基于復(fù)雜環(huán)境管線遷改項(xiàng)目的頂管法施工技術(shù)研究

周建輝 裴亮 湯俊 劉昊昱 劉帥子

中國水利水電第七工程局有限公司 四川成都 610041

1 頂管法施工技術(shù)的基本概述

1.1 基本原理分析

頂管法技術(shù)應(yīng)用的最大優(yōu)勢(shì)就是在操作的時(shí)候不需要開挖地表，或者是開發(fā)的面積非常小。而且，作為一種新型的管道敷設(shè)工藝，其不僅可以下穿河流、公路和鐵路，甚至能夠穿越已有的管線結(jié)構(gòu)和建筑結(jié)構(gòu)。頂管法技術(shù)施工要求采用預(yù)制管節(jié)。在進(jìn)行豎向開挖的同時(shí)，將一些設(shè)備掘進(jìn)到接收井當(dāng)中進(jìn)行管節(jié)吊裝。同時(shí)，先對(duì)土層進(jìn)行開挖，然后將已經(jīng)廢棄的土方從管道內(nèi)部送至地面，然后使管節(jié)頂進(jìn)掘進(jìn)空間的內(nèi)部[1]。

1.2 頂管法施工的系統(tǒng)

接收井，也就是管道頂通后，可用于取出或拆卸頂管設(shè)備的沉井。

控制室，也被稱作陸上控制臺(tái)。當(dāng)工作井無法進(jìn)行頂進(jìn)工作的時(shí)候，技術(shù)人員就可以在操控室之內(nèi)進(jìn)行后續(xù)的操作。

泥水分離器，其系統(tǒng)有五本部分組成，包括電控結(jié)構(gòu)、砂礫泵、除砂旋流器、除泥旋流器、泥漿振動(dòng)篩。主要的工作內(nèi)容就是對(duì)頂管頂進(jìn)實(shí)際過程中所產(chǎn)生的泥漿進(jìn)行泥和水的分離。

進(jìn)漿泵，也就是頂管系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)作的時(shí)候，需要注意工作艙的內(nèi)壓情況。進(jìn)漿泵主要就是泥漿入泵量進(jìn)行科學(xué)有效的控制，通過調(diào)整工作倉內(nèi)壓的形式來確保倉內(nèi)外壓力的平衡，防止沉降情況的發(fā)生。

泥水箱，主要是用來放置泥水，使泥水能夠從進(jìn)漿泵泵出，在經(jīng)過進(jìn)水管、旁通閥等來進(jìn)入泥水倉，使得艙內(nèi)外的水壓平衡。

工作井，也被稱為始發(fā)井。主要是用來放置頂水管、機(jī)械設(shè)備以及開展頂進(jìn)工作。工作井也是系統(tǒng)始發(fā)端，還能夠承擔(dān)來自于液壓油缸頂進(jìn)推力的反作用力，促進(jìn)作用力的平衡。

排泥泵，其工作原理和進(jìn)漿泵恰恰相反，主要是依托排泥的方式來控制壓力使倉內(nèi)外壓力平衡。

頂進(jìn)總成結(jié)構(gòu)，同時(shí)也是頂進(jìn)系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)，包括測量系統(tǒng)、糾偏系統(tǒng)、中繼間、頂進(jìn)設(shè)備、掘進(jìn)機(jī)等。

激光導(dǎo)航組成，當(dāng)整個(gè)系統(tǒng)中的激光經(jīng)緯儀在運(yùn)作的時(shí)候，技術(shù)人員可以依托頂管機(jī)上的接收屏蔽儀器獲得相應(yīng)的測量數(shù)據(jù)，從而分析角度是否存在偏差，并對(duì)偏差值進(jìn)行糾偏，以確保系統(tǒng)能夠按照預(yù)設(shè)的軌跡來頂進(jìn)。需要注意的是，激光導(dǎo)航組成過程中，激光不能繞射，需要按照直線來進(jìn)行頂管測量[2]。

2 基于復(fù)雜環(huán)境管線遷改項(xiàng)目的頂管法施工技術(shù)

2.1 工程概況

該工程為某市污水處理管線遷改項(xiàng)目，管道直徑在1800mm左右，埋深9-10.5m，以頂管工藝為主。

2.2 施工準(zhǔn)備

在實(shí)際施工之前，要求技術(shù)人員能夠?qū)Ξ?dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)條件進(jìn)行有效的評(píng)估，并對(duì)其需要遷改的頂管坑的尺寸、承載力穩(wěn)定性等參數(shù)進(jìn)行合理的考查，以為后續(xù)施工提供參照目標(biāo)。本工程部分路段有鐵路，基于此要求技術(shù)人員對(duì)鐵路的沉降參數(shù)進(jìn)行合理估算，并設(shè)置監(jiān)控點(diǎn)，防止由于鐵路的出現(xiàn)引發(fā)相應(yīng)的沉降危害。

2.3 施工計(jì)劃

本工程由于施工范圍內(nèi)的土質(zhì)相對(duì)較差，因此很難確保其穩(wěn)定性，在實(shí)際計(jì)劃的過程中，需要將鋼筋混凝土作為材料應(yīng)用到施工當(dāng)中，以此來提升接收井和工作井的穩(wěn)定性。必要的情況下，技術(shù)人員也可以將千斤頂布置到工作井的后方位置，并在此基礎(chǔ)上頂推進(jìn)導(dǎo)軌當(dāng)中，使管節(jié)可以被壓入到土層之下。

2.4 導(dǎo)軌安裝

本工程所應(yīng)用的所有導(dǎo)軌都要以配裝飾滾輪支架為主體，在安裝過程中首先需要準(zhǔn)備混凝土基礎(chǔ)面作為導(dǎo)軌的安裝面。其次要復(fù)核管道的中心位置，調(diào)整導(dǎo)軌方向，使管道接觸區(qū)域和滾輪等高度參數(shù)能夠滿足預(yù)先的設(shè)計(jì)需要。最后，在設(shè)計(jì)導(dǎo)軌坡度的時(shí)候需要與設(shè)計(jì)軸線相同，并且導(dǎo)軌滾輪的接觸線和管節(jié)中心的夾角也要合理控制在60°左右[3]。

2.5 承壓壁施工

一般情況下，承壓壁大多處于千斤頂和工作坑之間，以鋼結(jié)構(gòu)為主要的材質(zhì)，在實(shí)際進(jìn)行頂進(jìn)的過程中承壓必須要承受的頂力和壓力往往較高，如果剛度無法達(dá)標(biāo)，后續(xù)的施工進(jìn)度也很難落實(shí)?；诖?，為了解決壓力和頂力達(dá)標(biāo)的問題，本工程需要將承壓壁的承壓能力設(shè)計(jì)在6500kN。如果承壓壁要以工作井為材料，則應(yīng)該采用磚結(jié)構(gòu)將工作井的洞口堵住。除此之外，為了能夠使得承壓壁受力均勻，可以將C30混凝土灌注在井壁之間，以此來提升其安全性和穩(wěn)定性。

2.6 主頂施工

在實(shí)際施工的過程中，該項(xiàng)目的主頂設(shè)備需要被安裝于承壓壁之前，尤其是在初始頂進(jìn)的時(shí)候，技術(shù)人員可以采用四個(gè)千斤頂相互組合的形式，形成合力，組合裝置在啟動(dòng)千斤頂之后，整個(gè)組合裝置一方面可以在相互的作用之下優(yōu)化頂進(jìn)的效率，另一方面也能夠增加施工的安全性。但需要注意的是，想要確保頂進(jìn)過程的順利進(jìn)行，千斤頂?shù)囊?guī)格應(yīng)該一致，而且行進(jìn)的步驟要同步。在四個(gè)千斤頂中，每一個(gè)千斤頂實(shí)際承受的壓力不能高于額定的值，以此來防止千斤頂在頂進(jìn)實(shí)際中受到損傷，降低其安全系數(shù)。

3 結(jié)語

基于復(fù)雜環(huán)境管線遷移項(xiàng)目的頂管法施工技術(shù)的有效應(yīng)用，一方面能夠確保該項(xiàng)目的順利運(yùn)行，另一方面還可以節(jié)約成本、提升施工項(xiàng)目的運(yùn)行性能?；诖?，在實(shí)踐中應(yīng)該有效地依照項(xiàng)目的具體落實(shí)情況來擇優(yōu)選擇合適的頂管法施工技術(shù)，并促進(jìn)技術(shù)的安全應(yīng)用，進(jìn)而為現(xiàn)代化城市的可持續(xù)化發(fā)展和進(jìn)步奠定可靠的技術(shù)基礎(chǔ)。