市政管線工程頂管施工技術(shù)研究

董澤青

摘 要：本文以實(shí)際市政工程為依據(jù)，對頂管施工技術(shù)的施工過程、施工監(jiān)測、注漿、頂管作業(yè)、工作坑設(shè)計(jì)以及施工技術(shù)原理等內(nèi)容進(jìn)行了簡明扼要的研究和分析，旨在為今后市政管線的施工提供借鑒。

關(guān)鍵詞：市政工程;頂管技術(shù);管線施工

中圖分類號：TU990.3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

1 對頂管施工技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)進(jìn)行分析

在對管道進(jìn)行敷設(shè)時，頂管是非開挖技術(shù)之一，在使用該技術(shù)進(jìn)行施工時，不需要對原有的道路進(jìn)行開挖，采用點(diǎn)施工的方式代替線施工，使施工干擾進(jìn)一步降低。

通過對明挖法管道敷設(shè)進(jìn)行分析和對比，可知頂管施工技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)為：

（1）使用點(diǎn)操作代替原有的線操作過程，可以使施工工作面進(jìn)一步縮小，從而達(dá)到降低安全風(fēng)險(xiǎn)的目的;（2）由于頂管施工的施工深度較深，因此可以降低對周邊環(huán)境、城市地表交通、空氣污染以及噪聲污染等影響。

與此同時，頂管施工技術(shù)也存在缺點(diǎn)，主要如下：

（1）使用頂管技術(shù)進(jìn)行施工，具有較大的難度，因此其需要施工人員有過硬的素質(zhì)和技術(shù)，除此之外，在施工開始之前，施工單位應(yīng)該嚴(yán)格仔細(xì)的對施工方案進(jìn)行驗(yàn)算和設(shè)計(jì);（2）在對硬質(zhì)巖進(jìn)行施工過程中，由于施工周期相對較長，導(dǎo)致施工成本增加。

2 頂管施工技術(shù)的具體內(nèi)容

2.1 對工具管進(jìn)行選擇

在對工具管進(jìn)行選擇的過程中，應(yīng)該以工作管為依據(jù)，并保障施工操作空間符合要求。在對本工程進(jìn)行施工過程中，采用重型鋼鐵混凝土管作為施工工具管，φ400管道工具管的外徑為1 240 mm、壁厚為120 mm、管內(nèi)徑為1 000 mm;

φ1 000管道工具管外徑為1 440 mm、壁厚為120 mm、內(nèi)徑為1 200 mm。

2.2 施工的主要順序

在對頂管施工過程中，主要可以分為兩部分：第一，主管線螺旋鋼管的頂進(jìn)施工;第二，重型鋼筋混凝土工具管的頂進(jìn)施工。通過對自來水管道以往的頂管過程實(shí)施分析，再與現(xiàn)場地質(zhì)相結(jié)合，可知該地是強(qiáng)風(fēng)化凝灰?guī)r，因此在對工具管進(jìn)行頂進(jìn)施工時，應(yīng)先人工破碎巖體，在此過程中，施工人員首先應(yīng)該使用風(fēng)鎬對工具管進(jìn)行處理，使其外徑輪廓與設(shè)計(jì)要求相符，當(dāng)工具管就位后，應(yīng)一邊開挖一邊頂進(jìn)完成下一步施工。若頂進(jìn)時阻力增加，為了使阻力降低，施工人員應(yīng)進(jìn)行注漿處理。

2.3 對工作井進(jìn)行設(shè)計(jì)

（1）平面位置。該項(xiàng)目的工作井平面尺寸是10.5 m×

4.0 m，主要位于施工主干道的西側(cè)。以基底地質(zhì)情況和平面尺寸為依據(jù)，實(shí)施放坡開挖，放坡系數(shù)為1：0.5，開挖的深度為5.5 m。接受坑位于施工主干道的東側(cè)，其平面尺寸與工作井一致，以地基地質(zhì)情況和平面尺寸為依據(jù)，實(shí)施放坡開挖，開挖的深度為5.3 m，放坡系數(shù)為1：0.5。

（2）對邊坡進(jìn)行加固處理。在對工作井邊坡實(shí)施加固處理時，通常應(yīng)采取掛網(wǎng)噴射混凝土的處理手段。邊坡掛網(wǎng)的鋼筋網(wǎng)規(guī)格為φ6.5，混凝土的厚度為8 cm，網(wǎng)格間距為20 cm×20 cm。施工順序?yàn)椋呵謇磉吰?，并完成錨固鋼筋的安裝，再在上方掛鋼筋網(wǎng)片，最后對混凝土進(jìn)行噴射并養(yǎng)護(hù)處理。

2.4 頂管作業(yè)

本工程頂管作業(yè)的順序是自西向東，頂進(jìn)應(yīng)沿著坡自下而上，坡度為2.4‰，高差是14.4 cm。

在完成對工作坑的防護(hù)施工后，應(yīng)進(jìn)一步對墊層和后背墻進(jìn)行處理，墊層應(yīng)按照就地澆筑混凝土的方法實(shí)施施工，最后還需人工找平;后背墻應(yīng)按照模筑法實(shí)施施工，并在靠近邊坡的位置放置錨固鋼筋，并將φ12鋼筋網(wǎng)片設(shè)置在靠近千斤頂?shù)奈恢?，焊牢錨固鋼筋和鋼筋網(wǎng)片后，并使用方木、竹膠板等進(jìn)行立模，完成混凝土的澆筑。

當(dāng)澆筑完工作井的后背和墊層后，需要對液壓油缸、頂背鋼板以及導(dǎo)軌等設(shè)備實(shí)施安裝。在對導(dǎo)軌實(shí)施安裝時，為了避免因頂進(jìn)松動所導(dǎo)致頂進(jìn)的高程和軸線誤差，施工人員應(yīng)確保其安裝的牢固性。

導(dǎo)軌安裝后，應(yīng)先吊放工具管，再以其位置為依據(jù)對液壓油缸進(jìn)行放置，完成軌道的安裝后，應(yīng)吊放工具管，再以工具管位置為依據(jù)對液壓油缸進(jìn)行放置，通常應(yīng)在頂進(jìn)斷面中心點(diǎn)以下選擇液壓油缸的受力作用點(diǎn)，一般為直徑的1/3～2/5位置處。

當(dāng)設(shè)備就位后，便可頂進(jìn)施工，人工挖掘出渣。由于該工程實(shí)際地質(zhì)較硬，所以需借助風(fēng)鎬和水墨鉆等工具對其實(shí)施處理，并邊開挖邊頂進(jìn)進(jìn)行施工。在實(shí)施頂進(jìn)時，施工人員每頂進(jìn)一節(jié)管道，就應(yīng)對管口的嚴(yán)密性和準(zhǔn)確性進(jìn)行分析，使其頂進(jìn)方向與軸線一致。

2.5 注漿

在頂管施工結(jié)束后，開挖作業(yè)面和工具管之間存在一定的風(fēng)險(xiǎn)，為了防止出現(xiàn)沉降，應(yīng)使用注漿泵對坑壁進(jìn)行處理。注漿的組成有灌漿劑、水、水泥，水泥砂漿強(qiáng)度不小于50 MPa，水泥強(qiáng)度應(yīng)大于42.5 MPa，稠度為14 s～18 s，泌水率應(yīng)不大于3%。

2.6 管道糾偏處理

在對工具管進(jìn)行頂進(jìn)施工過程中，由于外力受力不均勻，頭部會與設(shè)計(jì)標(biāo)高和軸線之間出現(xiàn)偏差，因此施工人員應(yīng)對工具管進(jìn)行糾偏處理，糾偏角度應(yīng)小于0.5°。每頂進(jìn)1 m后，施工人員就應(yīng)對偏差進(jìn)行測量，并對管道的運(yùn)動軌跡進(jìn)行分析，對糾偏大小進(jìn)行確定。

2.7 基坑監(jiān)測

將監(jiān)測點(diǎn)沿著基坑周邊進(jìn)行布置，監(jiān)測點(diǎn)使用1根φ16鋼筋，入土深度為1 m，并使用C20細(xì)石混凝土對周邊進(jìn)行澆搗密實(shí)處理，并在周邊安置圍護(hù)和標(biāo)志，每個工作井周邊坡頂位移監(jiān)測點(diǎn)的數(shù)量應(yīng)為2個。除此之外，為了對管道上方巖體穩(wěn)定性進(jìn)行監(jiān)測，應(yīng)將一個觀測點(diǎn)設(shè)置在頂管作業(yè)上方。

當(dāng)開挖深度不超過5 m時，應(yīng)每兩天監(jiān)測一次，當(dāng)出現(xiàn)異常情況或者雨天時，應(yīng)提高監(jiān)測頻率。當(dāng)監(jiān)測值不符合要求時，施工單位應(yīng)及時與建立和設(shè)計(jì)單位進(jìn)行聯(lián)系，并對其進(jìn)行處理。報(bào)警值主要有以下幾個方面：（1）當(dāng)頂部水平或者豎直累計(jì)位移絕對值為30 mm，每天的變化量超過3 mm時;（2）基坑周邊豎向累計(jì)位移的絕對值為35 mm，每天的變化量超過3 mm時。

2.8 對頂力進(jìn)行計(jì)算

在對頂進(jìn)設(shè)備的頂力進(jìn)行計(jì)算時，應(yīng)采用如下公式（以φ1 200工具管為依據(jù)）：

F=N×M×f/η

其中：油缸油耗損耗為η;摩阻系數(shù)為f;單節(jié)工具管自重為M;工具管節(jié)數(shù)為N;最大頂力為F。

每節(jié)φ1 200工具管長度為2 m，摩阻系數(shù)為1.5，自重為2.5 t，油耗損耗為0.8。由此可計(jì)算出最大頂力為140.6 t。

以管道所處的水文地質(zhì)和最大頂力情況為基礎(chǔ)，配置2臺（1臺為備用）400 t的臥式千斤頂，行程為0.5 m。

2.9 對后背墻進(jìn)行檢算

后背墻的設(shè)計(jì)墻厚為0.3 m，高度為1.5 m，寬度為2 m，內(nèi)襯鋼筋網(wǎng)片規(guī)格為φ12@100，混凝土強(qiáng)度為C30。公式如下：

F≥P/[σ]

其中：混凝土允許承載力為[σ]，取1 000 kN/m2;計(jì)算頂力為P，取1 406 kN;混凝土后背面積為F。

由此可計(jì)算出，F(xiàn)為1.406 m2，安全系數(shù)為2時，F(xiàn)為2.8 m2，因此實(shí)際施工過程中后背墻面積為3 m2，符合施工要求。

3 頂管施工的問題和措施

3.1 頂管機(jī)旋轉(zhuǎn)

為了防止頂管機(jī)出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)，可以將配重?cái)[放在頂頭內(nèi)。當(dāng)頂管機(jī)出現(xiàn)左旋現(xiàn)象時，可將配重放置在機(jī)內(nèi)右側(cè)，反之應(yīng)放在左側(cè)。

3.2 崩鐵事故

當(dāng)對最后幾節(jié)管進(jìn)行頂進(jìn)施工時，由于頂力過大，會出現(xiàn)崩塌事故，這主要是因?yàn)橛捎诳v向頂鐵過程導(dǎo)致頂力偏移，從而出現(xiàn)偏心荷載。為了避免崩塌事故，施工人員應(yīng)對壓力表指針的變化進(jìn)行實(shí)時觀察。

4 結(jié)束語

在市政管線施工過程中，頂管技術(shù)涉及機(jī)械、工程測量以及地質(zhì)等多個方面，因此為了使管道順利敷設(shè)，施工單位應(yīng)提高自身的頂管技術(shù)的水平。本文通過對某工程的實(shí)際施工進(jìn)行分析，對頂管技術(shù)的內(nèi)容進(jìn)行了總結(jié)，為今后施工提供借鑒。

參考文獻(xiàn)：

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