摘要:给排水管道建设是城市发展的重要组成部分,本文主要探讨顶管的施工方法,在简单分析了顶管施工的特点的基础上,重点对顶管施工在给排水管道建设中的施工应用进行了分析讨论,进一步完善顶管施工方法。
Abstract: The laying of water supply and drainage is the most important part of city development. This article focuses on the discussing of construction methods of pipe-jacking. Based on the brief analysis of pipe-jacking construction characteristics, the article emphasises on the analysis and discussion on application of pipe-jacking construction in the construction of water supply and drainage to further improve the construction methods.
关键词:顶管技术;非开挖技术;平衡理论
Key words: pipe-jacking technology;non-dig technology;balance theory
中图分类号:TU992 文献标识码:A文章编号:1006-4311(2010)07-0121-02
0引言
地下给排水管网是城市基础设施的重要组成部分,对城市给水管网进行改造的时候,管道安装工作需要专业的工程技术人员进行。传统的地下管线施工技术通常对地表有很大的破坏,而且地下管线的改造是在城市道路下的工程,必然会对本来就拥堵的城市交通带来更大的不便,也严重影响了人民群众的正常出行,施工后的道路恢复工作也比较麻烦,在一些人口密集交通易堵塞的大城市这个问题显得更加明显,因此,这个问题成为了众多专家研究的话题,也是我们急需解决的问题。非开挖工程技术彻底解决了管道埋设施工中对城市建筑物的破坏和道路交通的堵塞等难题,在稳定土层和环境保护方面凸显其优势。这对交通繁忙、人口密集、地面建筑物众多、地下管线复杂的城市是非常重要的,它将为城市创造一个洁净、舒适和美好的环境。非开挖技术是指在进行地下管线的铺设改造中尽力不开挖或者少开挖。顶管技术就是在目前的形势下发展起来的一种非开挖技术,这种技术在国外应用非常普遍,在我国也有很大的普及空间。伴随着顶管技术的投入使用,在运用中也经常出现一些问题,本文主要提出在顶管技术施工中容易出现的技术问题,值得施工技术人员重视,并以此和同行共享。
1顶管施工技术方案
顶管技术是近年来才成熟的技术,它涉及的是利用少开挖,即工作井与接收井要开挖,以及不开挖,即管道不开挖技术来进行地下管线的铺设或更换,顶管直径DN800—4500。通过工作井把要埋设的管子顶入土内,一个工作井内的管子可在地下穿行1500米以上,并且还能曲线穿行,以绕开一些地下管线或障碍物。顶管施工主要借助于主顶油缸及管道间中继间等的推力,把工具管或掘进机从工作井内穿过土层一直推到接收井内吊起。与此同时,也就把紧随工具管或掘进机后的管道埋设在两井之间,以期实现非开挖敷设地下管道的施工方法。目前在顶管施工中主要采用气压平衡、泥水平衡和土压平衡理论。顶管施工最突出的特点就是适应性问题。针对不同的地质情况、施工条件和设计要求,选用与之适应的顶管施工方式,如何正确地选择顶管机和配套辅助设备,对于顶管施工来说将是非常关键的。
2顶管工程力学参数确定
2.1 顶力计算顶管总顶力计算的经验公式进行计算:
总推力F=F0+F1
初始顶力F0=αeBC2π/4
管壁摩擦力F1=RSL
F0——初始顶力(kN)
F1——管壁摩擦力(kN)
α——综合系数,即工程淤泥质土系数值
pe——土仓的压力(ka),e=150ka
BC——管外径(m),
R——综合摩擦阻力(ka),即工程淤泥质土值
S——管外周长(m),S=2×∏×BC
L——推进长度(m)。
说明:以上的管壁摩擦力计算没有考虑触变泥浆减摩效果,施工是采用触变泥浆减摩,可以有效折减管壁摩阻力。
工具头正面泥水压力:F1=π×D2/4×σ其中:
F1——顶管泥水阻力(t)
D——顶管外径(m)
σ——顶管泥水最大压力(t/m2)
σ与土层密实度、土层含水量、地下水位状况有关。
管壁摩擦阻力:F2=S×L×f其中:
S—顶管外周长(m)
L—最长一段顶管长度(m)
f—综合摩擦力系数(T/ m2)
f与管道的埋设深度、土质、地下水位等因素有关。
根据管径钢管的要求,若不能承受顶力,顶力较大,需要增加中继环。另外,顶管过程还要采用减阻措施,通常减少管壁摩擦阻力的措施有:管壁与泥土间压触变泥浆减阻(优质膨润土拌制而成),注浆需要管节间的密封良好,否则浆体会在管节间泄漏起不到应有的作用,减阻效果好时,f—综合摩擦力系数可以降低到0.3-0.8T/m2左右,将触变泥浆的减阻作为保险系数。
2.2 管材受力计算钢管内径d,厚度t,每节管长度6000mm,管的端头采用焊接接头。
端面受力面积s=π×(BC2-d2)/4
3各主要工序施工方法
3.1 顶进前要对机械设备进行严格的检查,检查内容包括机械是否能够正常运行,机械数量是否达到要求,燃料是否充足等,在施工进行中,机械工需要进行交接班手续,要及时将机械运转的状况交给下一组班组,并以口头的方式详细介绍机械运转状况,刚上班的班组机械工要对施工所需要的工具进行严格的检查。
3.2 工具头刀盘转动、开进出渣浆泵交班和例行检查完毕后,接通电源,转动工具头刀,并检查设备运行状况是否正常,开进出渣浆泵。
3.3 调整进出渣浆泵流量达到平衡工具头的操作全部采用在管道外(工作井上)控制台控制,只需要一个机械工操作,并能对工具头刀的工作进行及时的检测(工具头安装了摄像头、控制台上安装了电视机)。顶进千斤顶,观察工作仓的土压力表,调节渣浆泵的流量达到工作仓的泥水平衡,其平衡的原理是,当进泥和吸泥泵稳定工作时,调节进泥和吸泥的泵量,使工作仓内应保持一定压力,仓内泥水压力应与地下水压力相平衡,泥水压力过大,地面隆起;泥水压力过小,地面沉陷,因此必须处理好顶进和出泥的速度,这对整个工程非常的关键,如果做的不到位,出现问题,可能会影响整个工程的质量安全。
3.4 要合理的安装泥水处理系统,并保证其正常工作,需要在工具头中注入含有一定泥量的泥浆,通过大刀盘切削工具头前方的原状土,与注入的泥水搅拌,泥水通过吸泥泵排到地表泥水处理系统处理,泥浆可以反复循环使用,处理好的泥沙用泥浆车外运。
3.5 测量工具头的偏位、作好记录、纠偏测量方法,在工作井后座位置设置测量机座,测量基座由地面引入地下,避免工作井的变形引起的误差,将全站仪放置在其上调平后,使全站仪发射的激光沿着顶进方向水平射出,打在工具头的测量靶位上,通过望远镜读出工具头的偏差。每隔0.5m记录一次。 提高监测人员的责任意识,监测数据的准确性直接影响着工程的各项施工的进行,而且也关系着整体工程质量,必须予以重视。
3.6 一个行程顶完后,整体式顶进构架调节顶块 当顶完一个行程后,停止顶进,调节整体式顶进构架顶块,可继续顶进下一个行程。
3.7 触变泥浆系统顶进过程中,需要经常进行压触变泥浆工作,以减少顶进的阻力,触变泥浆系统由拌浆、注浆和管道三部分组成。拌浆是把注浆材料兑水以后再搅拌成所需的浆液(造浆后应静置24小时后方可使用)。注浆是通过注浆泵进行的,根据压力表和流量表,它可以控制注浆的压力(压力控制在水深的1.1～1.2倍)和注浆量(计量桶控制)。管道分总管和支管,总管安装在管道内一侧,支管则把总管内压送过来的浆液输送到每个注浆孔上去。注浆孔布置为:工具头后3节管各设一道、之后每间距5m设一道补浆孔(间隔2节砼管)。
注浆流程:造浆静置→注浆→顶管推进(注浆) →顶管停顶→停止注浆
3.8 顶完一节管后,拆开各管路、钢管吊装、各管路安装顶完一节管后,拆开所有管线(电力电缆、信号线、油管、进出泥浆管、触变泥浆管),进行钢管吊装焊接后,安装好所有管线,继续顶进。在顶进过程中,严格遵守施工规程,杜绝违规操作。
3.9 其他附属施工方法
3.9.1 顶管工作面排水由工作面流向工作井集水坑,再用泵排出地面。
3.9.2 顶管内面无人,如果需要进去维修设备等,进管之前需要通风,采用压入强制性通风措施,用风机通过1.5英寸铁管向顶管工具头压风。
3.9.3 施工用电主干线采用380V三相五线制,接通地面、工作井、管道内、工具头、管道照明采用12-24V低压电源供电。
4总结
顶管施工过程是一种复杂的力学过程,它涉及到很多相关学科,是一个复杂的工程技术。在顶管施工中必须严格控制好顶管的推力,顶管推力需要专业人员根据具体的施工情况计算出来。顶管推力就是顶管受到的阻力,包括工具头正面泥水压力、管壁摩擦阻力。泥水平衡压力:在施工中,合理的加入泥水压力去平衡地下水压力,能有效的防止泥沙涌入。在这个过程中,一定要保证泥水压力的合理,不能压力过大或过小。压力较小,又导致泥浆涌入,破坏地表,达不到施工要求;压力过大,会增大千斤顶符合,可能导致冒顶的事故发生。在施工进行中,有很多细节都可能影响到工程的进度和质量,必须加以重视,发现问题及时解决。在此工程中,投入了先进的计算技术,将顶管计算到最合理,施工顺利进行,最终圆满完成了顶管施工的任务。
参考文献:
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