論頂管施工過程控制要點(diǎn)分析

張 小 平

(山西平陽路橋有限公司，山西 臨汾 041000)

?

論頂管施工過程控制要點(diǎn)分析

張 小 平

(山西平陽路橋有限公司，山西 臨汾 041000)

結(jié)合臨汾市堯都區(qū)東外環(huán)排水工程的實(shí)際情況，采取了機(jī)械式土壓平衡頂管施工技術(shù)，從頂力計(jì)算、后背穩(wěn)定性計(jì)算、觸變泥漿減阻施工、施工監(jiān)測(cè)等方面，闡述了頂管的施工過程控制要點(diǎn)，有利于促進(jìn)頂管施工的推廣應(yīng)用。

頂管施工，泥漿，施工監(jiān)測(cè)，中繼間

1 工程概況

本頂管工程為臨汾市堯都區(qū)東外環(huán)排水工程，管道規(guī)格為2 600～3 000，雙排管，總長12 000 m，管頂覆土4.8 m～13.0 m。工程位于原108國道東側(cè)，道路通達(dá)，交通便利，為施工運(yùn)輸提供了條件。但是，公路上車流量大，人口密集，需注意交通安全。尤其是沿道路兩側(cè)均為樓房和商業(yè)辦公用房，飯店、商店等商業(yè)門面，拆遷難度和還遷難度都相當(dāng)大。由于采用了頂管施工方案，避免由于開挖而造成的交通擁堵，不會(huì)對(duì)居民的出行、生活和工作造成影響，更主要的是解決了目前日益尖銳的拆遷問題，產(chǎn)生了極大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

目前，頂管施工常采用的施工方法分為人工掘進(jìn)和機(jī)械頂管施工方法，其中在市政施工過程中經(jīng)常使用的機(jī)械式頂管施工方法又有泥水平衡式和土壓平衡式兩種。本工程地質(zhì)情況良好，為土質(zhì)均勻的粉質(zhì)粘土層。但由于兩側(cè)建筑密集，開工時(shí)為冬季，受地形和天氣情況影響，結(jié)合地質(zhì)情況，決定采用機(jī)械式土壓平衡頂管工藝。

2 施工質(zhì)量控制措施分析

2.1 頂力計(jì)算

根據(jù)地質(zhì)情況、采用的頂管工藝、施工單位段長度及覆土厚度等因素，來計(jì)算所需要的頂力大小。再根據(jù)頂力大小來配置機(jī)頭千斤頂?shù)拇笮?。根?jù)最大的頂力計(jì)算結(jié)果：D2 600管機(jī)頭上配備6個(gè)200 t的千斤頂、D3 000管機(jī)頭上配備8個(gè)200 t的千斤頂。

頂力計(jì)算：

推力的理論計(jì)算：F=F1+F2。

其中，F(xiàn)為總推力；F1為迎面阻力；F2為頂進(jìn)阻力。

F1=π/4×D×P。

其中，D為管外徑；P為控制土壓力。

P=K0×γ×H0。

其中，K0為靜止土壓力系數(shù)，根據(jù)土質(zhì)取0.55；H0為地面至掘進(jìn)中心的厚度，4.8 m～13.0 m；γ為土的濕重量，取2.0 t/m3。

F2=πD×f×L。

其中，f為管外表面平均綜合摩阻力(考慮泥漿影響)，取0.9 t/m2；D為管外徑；L為頂距。

2.2 后背穩(wěn)定性計(jì)算

工作井是施工人員的主要工作場(chǎng)地。從開始開挖到具備頂管條件，大概需要兩個(gè)月的施工時(shí)間，所以其施工質(zhì)量直接影響著施工進(jìn)度、工作環(huán)境和施工人員的人身安全，該項(xiàng)目的工作井全部采用鋼筋混凝土沉井。在沉井井壁上預(yù)留頂管位置，用磚漿砌封死。頂進(jìn)坑后背要有足夠的強(qiáng)度，根據(jù)計(jì)算出來的每個(gè)工作坑所需頂力大小，算出后靠背承受頂力大小，來確定后靠背的結(jié)構(gòu)，以便在頂進(jìn)過程中能承受千斤頂?shù)淖畲笞饔昧Α?/p>

根據(jù)計(jì)算機(jī)械頂管后靠背結(jié)構(gòu)為：鋼筋混凝土靠背+后背鐵鋼板。鋼筋混凝土靠背幾何尺寸為：沉井預(yù)留洞直徑+1 m的方形鋼筋混凝土預(yù)制件，每個(gè)工作坑的混凝土厚度不同，為70 cm～90 cm，鋼筋配置為雙層雙向φ25二級(jí)螺紋鋼筋，后背鐵鋼板為3 cm。

后背穩(wěn)定性驗(yàn)算：

其中，R為總推力之反力，kN；α為系數(shù)，取α=1.5～2.5;B為后座墻的寬度，m；γ為土的容重，kN/m3；H為后座墻的高度，m；Kp為被動(dòng)土壓系數(shù)；c為土的內(nèi)聚力，kPa；h為地面到后座墻頂部土體的高度，m。

2.3 觸變泥漿減阻施工

在頂管施工時(shí)，須同步注入用來減少頂力阻力的泥漿，這是提高頂進(jìn)速度的重要一環(huán)，減阻泥漿采用膨潤土配制而成。膨潤土一般要求膠質(zhì)價(jià)在80以上。膨潤土進(jìn)場(chǎng)后，先測(cè)定其膠質(zhì)價(jià)，根據(jù)膠質(zhì)價(jià)確定配合比，見表1(重量比)。

表1 膨潤土泥漿重量配合比

膨潤土泥漿的拌和時(shí)間一般為20 min～30 min。泥漿制備后，靜置4 h左右方可使用，使其充分吸水膨脹，膨潤成膠體，使用比重計(jì)測(cè)其比重，掌握在1.17 g/cm3為宜，粘稠度適中，木鍬棒插入泥漿中能立住。

在機(jī)頭尾部設(shè)置有觸變泥漿注漿孔，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)在管頂進(jìn)30 m后開始注漿，太早進(jìn)行注漿容易造成泥漿的固結(jié)。每節(jié)混凝土管均有3個(gè)注漿孔，頂進(jìn)過程中，通過注漿孔持續(xù)注漿。注漿使用擠壓式注漿泵，注漿口壓力控制在0.13 MPa～0.22 MPa。視儲(chǔ)漿池內(nèi)觸變泥漿下降的速度及頂鎬壓力表讀數(shù)調(diào)節(jié)注漿壓力。

2.4 施工監(jiān)測(cè)

因頂管施工上面就是密集的建筑，為了保證上面的建筑物的穩(wěn)定，及時(shí)掌握前方的地質(zhì)情況，為設(shè)計(jì)和施工提供第一手資料，及時(shí)修改、優(yōu)化支護(hù)方案，改善施工工藝，防止地質(zhì)災(zāi)害，預(yù)防事故，在開始施工前，專門進(jìn)行了專家認(rèn)證，根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)并結(jié)合本工程實(shí)際情況，主要采取了以下監(jiān)測(cè)項(xiàng)目：

1)頂管通過建筑物和路面的水平位移。對(duì)于頂管施工影響范圍內(nèi)的建筑物和路面進(jìn)行水平位移監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)每間隔20 m埋設(shè)一個(gè)，觀測(cè)儀器采用GPS，儀器型號(hào)：科力達(dá)K9-T。2)頂管通過建筑物和路面的沉降觀測(cè)。同時(shí)還要對(duì)頂管施工影響范圍內(nèi)的建筑物和路面進(jìn)行沉降監(jiān)測(cè)，路面的沉降觀測(cè)點(diǎn)也是每20 m布設(shè)一個(gè)，與水平位移共用一個(gè)觀測(cè)點(diǎn)。建筑物觀測(cè)點(diǎn)根據(jù)設(shè)計(jì)要求對(duì)距離管線60°范圍內(nèi)布設(shè)。觀測(cè)儀器采用水準(zhǔn)儀，儀器型號(hào)：蘇-光DSZ2+FS1精密水準(zhǔn)儀器。3)委托第三方有資質(zhì)的檢測(cè)機(jī)構(gòu)。通過公開招標(biāo)，委托有資質(zhì)的第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)，分別在頂管的拱頂及拱腰進(jìn)行雷達(dá)探測(cè)，通過得出的數(shù)據(jù)來判定是否對(duì)上部土體產(chǎn)生了擾動(dòng)。地質(zhì)雷達(dá)型號(hào)：SIR-3000，產(chǎn)地：美國。4)目測(cè)巡視。除必要的儀器檢測(cè)外，還要安排有經(jīng)驗(yàn)的工程師每天對(duì)沿線進(jìn)行頂管作業(yè)的地段進(jìn)行目測(cè)巡視，作為補(bǔ)充。

2.5 中繼間

中繼間又稱中繼站或者中繼環(huán)，是根據(jù)計(jì)算得出的數(shù)據(jù)在頂管施工過程中把這一段一次頂進(jìn)的管道分成若干個(gè)推進(jìn)區(qū)間，在施工時(shí)，中繼間先把管子推進(jìn)一小段距離后，再由主頂?shù)挠玩€推進(jìn)最后一個(gè)區(qū)間的管子，每次推進(jìn)20 cm～30 cm。中繼間的構(gòu)造見圖1。

本工程中由于受建筑物的限制，頂管段各段距離較長，300 m以上的管段達(dá)40%左右，最大頂管長度為337 m，均需采用中繼間技術(shù)。

從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和安全角度來看，中繼間設(shè)置數(shù)目過少，主油頂頂力增大，油缸數(shù)目需相應(yīng)增多，管材不一定能承受相應(yīng)的荷載。而中繼間數(shù)目增多，會(huì)造成費(fèi)用增加，頂管效率降低及其他費(fèi)用的增加。因此，要選擇一個(gè)較為合理的頂力來確定中繼間的數(shù)目就尤為重要。一般第一中繼間加設(shè)位置宜按中繼間設(shè)計(jì)頂力的60%計(jì)算，其余中繼間的間隔宜按中繼間設(shè)計(jì)頂力的80%計(jì)算，主千斤頂所能頂推的長度按最大設(shè)計(jì)頂力的80%計(jì)算。

中繼間的數(shù)量計(jì)算公式：

n=(πD1×fk(L+50))/(0.7×f0)-1。

其中，n為中繼間數(shù)量(取整數(shù))；D1為管外徑；fk為管外表面平均綜合摩阻力，取0.9 t/m2；f0為中繼間設(shè)計(jì)允許頂力，kN；L為頂管長度。

2.6 機(jī)頭出洞

經(jīng)一年多的頂管施工實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，機(jī)頭出洞工作對(duì)大口徑頂管施工的質(zhì)量和安全都非常關(guān)鍵。頂管出洞準(zhǔn)備充足，措施完善，掘進(jìn)機(jī)能從土中安全出洞進(jìn)入接入井，就代表著該段頂管順利完成，是頂管技術(shù)中的關(guān)鍵工序，也是容易發(fā)生事故的工序。尤其是機(jī)頭接近接收井的預(yù)留洞口時(shí)，必須用機(jī)頭將封堵洞口的擋墻磨透，當(dāng)中心刀露出時(shí)，立即停止推進(jìn)。安置機(jī)頭接收托架，再慢慢將機(jī)頭推入接收坑內(nèi)。決不允許從對(duì)面拆除開挖接應(yīng)機(jī)頭，防止出現(xiàn)塌方，造成安全事故。

3 結(jié)語

隨著城市化進(jìn)程的快速化發(fā)展，頂管技術(shù)日益成熟。在施工前要詳細(xì)地進(jìn)行分項(xiàng)分析，從細(xì)節(jié)入手，結(jié)合地質(zhì)環(huán)境和機(jī)械設(shè)備制定切實(shí)可行的頂管方案。特別是加大施工過程的管理力度，著重于施工過程中的重點(diǎn)及難點(diǎn)，嚴(yán)格執(zhí)行國家有關(guān)規(guī)范，將質(zhì)量安全隱患消滅在萌芽狀態(tài)，確保工程順利進(jìn)行。

[1] 頂管施工技術(shù)及驗(yàn)收規(guī)范[S].

[2] 給水排水管道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范[S].

On controlling points for pipe-jacking construction process

Zhang Xiaoping

(ShanxiPingyangRoadandBridgeCo.,Ltd,Linfen041000,China)

Combining with the drainage project at Dongwaihuan Street at Yaodu District of Linfen, the paper adopts the mechanic earth pressure balance pipe-jacking construction, and illustrates the controlling points for the pipe-jacking construction process from the jacking force calculation, back stability calculation, thixotropic fluids anti-drag, and construction monitoring, so as to ensure the application of the pipe-jacking construction.

pipe-jacking construction, mud, construction monitoring, intermediate jacking station

1009-6825(2016)05-0106-02

2015-12-02

張小平(1977- )，男，工程師

TU756.49

A