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      市政給排水長距離頂管施工技術研究

      2020-03-26 05:43:24
      技術與市場 2020年3期
      關鍵詞:管節(jié)頂管中繼

      (周口市市政管理處,河南 周口 466000)

      1 頂管法的基本原理

      頂管法施工時通過頂進設備的主頂油缸等部件,從起始工作井將頂管掘進機從土層內(nèi)穿過直至接收工作井,隨后依次頂進連接其他管道,并埋設于起始工作井的管線土層內(nèi)的地下管道施工工藝。相比其他施工技術,頂管施工無需開挖路面,便可穿越公路、地上建筑物及各類地下管網(wǎng)等。作為一種綜合性較強的機械化施工技術,頂管施工具有顯著的適應性,可根據(jù)土層組成、土質(zhì)條件、施工條件等具體情況,選擇與之相適應的頂管設備及施工工藝。

      同時,頂管施工還具有連續(xù)性及不可逆轉(zhuǎn)性。當一項頂管工程開始施工后,便無法隨意暫停,若停工時間過長,將會大大增加頂進失敗的幾率。在頂進施工中,如果頂管機出現(xiàn)問題,需及時找出故障原因,并及時處理。

      2 工程概況

      某市政給排水工程施工周邊地層環(huán)境復雜,沿線管道較多,且存在大量障礙物。為盡可能減少對周圍環(huán)境及構造物的影響,決定采用全線鋼頂管施工方案,頂管段為J42B井~J45井。結(jié)合工程施工現(xiàn)場情況,決定采用2根內(nèi)徑3.6 m的鋼管,27.1 km為單根總長度,7.2 m為2根管道的間隔距離。據(jù)地質(zhì)勘查結(jié)果顯示,沿線管道所處地基土主要由黏性土、粉性土和砂土等構成,且以水平層理分布,具體分層情況如表1所示。

      表1 地基土分層表

      3 施工方案選擇

      本工程所在管道沿線情況復雜,分布有大量民房、廠房,且地下管線縱橫交錯。原計劃搬遷其中2處頂管井所在位置的民房、廠房,然而,具體實施過程中困難重重,因此決定另選其他解決方案,根據(jù)工程建設實際情況,決定采用以下3種施工頂進方案。

      3.1 直線頂進方案

      實施直線頂管方案的根本目的是為了與樁基避開,管道覆土厚度為23 m,頂管穿越⑤2-1層黏土層,此土層屬于微承壓水層,若在此類土層內(nèi)穿越頂管施工難度較大。加之管道具有較大埋設深度,工作井和接收井頂管施工的開挖深度將超過29 m,且本管道沿線環(huán)境復雜,地下管線縱橫較差,需要加大保護力度,深基坑施工風險很大,且成本高。

      3.2 斜向?qū)臃桨?/h3>

      由J45井和J42B井分別頂出管段之后,便可于地下對接。14 m為斜向?qū)臃桨腹艿栏餐梁穸?,頂管將穿越④層淤泥質(zhì)黏土層,且在頂管施工中此類土層施工效果最好。相比直線頂進方案,此方案的工作井和接收井頂管施工開挖深度相對較小,僅為20 m,同樣深基坑施工風險也相對較小,在可控范圍之內(nèi),且成本較直線頂進方案偏低。然而,該施工方案需加固對接點位置的土體,將大大增加施工范圍,并導致造價增高,基于本路段沿線環(huán)境復雜,加固困難重重,,因此,在土體加固施工中,此方案難度系數(shù)偏高,且成本較高。

      3.3 曲線頂進方案

      根據(jù)現(xiàn)場施工特點,可由J45井頂進一段直線段之后,可通過曲線頂管的方式和障礙物避開之后,進入J42B井。曲線頂進方案與斜向?qū)臃桨傅墓艿栏餐梁穸认嗤?,均?4 m,且同樣由④層淤泥質(zhì)黏土層頂管穿越,此層土層頂管施工最佳。20 m為頂管施工工作井和接收井的開挖深度,其深基坑風險較小,屬于可控范圍。此外,與斜向?qū)邮┕は啾?,曲線頂管可與障礙物避開,根本不需要加固周圍土體,且對附近環(huán)境影響不大。

      在充分考慮施工環(huán)境、施工難度、施工風險等多種因素的前提下,決定采用第三種施工方案,曲線頂進方案,即大口徑長距離的曲線鋼頂管施工工藝。

      4 市政給排水長距離頂管施工關鍵技術要點

      4.1 曲率半徑和管節(jié)長度

      因管道沿線地層情況復雜,且存在大量障礙物,為避開管位上的障礙物,結(jié)合工程實際情況,可設880 m為管線曲率半徑,170 m為管線弧長。據(jù)相關研究表明,中繼間布設的間距和允許轉(zhuǎn)角直接決定鋼管曲線頂管最小曲率半徑,因此,可按下式計算鋼管曲線頂管的最小曲率半徑。

      Rmin≥L/2×sin(k×α/2)

      其中,

      最小曲率半徑可由Rmin表示;

      系數(shù)可由k表示,一般為1°;

      管道中繼間的間距可由L表示。

      根據(jù)上式可以計算出,本工程鋼管曲線頂管的中繼間的間距8 m,可設40個中繼間。由于中繼間數(shù)量過大,將大幅增加成本,甚至會增加施工難度,若僅僅依靠中繼間來完成施工難度很大。為此,本工程決定選擇單元管曲線頂進法進行施工,其方法為:針對鋼管按一定長度進行分節(jié)處理,且采用活絡接頭作為鋼管管節(jié)之間的處理,接頭處采用專用設計,為形成曲線,接頭處應滿足偏轉(zhuǎn)角需求。此外,可將若干個糾偏油缸設于管節(jié)接頭位置,在特殊情況下,適當調(diào)整管節(jié)的偏轉(zhuǎn)角。施工過程中,可將橡膠圈設于管節(jié)之間進行密封處理,該設置主要充當臨時止水作用,待完成曲線頂管施工之后,可在管內(nèi)焊接管節(jié),從而連成一個整體,保證施工正常開展。

      確定曲線頂管管節(jié)長度時,需考慮很多因素,如管線的弧長、鋼板規(guī)格等,若管節(jié)太短,雖有利于形成曲線,但在頂進施工中極易產(chǎn)生偏差,甚至會大幅增加后期焊接補強的工作量。若管節(jié)太長,雖減小了后期焊接工作量,但很難形成曲線,甚至在不均勻頂力作用下,出現(xiàn)管節(jié)失穩(wěn)情況。根據(jù)以往施工經(jīng)驗,2 m、2.2 m、2.5 m為常用的鋼板規(guī)格,為保證施工質(zhì)量,決定在此基礎上確定鋼管曲線頂管施工管節(jié)的長度。經(jīng)對比分析,決定以5 m為曲線頂管的管節(jié)長度。

      4.2 管節(jié)接頭處理

      由于本工程選擇薄壁鋼管結(jié)構,為增強接頭位置環(huán)向剛度,需將加勁板設于鋼管管節(jié)接頭2端,以此進行接頭位置徑向變形控制。在不均勻頂力作用下,鋼管極易產(chǎn)生變形、失穩(wěn)問題,可沿整個管道一周在管節(jié)接頭兩端進行加勁圓環(huán)設置,并將臨時木墊片設于2個圓環(huán)之間,厚度為20 mm。

      在頂管施工中,可將天然橡膠圈設于管節(jié)接頭處,起到臨時止水作用,避免滲漏。同時,要盡可能減小接頭處前后管節(jié)之間的空隙,從而達到管節(jié)間插入施工要求。根據(jù)施工要求,可在12000 kN控制曲線頂管最大允許頂力標準值。待結(jié)束頂管施工之后,需及時去除加勁板、加勁圓環(huán),從而達到過水斷面的需求。并采用焊縫的方式對2節(jié)管節(jié)進行連接,且在2級以上控制焊縫質(zhì)量。

      4.3 線型布設

      根據(jù)工程實際情況,本工程共選用2根鋼管,以直線+曲線的方式進行線型布設,其中曲線段I號管和II號管的各項技術指標如表2所示。

      表2 曲線段I、II號管主要技術指標

      此外,在直線段上,可將中繼間布設于各條管線內(nèi),共2個;曲線段上,無需設置中繼間,可將糾偏油缸設于2節(jié)管節(jié)之間,共3只。

      4.4 頂進施工

      待完成各項準備工作之后,便可按照設計要求,正常頂進施工。開始頂進時,便可開啟各項操作工作,如總電源開關、主油泵、渣漿泵等,在此過程需對泥漿輸送機和主頂千斤頂?shù)乃俣冗M行適當調(diào)整,保證滿足頂進施工要求。待其進入平衡狀態(tài)后,便可開啟壓漿系統(tǒng),在整個頂進施工環(huán)節(jié),要實時查看掘進機的狀態(tài)與施工趨勢,隨時微調(diào)千斤頂,避免偏差,做好機頭方向控制。

      5 結(jié)語

      伴隨城市的不斷擴張,地下管網(wǎng)、管線系統(tǒng)也愈加復雜。市政給排水工程是一項與居民生活息息相關的基礎設施,如何提高工程質(zhì)量成為了關鍵。頂管施工作為一種非開挖技術,無需開挖便可穿越地面建筑物、公路、各種地下管線。為此,在市政給排水工程施工中,必須重視頂管施工技術的應用,提高施工技術水平,規(guī)范施工工藝,全面提升工程建設質(zhì)量。

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