市政给排水管网是城市基础设施的重要组成部分。传统的挖槽埋管地下管线施工技术由于对地面交通影响较大, 使本来就拥挤繁忙的城市交通和市民出行如同雪上加霜, 这已经成了一个迫切解决的问题。非开挖技术将完全能解决这些难题, 提供安全及经济的施工方法。下面从自己的工程实践出发谈一下常用的几种非开挖技术的技术管理。
1 非开挖技术的前期准备和施工测量
1.1 前期准备
非开挖工程开工前, 一方面要勘查场地条件, 另一方面做好人员安排和材料采购。
1.2 施工测量
(1) 地质环境即通过设计院提供的地质报告和补充地质钻探来分析地层的组成、分层抽取试样作土工试验和确定地下水的分布形式与地下水的水位标高。
(2) 探测地下管线和地下障碍物的主要步骤分为资料调研、仪器探测和明槽探测三步。资料调研可通过管线交底会议来实现, 该会议一般由业主组织。也可以采取向规划局购买施工区域的管线平面图和剖面图的方式。对需要进一步明确的管线资料, 要到相应管线管理部门进一步了解。资料调研得出的对施工可能造成影响的管线需要用仪器进行探测。
2 常用的几种非开技术和运用
2.1 水平定向钻施工技术和运用
2.1.1 水平定向钻施工技术原理如下简述:
导向孔:导向孔是在水平方向按预定角度并沿预定截面钻进的孔, 包括一段直斜线和一段大半径弧线。导向孔的方向控制由位于钻头后端的钻杆内的控制器 (称为弯外壳) 完成。
预扩孔:导向孔完成后, 要将该钻孔进行扩大到合适的直径以方便安装成品管道, 此过程称为预扩孔, (依最终成孔尺寸决定扩孔次数) 。通常, 在钻机对岸将扩孔器连接到钻杆上, 然后由钻机旋转回拖入导向孔, 将导向孔扩大, 同时要将大量的泥浆泵入钻孔, 以保证钻孔的完整性和不塌方, 并将切削下的岩屑带回到地面。
回拖管道:预扩孔完成以后, 成品管道即可拖入钻孔。管道预制应在钻机对面的一侧完成。扩孔器一端接上钻杆另一端通过旋转接头接到成品管道上。旋转接头可以避免成品管道跟着扩孔器旋转, 以保证将其顺利拖入钻孔。回拖由钻机完成, 这一过程同样需要大量泥浆配合, 回拖过程要连续进行直到扩孔器和成品管道自钻机一侧破土而出。
2.1.2 浅述水平定向钻施工在重庆市市政给排水管网的运用实践
重庆江北大湾DN700给水管道工程某段在穿越公路中运用水平定向钻施工、管段全长为43m, 重庆北碚红工水厂至西南大学DN300_DN500管道工程中在西南大学2号门穿越公路段, DN300给水管道顶管工程、管段全长为32m、重庆南岸融侨半岛DN300给水管道工程某段穿越公路段运用该技术, 管段全长为43m。上述工程都按照预定的工期完成了施工质量的要求, 避免了传统开挖带来的不利影响, 但在其后运用其在重庆木洞地区进行DN400排水管道顶管的施工中, 出现排水管道高程不能够满足设计要求, 而重新进行掘进。对工程事故进行分析后, 得出水平定向钻施工在坚硬的砂岩和渐变岩层中掘进时, 导向孔很难参照控制器确定来进行掘进, 并很容易导向孔被卡死现象, 通过工总结得出, 排水工程一般埋置比较深, 土质多为页岩和砂岩地层等渐变岩层, 其技术不适宜运用在土质坚硬岩层的排水顶管施工。
2.2 顶管施工技术和运用
2.2.1 顶管施工的基本原理和施工工艺流程:
顶管施工就是借助于主顶油缸以及中继间的顶进力, 把工具管或顶管掘进机从工作坑内穿过土层一直顶进到接收坑内吊起。与此同时, 把紧随在工具管或掘进机后的管道埋设在两个工作坑之间。在顶管施工中主要有三种工作面平衡理论:气压、土压和泥水平衡理论。其施工工艺流程如下:
测量放线→工作井施工→装配式后背墙安装→导轨安装→主顶千斤顶安装→油泵安装→顶铁安装→进出洞施工及密封→管道顶进→出土。
2.2.2 泥水平衡的顶管机的管道顶进的控制技术
泥水平衡的顶管机的施工控制技术包含很多内容如:装配式后背墙安装、导轨安装、顶铁安装、千斤顶使用、油泵安装、管道顶进、测量、纠偏等, 每一道工序的施工质量对顶管工程都相当重要, 下面着重叙述管道顶进的技术控制工作:
工作井在拆除封门后, 应立即开始顶进机头, 顶进300mm以后, 开启加泥系统注入泥浆, 以便调节渣土的塑流性和保持土压平衡。机头初入土时, 因机头在轨道上没有足够抵抗力矩, 使刀盘转动时机头易产生旋转, 故在入土的初始2m时, 顶进速度控制在5mm/min以下, 以防止机头旋转, 并不间断地观测机头倾角和旋转角, 倾角发生变化用纠偏千斤顶调正, 旋转角大于±50, 刀盘开反转调正;在顶进2m后机头不旋转的情况下, 逐渐加大顶进速度。机头尚未完全入土时, 土仓压力控制在0.1～0.15MPa。机头全部入土后, 下第一节管做后封闭。后封闭完后, 向机头壳体注浆孔注1:2水泥砂浆充填机头外超挖的空间, 注浆压力控制在0.4MPa。为防止机头初出洞时洞口土质不稳定而产生塌方, 在洞口处内置刚性涨圈。后封闭采用环形橡胶板紧贴土体, 洞口侧墙用环形钢板覆压, 防止加注触变泥浆时发生跑浆现象。
在前1～4节管顶进的过程中如果停机, 则有可能出现顶进管段回弹, 这时需要在回镐下管时加方木支撑, 或在回镐之前多顶100～200mm, 可保持前几节管回弹而不影响后节管的安放。
顶进速度控制在30～50mm/min, 前30m和纠偏时用低速, 之后视出土搅拌、刀盘扭矩情况适当加快顶进速度。下管时, 在机头停止顶进状态下, 刀盘空转3～5min, 在停机时关闭螺旋输送机排泥液压门, 并断电以保证土压仓土压。
2.2.3 顶管施工的工程运用实践
重庆沙坪坝区三级污水管网某标段改造工程中, 管道新建和改造DN1400管道, 总计长度2.1KM, 其中顶管部分全长为780M, 共分10个顶进阶段施工;重庆人和加压站DN700供水管道改造工程, 就有某段在穿越公路运用顶管技术, 顶管全长为42M, 上述工程运用顶管技术施工, 减少了工程在市区的干扰, 取得了相当好的社会效应, 但是, 由于重庆市的地质岩层比较浅, 而污水干管工程埋置深, 管道顶进土层多为坚硬的砂岩, 刀盘损耗大, 导致管道顶进速度慢。通过工程总结得出, 顶管的前期地勘资料应详细和进行复勘以及在管道顶进的技术控制相当重要。
摘要：本论文对城市给排水施工中的非开挖施工技术和运用进行讨论, 对顶管施工的管道顶进做阐述, 对于进一步推动给排水管道的非开挖施工应用具有一定的借鉴意义。
关键词：非开挖技术,水平定向钻技术,顶管施工技术
参考文献
[1] [德]马·谢尔勒著, 漆平生, 杨顺喜, 李周译.顶管工程[M].北京:中国建筑工业出版社.1983.
[2] 余彬泉, 陈传灿.顶管施工技术.人民交通出版社, 1997
[3] 白家波.机械顶管进出洞技术研究, 中州大学学报, 2001年第3期