随着经济的发展, 城市居民生活水平的提高, 城市的改造的持续开展, 以及城市地下给排水管道改造。从施工对城市的影响, 如道路交通、市容市貌的角度考虑, 顶管技术在城市建设中得到了广泛的应用和发展, 《顶管施工技术及验收规范》 (试行) 中明确规定:地下管道或其他管线的铺设可以通过顶进施工方法在交通、建筑、经济和环境保护方面带来好的效益时, 应该采用非开挖施工方法。我国在1953年开始引用顶管施工技术, 目前该技术得到了充分的应用和发展。
1 顶管施工技术简介
1.1 定义
顶管施工技术即非开挖地下铺设管道技术。是在不开挖地表的情况下, 利用液压顶进工作站从顶进工作坑将要铺设的管道顶入, 是一种在顶管机之后直接铺设管道的非开挖地下的施工技术。
1.2 原理
顶管施工技术是一种借助于主顶油缸及管道间、中继间等推力, 把工具管或顶管机从工作坑内穿过土层一直推进到接收坑内吊起, 与此同时, 把紧随工具管或顶管机后的管道随顶管机同时推进埋设在两坑之间。
1.3 顶管施工技术与开槽埋管相比的优缺点
(1) 优点:顶管施工只有工作坑和接收坑, 开挖土方少, 施工安全性较高, 对周围环境影响较小;在顶进施工过程中, 开挖的土方比开槽施工的挖土量少很多;且施工作业任务少;在工程进度紧的情况下, 其工期短, 且对周围环境影响小。因此在覆土深度大的情况下比开槽埋管更经济。
(2) 缺点:顶管施工如遇到曲率半径小且多种曲线组合在一起时, 给施工顺利进行带来很大的难度, 当施工遇到软土层时容易发生偏差, 而且纠偏困难, 使管道容易产生不均匀沉降;如果覆土浅时不如开槽埋管其经济效益高。
2 施工方法
2.1 顶管施工
2.1.1 测量系统
(1) 井位轴线控制桩定位应在根据地质资料在平面控制网上准确定位, 采用全站仪测量。顶管顶进轴线是通过穿墙套管中心轴线坐标与顶管终点坐标确定。计算控制轴线上的测站点坐标, 通过全站仪或激光经纬仪投放到工作井测量平台上, 照准穿墙套管中心线并至井壁上作为顶管顶进的中轴线, 同时建立测量控制网。
(2) 管道顶进的时候, 管道的轴向测量是通过轴线控制使用把设在顶管后座专用测量平台上的全站仪或激光经纬仪进行, 而后视点通常设于穿墙孔上部的井壁上, 然后通过仪器上的工具头中心的偏移情况进行纠偏。
(3) 顶管的水准测量工作是通过工作井内设一水准高程点, 通过测站点上仪器准确测量工具管头尾部的高差, 并根据工具头部的理论高程进行纠偏。当顶管施工施工到最后30m~50m时, 则应对管道进行全线复核, 确保工具头满足设计高程的要求。
2.1.2 顶管工作坑设施
基坑导轨由型钢和钢板焊接而成, 预埋钢板和导轨的焊接必须在工作井底板先完成。导轨的安装必须在两侧用型钢支撑好, 确保导轨不走动、不变形。而主顶油缸架是拼装式结构, 安装施工定位要准确, 从而有效保证油缸受力点的位置正确。如果在施工中高程和平面的误差小于5mm。承压壁则承受和传递全部顶力, 在施工中先用钢筋砼在砼上浇平, 后靠钢板选择用6cm~10cm厚钢板。
2.2 触变泥浆
2.2.1 触变泥浆的制浆工艺
在注浆施工中, 由于注浆和补浆使用同一管路系统, 故在注浆中使用同一种浆液。使用高速拌浆器制浆, 高速拌浆30min以上抽入储浆箱 (容积为5m3, 充分满足供浆要求) 静置。储浆箱一般内设3台搅拌器, 静置一段时间 (6h) 后再次搅拌, 待一段时间后导入另1台高速搅拌器再次高速搅拌压入总管。
2.2.2 触变泥浆系统的管路布置
系统采用同一根总管, 从地面将浆液通过1台液压注浆泵注入支管, 在管内通过2台中间接力压浆站送到机头, 以满足机尾同步注浆;由地面将浆液通过另1台液压沣浆泵压入支管, 并由支管内另2台中间压浆站执行补浆工艺。支管采用耐高压橡胶顶管和接头。
3 顶力的计算
式中:f为摩擦系数 (kN/m2) ;L为顶距 (m) ;1F乃为正面阻力;bp为机头底部以下D/3处被动土压力 (k N/m 2) 。根据经验F1=1500kN。一般而言, D为机器的外直径, f可在3~9kN/m2取值, 因长期施工, 积累了一套成熟的注浆工艺, 这里取f=3kN/m2。
由此可得顶距为1 3 3 m, 直径为3 m的顶力估算为:F=133×3.14×3×133+1500=5259k N;顶距420m的顶力估算为:F=420×3×3.14×3+1500=13369kN。在以上估算中, 摩擦系数f的取值偏低。但是, 在接收井的顶进中, 实际最大顶力为12000kN, 与估算值相符。成功实现了420m长距离、大直径钢管顶管不采用中继间, 一次性全程贯通。
4 顶进轴线控制
测量是保证顶进轴线按设计路线顶进的有利措施。测量可分静态和动态测量。静态测量是通过放置在工作井的经纬仪, 根据设计坡度、预顶进轴线、机头内的标靶定位, 并进行不间断跟踪测量。操作人员参照仪器的定位不断进行纠偏, 及时进行校正顶进方向。动态测量即为在顶进施工过程中, 不断测量并复核预顶进轴线。
在长距离顶管施工中, 当把顶力加大到一定范围内时, 工作井容易产生位移, 从而使预顶进轴线也不断的出现微小变化。所以静态测量定位之后, 在施工也要动态测量检核保证预顶进轴线的准确。
5 其它有关施工措施
(1) 穿墙顶进。顶管出洞口对顶管来说是非常重要的环节, 为了顺利顶进, 在接收井四周仍然采取了深层水泥搅拌对穿墙管前方2m范围内的土体进行加固, 起到挡土、阻水的作用。
(2) 触变泥浆减阻。采用触变泥浆进行减阻, 通过压入的泥浆在管壁形成泥浆套。泥浆配合比为膨润土∶碱∶水=0.4∶0.02∶1 (质量比) , 压浆泵选用L150型, 压力保持在0.1MPa~0.2MPa, 采用“先压浆后顶进, 停顶进勤补浆”、“即压即顶, 少量多次”的压浆工艺, 每3节管设一道注浆孔, (注浆孔在厂家生产管节时预留) , 顶进结束后利用注浆孔注水泥浆置换泥浆。
(3) 顶管节接头及防水措施。混凝土管采用F型橡胶密封圈柔性接口, 氯丁橡胶楔形胶圈, 由制管厂配套供应, 接头内设止水钢环。当管节正常顶进安成后, 管节之间都能达到良好的密封状态。
(4) 管道严密性试验。在顶管施工和检查井施工完成后, 对各井位之间管道进行严密性试验, 管道严密性试验采用闭水法试验。管道不得有漏水现象, 其渗水量应小于允许渗水量。
6 结语
顶管施工技术随着城市建设步伐的加快已越来越普及, 它的应用的领域也更加广泛, 其有效应用于应给水、排水、煤气、动力电缆等管道的施工工程中。随着我国经济的发展, 工程建设的不断加大, 以及对该技术的深入研究, 顶管施工技术将会得到更大的发展空间和更广的领域。
摘要：在城市建设过程中, 不可避免要对城市管道及管线进行改造。由于城市的地下管线众多且复杂, 且相关的竣工资料不齐全, 给管道的施工和开挖造成很大的困难, 文章结合工程实践对顶管施工技术做简要的介绍。
关键词：城市建设,顶管施工技术,给排水
参考文献
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[2] 韩选江.大型地下项管施工技术原理及应用[M].中国建筑出版社, 2008.
[3] 中国地质大学 (武汉) .顶管施工技术及验收规范 (试行) [M].人民交通出版社, 2007.