顶管施工工程实践总结

顶管施工工程实践总结

摘要：本文通过对规划路底下顶管施工段的工程实践经验，阐述了顶管施工技术在实际市政工程中的应用。

关键词：顶管平衡泥水工作井

中图分类号： tu71 文献标识码： a 文章编号：

引言

该市政规划路给排水施工项目位于石家庄三环内，管材采用带橡胶圈iii级钢筋混凝土承插管，管径为1500mm，总长270m。其中工作井、接收井均采用矩形钢筋混凝土沉井结构。

1 顶管施工技术方案选择

1.1 经调查分析研究及结合本公司在设备和施工及相关的技术能力，采用了密封泥水平衡式顶管工艺进行施工。

1.2 顶管施工工艺流程施工前期准备→测量放样、复核→工作井施工→搅拌桩施工→工作井上下设备安装准备→工具头吊装下井、全套设备调试→工具头穿墙顶进→后续吊放管道→管道顶进、测量控制及纠偏→管道排泥和废泥浆外运→下一管节吊放就位→

下段顶管顶进→管道贯通、回收工具头→闭水试验→竣工验收、清场。

1.3 施工顺序顶管法施工采取先施工顶管工作井及接收井，后顶进管道，然后施工检查井的施工顺序。顶管工作井及接收井施工、管节制作、顶进施工、检查井施工尽可能平行交叉进行，以缩短工期。

2 顶管工程力学参数确定

2.1 顶力计算

本工程采用顶管总顶力计算的经验公式进行计算：

f=f0+f1

f0=αpebc2π/4

f1=rsl

f0——初始顶力（kn）

f1——管壁摩擦力（kn）

α——综合系数，本工程取淤泥质土系数值1

pe——土仓的压力（kpa），pe=150kpa

bc=管外径（m），取2.238m

r——综合摩擦阻力（kpa），本工程取淤泥质土值2；

s——管外周长（m），=3.1415*2.238＝7.03m；

l——推进长度（m），本工程考虑l=400m。

初始顶力：f0=1.5*150*2.2382*π/4=885kn

管壁摩擦力：f1=2*7.03*400=5624kn

总推力：f=885+5624=6509 kn=651t

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×p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。根据有关工程统计资料和本工程的分析，估算工具头正面泥水压力为50t/m2左右，f1=π×d2/4×p＝π×2.2382/4×50＝196t

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。根据有关工程统计资料和本工程的分析，估算综合摩擦力系数f=1.3t/m2。f2=s ×l×f=π×2.238×60×1.0＝421t

在考虑一次顶进距离为60-70m时，顶管总阻力为以上阻力之和：f=f1+f2≈617t根据该管径钢管的要求，其不能承受的以上顶力，顶力较大，需要增加中继环，顶进的后座采用4个200t的千斤顶，中继环采用10个30t千斤顶，共计300t。顶管中继环布置按照“工具头20m—中继环—后座60m”来布置。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=2220mm，厚度t=18mm，每节管

长度6000mm，管的端头采用焊接接头。端面受力面积s=π× (2.238×2.238-2.22×2.22)/4=0.063m2

可承受的最大顶力为：f=s×5000t/m2/4=78.8t。

3顶管基本工艺

整个顶管过程大致可分为三个阶段：出洞前准备阶段，正常顶进阶段，进洞及后期收尾阶段。

3.1出洞前准备阶段

本阶段工作包括：履带吊（25吨）就位，顶管设备进场，洞口止水装置安装，轴线放样，立后靠，基坑导轨、主顶油缸组测量安装就位，泥水系统机坑旁通阀组及管道系统安装就位、操纵平台搭建。电气控制线路布置、储水箱及泥水泵安装就位、压浆系统及其管道安装就位、顶管机头下井就位、各部分设备调试运行、联机总调试、触变泥浆搅拌储存。

3.2出洞及正常顶进阶段

打开洞门、机头顶入洞口后下设备段。转接油管、电缆及泥水管后继续顶进。油缸顶到位后，拆除泥水管和电缆，第一节管子下井，设备段与第一节砼管合拢，接通泥水管和电缆继续顶进。重复上述过程。在顶进过程中每顶一节管子对顶进轴线作一到二次测量，确定纠偏的方向和时机；并对机头前10米，后20米的地面沉降监测点作一测量，以便当班施工人员能及时采取相应措施，控制沉降幅度。

整个顶进过程中须在压浆孔向管壁外注入触变泥浆，以便顶进的

定量定点压浆，减小顶进时管外壁摩阻力，填充扰动土中空隙，减小地面沉降。

严格执行班长交接班一小时衔接制度，交待上班各类情况，共同观察工作现状，以保证全顶程的连续。

3.3进洞及后期收尾工作

本部分工程包括：接收导轨就位，洞口止水装置安装，机头偏差复测，井位复测，打开洞门，机头进洞，管道内清理，洞口井壁与砼管节间连接处理，基坑内设备拆除和吊运。管道清洗，管节偏差测量记录。

3.4 其他附属施工方法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。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

顶管过程涉及材料力学、岩土力学、流体力学、弹塑性力学等诸多学科，必须严格控制好顶管推力，而对顶管计算复核能够准确估计顶管的推力。另在封闭的工作仓内加泥水压力平衡地下水压力，是防止泥砂涌入的重要方法。泥水压力一定要合理。压力较小，大量的泥砂涌入，会造成路面破坏，地表设施受损；压力过大，会增大主千斤顶负荷，严重的可能产生冒顶现象。此工程必须通过严