市政給排水項(xiàng)目施工長距離頂管施工技術(shù)的應(yīng)用

摘要：市政給排水項(xiàng)目中長距離頂管施工技術(shù)的應(yīng)用，具有施工速度快、環(huán)境影響小、適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，能夠有效降低工程成本，提高施工質(zhì)量和效率。探討市政給排水項(xiàng)目中長距離頂管施工技術(shù)的應(yīng)用要點(diǎn)，并結(jié)合實(shí)際工程案例進(jìn)行施工監(jiān)測(cè)及效益分析。研究結(jié)果顯示：長距離頂管施工技術(shù)在經(jīng)濟(jì)成本和社會(huì)效益方面均優(yōu)于傳統(tǒng)施工方法，在市政給排水項(xiàng)目中的應(yīng)用具有廣闊的前景，值得進(jìn)一步推廣和應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：長距離；頂管施工；土壓平衡；地層損失；黏土泥漿

0" "引言

市政給排水項(xiàng)目是城市基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，對(duì)于保障城市居民的生活質(zhì)量和城市的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。隨著城市化進(jìn)程的加快，傳統(tǒng)的開挖施工技術(shù)已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代化城市建設(shè)的需求，因此長距離頂管施工技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。該技術(shù)具有施工速度快、周圍環(huán)境影響小、安全性高等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于市政給排水項(xiàng)目的施工中。

本文探討市政給排水項(xiàng)目中長距離頂管施工技術(shù)的應(yīng)用要點(diǎn)，并結(jié)合實(shí)際工程案例進(jìn)行施工監(jiān)測(cè)及效益分析。研究結(jié)果顯示，長距離頂管施工技術(shù)在經(jīng)濟(jì)成本和社會(huì)效益方面均優(yōu)于傳統(tǒng)施工方法。

1" "長距離頂管施工技術(shù)概述

1.1" "長距離頂管施工技術(shù)特點(diǎn)

長距離頂管施工技術(shù)的核心原理，在于其能夠在不開挖地表的情況下，利用頂管機(jī)進(jìn)行地下管道的鋪設(shè)。該技術(shù)的關(guān)鍵在于土壓平衡頂管機(jī)的運(yùn)用，通過控制土壓來保持地層穩(wěn)定，同時(shí)通過液壓缸提供的動(dòng)力推動(dòng)前進(jìn)，確保施工的連續(xù)性和高效性。

在施工過程中，通過調(diào)整黏土泥漿和清水的比例，能夠在不同類型的土層中達(dá)到最佳的土倉密封性，從而保證施工的安全性和效率[1]。

1.2" "施工工藝流程與操作要點(diǎn)

1.2.1" "施工工藝流程

長距離頂管施工技術(shù)是一種在地下進(jìn)行管道鋪設(shè)的非開挖施工技術(shù)，其施工工藝流程主要包括以下幾個(gè)步驟：

首先，施工前需要進(jìn)行詳細(xì)的地質(zhì)勘察和設(shè)計(jì)，以確定管道的走向、深度和直徑等參數(shù)。其次，使用頂管機(jī)將管道從工作井中頂入地下，同時(shí)做好土層的支護(hù)和管道的連接等工作[2]。最后，施工完成后進(jìn)行管道的試壓和驗(yàn)收等工作，以確保管道的正常使用和工程的順利完成。

1.2.2" "操作要點(diǎn)

在施工過程中，操作要點(diǎn)主要包括：

一是要嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求和施工規(guī)范進(jìn)行施工，確保施工的質(zhì)量和安全。

二是要嚴(yán)格控制施工過程中的各項(xiàng)參數(shù)，如頂管機(jī)的推進(jìn)速度、土層的支護(hù)強(qiáng)度等，以確保施工的順利進(jìn)行。

三是要加強(qiáng)施工過程中的監(jiān)測(cè)和檢測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理施工中的問題，確保工程質(zhì)量的達(dá)標(biāo)。

四是進(jìn)行地質(zhì)調(diào)查以確定土層特性，選擇合適的黏土泥漿和清水比例。

2" "長距離頂管施工技術(shù)應(yīng)用

2.1" "工程概況

本工程為山東省青島市平度市區(qū)內(nèi)現(xiàn)河?xùn)|路南北方向穿人民路、圍山河、現(xiàn)河，工程樁號(hào)為2K+495～6K+487，

全長為4092m。主要管徑包括D1000、D1200和D2000，共計(jì)30座沉井，均為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。

頂進(jìn)區(qū)間包括WJ1-WJ2、WJ2-WJ3、WJ3-WJ4和WJ4-WJ5，頂進(jìn)距離分別為166m、1263m、1530m和1133m。頂進(jìn)區(qū)間分布情況見表1。

2.2nbsp; "長頂管工程質(zhì)量控制策略

2.2.1" "基于地質(zhì)勘察制定施工方案

市政給排水長頂管工程施工控制策略，是確保工程順利進(jìn)行的關(guān)鍵。在施工前，應(yīng)進(jìn)行詳細(xì)的地質(zhì)勘察，了解土層結(jié)構(gòu)和地下水位情況，以制定合理的施工方案。長距離頂管施工技術(shù)流程如圖1所示。

2.2.2" "合理選擇設(shè)備并科學(xué)應(yīng)用

選擇合適的頂管設(shè)備，包括頂管機(jī)、頂鐵、千斤頂?shù)?，這對(duì)于施工過程的順利進(jìn)行至關(guān)重要。施工過程中，要嚴(yán)格控制頂力和頂進(jìn)速度，避免對(duì)周圍土體和建筑物造成影響，同時(shí)加強(qiáng)對(duì)頂管機(jī)的維護(hù)，確保其正常運(yùn)行。

此外，施工質(zhì)量控制也不容忽視，需要對(duì)頂管接口、管道連接等關(guān)鍵部位進(jìn)行嚴(yán)格把關(guān)，確保施工質(zhì)量。

2.2.3" "做好安全管理

安全管理是施工過程中的重中之重，需要嚴(yán)格執(zhí)行安全操作規(guī)程，加強(qiáng)對(duì)施工人員的安全教育和培訓(xùn)，提高安全意識(shí)。

2.2.4" "做好環(huán)境保護(hù)

環(huán)境保護(hù)也是施工過程中需要考慮的重要因素，應(yīng)采取降塵、降噪等措施，減少對(duì)周圍環(huán)境的影響。

2.3" "土壓平衡控制管理

2.3.1" "壓力的控制管理

本工程中，將頂進(jìn)控制土壓力為0.1～0.5MPa。土壓力與頂進(jìn)速度成正比關(guān)系，而螺旋輸送機(jī)排出的土量與土壓力成反比關(guān)系。

初始頂進(jìn)時(shí)需要確保排出的土壤量達(dá)到95％～100％，地面沉降的控制在±5mm。頂進(jìn)速度和排土量的變化會(huì)影響土壓力，頂進(jìn)速度控制在3～4cm/min[4]。土壓平衡管理流程如圖2所示。

2.3.2" "地層壓力損失原因及控制

地層損失的原因包括施工過程中初次影響、接頭密封所產(chǎn)生的斷裂以及頂管機(jī)械調(diào)整造成的地面損失。為了降低地層損失的影響，采取以下控制措施：

一是監(jiān)督管道挖掘過程中土壤量。如果土壤挖掘量超過12斗，需增強(qiáng)前端倉壓力，同時(shí)確保電機(jī)電流不超過50A，以確保機(jī)械正常運(yùn)行。

二是使用法蘭片進(jìn)行接口密封。機(jī)械需要檢護(hù)或維護(hù)時(shí)，卸除螺旋輸送機(jī)，使用法蘭片進(jìn)行接口密封，以防止外界的土壤、沙粒和水分進(jìn)入管道。

三是減少地面重型車輛通行。在砂質(zhì)土體中制管時(shí)，減少地面重型車輛通行，降低地層由于動(dòng)態(tài)載荷造成的不穩(wěn)定。

四是科學(xué)硬化和注漿。每次頂進(jìn)施工后，應(yīng)迅速使用水泥粉煤混合砂漿進(jìn)行硬化和注漿，以填補(bǔ)管道間隙，避免地面沉降問題[5]。

五是實(shí)施數(shù)據(jù)記錄并進(jìn)行監(jiān)控。對(duì)前端管道壓力、電機(jī)電流和氣缸推進(jìn)速度等數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄與監(jiān)控，特別是需要監(jiān)控電機(jī)電流值的變化，及時(shí)了解刀頭旋轉(zhuǎn)過程中的扭矩狀況。

2.4" "黏土泥漿和清水比例的調(diào)整

施工前，對(duì)施工地層進(jìn)行詳細(xì)的地質(zhì)勘察，發(fā)現(xiàn)該地區(qū)土層主要由黏土、粉土和砂土組成，土層厚度約為20m。基于以上信息，初步確定黏土泥漿和清水的比例為1：1。

在施工過程中，通過定期監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)比例為1：1時(shí)，土倉內(nèi)土體的粘稠度較低，密封性較差。為了提高密封性，逐步增加黏土泥漿的比例，將其調(diào)整為1：0.8。

調(diào)整后，土倉內(nèi)土體的粘稠度和密封性得到了明顯改善。后續(xù)施工中，繼續(xù)監(jiān)測(cè)土倉內(nèi)土體的狀態(tài)，并根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行微調(diào)，以保持最佳的施工條件。

2.5" "長距離頂管施工風(fēng)險(xiǎn)控制策略

2.5.1" "管道被砂層“抱死”

在本標(biāo)段施工中，由于地質(zhì)條件為粉細(xì)砂層，頂管阻力較大。在施工過程中，出現(xiàn)管道移動(dòng)受阻問題，同時(shí)后背墻出現(xiàn)裂縫、油管破裂等狀況。

針對(duì)砂層“抱死”問題，通過實(shí)地觀察、儀器檢測(cè)以及與施工人員的直接溝通，最終確定主要原因是減阻措施不利。解決方案是加強(qiáng)注漿，利用中繼間和主頂配合使管道動(dòng)起來，使管外膨潤土逐漸形成漿套，減小摩阻力。采用該方案最終脫困后繼續(xù)頂進(jìn)52m，完成了320m砂層頂管施工任務(wù)。

2.5.2" "刀盤被卡

在某區(qū)段頂管施工中，頂管機(jī)穿越素墻時(shí)，導(dǎo)致刀盤被卡住，無法解困。當(dāng)遇到刀盤卡住的問題時(shí)，通過調(diào)整黏土泥漿和清水的比例可以有效地解決。

分析認(rèn)為，由于土層中存在較大的石塊或硬質(zhì)物體，或者是由于黏土泥漿和清水比例不當(dāng)，導(dǎo)致土體過于粘稠或過于稀薄。在確定卡住的原因后，嘗試將黏土泥漿和清水的比例調(diào)整為1：0.9，以增加土體的粘稠度，提高對(duì)刀盤的支撐力。同時(shí)，密切監(jiān)測(cè)土倉內(nèi)土體的狀態(tài)，確保調(diào)整后的比例不會(huì)對(duì)施工產(chǎn)生負(fù)面影響。

本工程通過調(diào)整比例，使刀盤的旋轉(zhuǎn)速度有所提高，刀盤卡住現(xiàn)象得到了緩解，從而有效提高了長距離頂管施工技術(shù)的成功率。

3" "施工監(jiān)測(cè)及效益分析

3.1" "頂管深基坑的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目

在頂管深基坑的監(jiān)測(cè)中，本工程頂管的最深工作井可達(dá)26m，監(jiān)測(cè)難度較大。為保證工作井穩(wěn)定性，需制定監(jiān)測(cè)方案，根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)調(diào)整施工工作。

監(jiān)測(cè)項(xiàng)目包括施工環(huán)境、建筑物和重要管線的監(jiān)測(cè)。地表沉降測(cè)量斷面布設(shè)需結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)特點(diǎn)，從始發(fā)井開始每隔7m設(shè)一個(gè)監(jiān)測(cè)斷面，每個(gè)監(jiān)測(cè)斷面沿頂管橫截面方向每隔7m設(shè)一個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，共7個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)。頂掘施工監(jiān)測(cè)項(xiàng)目見表2。

3.2" "監(jiān)測(cè)成果分析

3.2.1" "軸向地表變形分析

在頂管施工監(jiān)測(cè)中，軸向地表變形對(duì)于施工影響較大。監(jiān)測(cè)點(diǎn)a在不同頂進(jìn)距離下地表變形圖如圖3所示。

從圖3可以看出，在頂管頂進(jìn)至10m深度時(shí)，地表變形幅度有限，在工作面前方10m處，地表出現(xiàn)細(xì)微隆起，工作面后方有沉降現(xiàn)象。當(dāng)頂管頂進(jìn)至20m深度時(shí)，工作面后方土體沉降加劇，而工作面前方土體隆起加強(qiáng)，導(dǎo)致地表沉降深度進(jìn)一步加大。

當(dāng)頂進(jìn)深度增至30m時(shí)，開挖區(qū)域的地表沉降明顯加劇，頂管機(jī)刀盤對(duì)前方土體的持續(xù)擠壓作用使得地層出現(xiàn)擾動(dòng)。當(dāng)頂進(jìn)深度達(dá)到40m，后方土體沉降量逐步增大，并趨于穩(wěn)定，前方土體的沉降量開始降低，顯示出一定程度的穩(wěn)定趨勢(shì)。

3.2.2" "橫向地表變形分析

在工作面尚未到達(dá)斷面前，由于工程條件的復(fù)雜性，獲取完整數(shù)據(jù)存在較大難度，導(dǎo)致監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)變化幅度較大。隨著施工作業(yè)持續(xù)推進(jìn)，上行壓力對(duì)前方地下土體造成的不穩(wěn)定變動(dòng)引起地層應(yīng)力轉(zhuǎn)移，擠壓作用造成地面隆起。

斷面處各監(jiān)測(cè)點(diǎn)地表變形圖如圖4所示。從圖4可以看出，當(dāng)工作面推進(jìn)至5m位置時(shí)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)出現(xiàn)沉降現(xiàn)象。分析認(rèn)為，這主要是因?yàn)殡S工作面深入，頂管機(jī)的較大橫截面對(duì)土體產(chǎn)生影響，引發(fā)地表沉降。

頂管機(jī)機(jī)頭通過時(shí)，其對(duì)周圍土體的作用力導(dǎo)致剪切力的產(chǎn)生，進(jìn)而引起地表沉降。而在機(jī)尾通過后，盡管機(jī)尾已離開監(jiān)測(cè)斷面，頂管機(jī)對(duì)土體的持續(xù)作用仍導(dǎo)致地面沉降繼續(xù)，使得監(jiān)測(cè)點(diǎn)的沉降變形量不斷增大。

3.3" "技術(shù)應(yīng)用的效益分析

本工程采用長距離頂管施工，相較于傳統(tǒng)方法，在頂力費(fèi)用、輔助材料、勞動(dòng)力以及機(jī)械成本等方面具有較好的經(jīng)濟(jì)效益。具體來看，長距離頂管施工在頂管井、排水效能、管道材料、削減摩擦和土壤加固等方面，其成本相較于傳統(tǒng)施工技術(shù)，平均降低了95元/m。

科學(xué)應(yīng)用該技術(shù)不僅可以避免損壞周邊的既有設(shè)施，保障居民的財(cái)產(chǎn)安全和生命安全，還可以減少線路改徑和工程搬遷，從而節(jié)約了大量的費(fèi)用。綜合來看，在節(jié)約造價(jià)方面，該施工工藝的節(jié)約額度達(dá)到了10%以上，總的節(jié)約資金約為90萬元。

4" "結(jié)束語

市政給排水項(xiàng)目中長距離頂管施工技術(shù)的應(yīng)用，具有施工速度快、環(huán)境影響小、適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，能夠有效降低工程成本，提高施工質(zhì)量和效率。本文探討市政給排水項(xiàng)目中長距離頂管施工技術(shù)的應(yīng)用要點(diǎn)，并結(jié)合實(shí)際工程案例進(jìn)行施工監(jiān)測(cè)及效益分析。得到以下成果：

采用土壓平衡頂管機(jī)，可以在不開挖地表的情況下進(jìn)行地下管道的鋪設(shè)。施工過程中，頂管機(jī)通過油缸提供動(dòng)力，并根據(jù)地層特性調(diào)節(jié)泥漿和清水比例，來控制土倉密封性，提升施工質(zhì)量和效率。

在風(fēng)險(xiǎn)控制策略方面，針對(duì)管道被砂層“抱死”的問題，利用中繼間和主頂配合推動(dòng)管道。對(duì)于刀盤被卡的問題，通過調(diào)整黏土泥漿和清水的比例可以有效地解決。

施工監(jiān)測(cè)及效果分析表明，長距離頂管施工技術(shù)在經(jīng)濟(jì)成本和社會(huì)效益方面均優(yōu)于傳統(tǒng)施工方法，在市政給排水項(xiàng)目中的應(yīng)用具有廣闊的前景，值得進(jìn)一步推廣和應(yīng)用。

綜上所述，長距離頂管施工技術(shù)在經(jīng)濟(jì)成本和社會(huì)效益方面均優(yōu)于傳統(tǒng)施工方法，在市政給排水項(xiàng)目中的應(yīng)用具有廣闊的前景，值得進(jìn)一步推廣和應(yīng)用。

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