的水土沿工具管外壁與洞門(mén)的間隙涌入工作井。又可防止在頂進(jìn)施工過(guò)程中減摩漿從此處流失，保證泥漿套的完整，以達(dá)到減小頂進(jìn)阻力的效果。

管節(jié)頂進(jìn)施工示意圖

當(dāng)所有的準(zhǔn)備工作做好以后，開(kāi)始將管節(jié)吊放到工作井內(nèi)軌道上，調(diào)整好方向，開(kāi)始頂進(jìn)。頂進(jìn)過(guò)程中，實(shí)時(shí)進(jìn)行角度和高程的沉降觀測(cè)及管線偏差量測(cè)，每頂進(jìn)50cm 至少觀測(cè)偏差1 次，并糾偏，進(jìn)入接收井前30cm 要實(shí)時(shí)糾偏量測(cè)，確保滿足設(shè)計(jì)、規(guī)范及對(duì)接要求。

當(dāng)頂距較長(zhǎng)采用減阻措施不能滿足要求時(shí)，或土呈松散或液化狀態(tài)難以灌注潤(rùn)滑劑時(shí)，就要采用中繼間進(jìn)行接力頂進(jìn)。

3.6 頂進(jìn)糾偏

在頂進(jìn)施工過(guò)程中，頂管的方向控制要做好預(yù)防控制措施，如果頂力不均衡，就會(huì)產(chǎn)生頂進(jìn)偏位。因此我們?cè)谶^(guò)程中要加強(qiáng)頂進(jìn)系統(tǒng)的檢查和監(jiān)控，可基本消除頂力不平衡的現(xiàn)象，在很大程度上預(yù)防了管道的偏位。

可采用的糾偏措施:①.當(dāng)軸線偏差在10mm～30mm，采用挖土糾偏法;②.當(dāng)軸線偏差30mm 以上，采用頂木糾偏法;③.配合挖土糾偏法，在超挖的一側(cè)管端壁支上小千斤頂，利用小千斤頂?shù)捻斄?lái)糾正工具管端部的方向。

糾偏時(shí)，采取逐步采取糾偏，不可一次糾偏量過(guò)大，防止糾偏過(guò)大。

3.7 壓漿與補(bǔ)漿

在頂進(jìn)過(guò)程中，邊頂進(jìn)邊壓漿，通過(guò)管道上的預(yù)留孔向管節(jié)外壁壓注足夠數(shù)量的減摩泥漿，采用多點(diǎn)對(duì)稱壓注使泥漿均勻地填充在管節(jié)外壁和周?chē)馏w的空隙來(lái)減小管節(jié)外壁和土體間摩阻力，起到降低頂進(jìn)時(shí)阻力的效果。在管節(jié)外壁能否形成完整的泥漿套，將直接影響到泥漿的減摩效果。減摩泥漿采用觸變泥漿，該漿液性能穩(wěn)定，且有良好的觸變性，又有一定的稠度(漿液配比見(jiàn)下表)。施工過(guò)程中，泥漿應(yīng)保證不失水、不沉淀、不固結(jié)，泥漿的配比應(yīng)根據(jù)不同的地質(zhì)情況作相應(yīng)的調(diào)整，使泥漿適應(yīng)土層的特性，起到預(yù)期的減摩效果。漿液質(zhì)量指標(biāo):a、稠度12～14cm;b、PH:9～10;c、析水率＜2%

漿液配比(重量比)

壓漿時(shí)，儲(chǔ)漿池內(nèi)的觸變泥漿由地面上的壓漿泵通過(guò)管路壓送至管道內(nèi)的壓漿總管，并到達(dá)連通各壓漿孔的軟管內(nèi)，通過(guò)控制壓漿孔球閥來(lái)控制壓漿。

4 頂管施工中注意的事項(xiàng)

(1)頂管施工前，根據(jù)地勘資料計(jì)算各管頂進(jìn)時(shí)所需的最大頂力。驗(yàn)算各管節(jié)和頂管后座處的沉井側(cè)壁所能承受的最大抗力，并確保必須大于最大頂力。從而確定管壁厚，布置頂進(jìn)設(shè)備等。若當(dāng)計(jì)算得到的頂力過(guò)大時(shí)，必須采取適當(dāng)?shù)臏p阻措施，如采用膨潤(rùn)土泥漿潤(rùn)滑等。

(2)頂進(jìn)管道不偏移，管節(jié)不錯(cuò)口，管道坡度不得有倒落水。管道接口套環(huán)應(yīng)對(duì)正管縫與管端外周，管端墊板粘接牢固、不脫落。

(3)管道接頭密封要良好，橡膠密封圈安放位置正確。管節(jié)無(wú)裂紋、不滲水，管道內(nèi)部不得有泥土、建筑垃圾等雜物。

(4)進(jìn)入接收井的管端下部應(yīng)設(shè)置支撐，防止管因懸臂受力產(chǎn)生不良后果。

(5)建立地面與地下測(cè)量控制系統(tǒng)，控制點(diǎn)應(yīng)設(shè)在堅(jiān)實(shí)不易擾動(dòng)、易于保護(hù)處。

(6)頂管應(yīng)采用有平衡功能的封閉式工具頭，管內(nèi)應(yīng)有通風(fēng)設(shè)施。工具頭應(yīng)有處理突發(fā)施工問(wèn)題的能力。

5 結(jié)束語(yǔ)

總之，本文對(duì)頂管施工的技術(shù)要點(diǎn)進(jìn)行了分析與闡述，具有較強(qiáng)的現(xiàn)場(chǎng)施工指導(dǎo)作用，市政道路的排水工程不僅直接關(guān)系到城市的建設(shè)發(fā)展，還與市民的生活息息相關(guān)，頂管施工挖掘面穩(wěn)定，對(duì)交通影響較小。在城市施工環(huán)境中，相對(duì)于開(kāi)挖管槽施工，頂管技術(shù)在社會(huì)效益與經(jīng)濟(jì)效益上具有較高的優(yōu)越性。

［1］中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢).頂管施工技術(shù)及驗(yàn)收規(guī)范(試行)［M］.人民交通出版社，2007.

［2］王小超.市政道路污水管頂管施工［J］.鐵道建設(shè)，2012.

［3］田路，王靜靜.淺談市政工程頂管施工［J］.科技致富導(dǎo)向，2012.

［4］杜殿鎖.長(zhǎng)距離大直徑頂管施工技術(shù)［J］.鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2005.