顶管施工中关键技术施工工艺研究

顶管施工中关键技术施工工艺研究
摘要:非开挖技术的发展必将向规模化、规范化、国际化的方向发展,在我国经济高速增长的支持下,顶管技术的发展将面临前所未有的机遇,在加快引进国外先进技术的基本上,努力消化创新,加强研发和人才培养,其前景是非常乐观的。

纵观国内外顶管技术的发展,发展方向将是多元化和多样化。

关键词:地下管线非开挖顶管施工
1 顶管技术发展现状
顶管施工是继盾构施工之后而发展起来的一种地下管道施工方法,它不需要开挖面层,并且能够穿越公路、铁道、河川、地面建筑物、地下构筑物以及各种地下管线等。

顶管施工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。

顶管技术在我国的存在的主要问题是,机械设备技术比较落后,地区差异明显,水平参差不齐,缺乏规范化,人才不足,尚待进一步宣传推广。

目前而言,对顶管机械设备我国主要依赖于进口,虽然国内也有生产企业,但技术仍落后于国际先进水平,掘进机型号种类不足以适应工程需要,我国尚无适于中强度岩层以上的岩盘掘进机,适应土质范围不宽,且耐用性、机械化、自动化水平不够。

从地域上说,顶管技术的
发展与我国地域经济水平相适应,我国东部的顶管技术发展水平远远高于中西部地区,仅广东、上海、浙江、江苏和山东五省市就占到了非开挖铺管工作量的75%。

而西部地区仅在西气东输项目下有为数不多的顶管穿越工程,中西部地区与东部沿海地区差距非常显著。

顶管施工技术在城市之间的发展不平衡,在上海,北京、广州等大城市技术水平比较高,应用比较普遍,但在中小城市应用较少,在中西部地区的城市应用更少。

在同一城市发展也不平衡,据广州市建委2004年对广州市顶管现状的有关调查发现,该市的顶管技术发展极不平衡,机械化的顶管施工不很多,手掘式顶管仍占最大比例,对顶管施工技术的采用不积极,往往不是管线铺设的首选,被看作是无法开挖的无奈之举。

不同施工企业的施工水平也不平衡,有些还处在比较原始的阶段,也有一些应用失败的工程,客观上阻碍了顶管技术的推广发展。

影响顶管技术应用的另一个因素是,行业规范化不够,存在同行低水平恶性竞争的现象,专业人才缺乏,现有的从业人员大多是从一般的土木工程施工中转化而来,缺少专业训练。

今后仍需加强管理,努力推广先进技术,提高施工水平和改善施工工艺。

2 关键施工技术及措施
2.1 顶管工作井内设备安装
(1)安装导轨。

导轨采用轻型导轨,两根导轨距离控制在管径的0.45～0.6倍之
间。

安装导轨时,应首先利用垂球和直尺确定导轨的间距和平面位置,然后测出导轨各点的实际高程,并与设计高程相比较,确定导轨的高程调整量后进行安装。

导轨安装公式
式中:A为两导轨间距(mm);
D为管外半径(mm);
e为管外壁与基础间隙,一般取30mm;
h为导轨高度(mm)。

安装导轨的技术要求:导轨要安装在枕木上,且保证枕木下地基稳定;导轨安设要直顺,严格控制导轨顶面的高程,一般宜较管外底部高1～2cm,安装后的导轨应当牢固,不得在使用中产生位移,两导轨应顺直、平行,等高或略高于该处的设计高程,其纵坡应与管道设计坡度相一致。

(2)下管、顶进、出土和挖土设备。

采用16t吊车下管,用千斤顶、高压油泵作为顶进设备,用斗车、垂直牵引的电葫芦作为出土设备,采用羊镐人工挖土。

(3)照明设备:井内使用电压不大于12V的低压照明。

(4)通风设备:人工挖土前和挖土过程中,采用鼓风机通过通风管进行送风。

(5)工作棚架:作为防雨及安装吊运设备。

工作坑上设工作平台,平台采用直径25cm原木作为承重梁,用5cm厚木板铺设。

2.2 千斤顶和顶铁的安装
(1)千斤顶的安装。

千斤顶的高程及平面位置:顶力作用点与管壁反作用点应在同一轴线,防止产生顶进偏差。

根据施工经验,千斤顶的着力点作用在管子垂直直径的1/4～1/5处为宜。

(2)顶铁的安装和使用。

在安装顶铁时,顶铁的轴线应和管道轴线平行对称,更换顶铁时,应先使用长度大的顶铁,保持顶铁数目最少。

顶铁拼装后应锁定,顶进时,工作人员不得在顶铁上方及侧面层停留,并应随时观察顶铁有无扭曲迹象,防止顶铁崩离。

(3)油泵的安装和运行。

油泵设置在千斤顶附近,油管顺直,转角少,油泵必须和千斤顶相匹配,并应有备用油泵,油泵安装完毕,并进行试运转,顶进开始时,应缓慢进行,待各接触部位密合后,再按正常顶进速度顶进。

在其运行过程中若发现油泵油压突然增高,应立即停止顶进,检查原因并经处理方可继续顶进,千斤顶活塞退回时,油压不能过大,速度不能过快。

2.3 顶管工作坑开挖与布置
工作坑采用机械先将基坑周围3m范围内土方清除,再进行基坑开挖,第一节人工配合机械开挖 3.5m,3.5m以下采用开挖至基坑底设计高程。

基坑支护按设计说明采用钢木混合支撑4m,4m以下至基坑底采用钢筋混凝土护壁。

工作坑纵向距离较长,在框架中间加一道横撑。

下部2m部位因为顶管施工不进行横向支撑。

撑板安装与工作坑坑壁紧贴,当有空隙时及时填实。

横撑水平,并与横梁或纵梁垂直,连接牢固。

木撑板构件规格应符合下列规定:(1)撑板厚度不宜小于50mm,长度不宜小于4m。

(2)横梁或纵梁宜为方木,其断面不宜小于150mm×150mm。

(3)横撑宜为圆木,其梢径不宜小于150mm;撑板支撑的横梁、纵梁和横撑布置应符合下列规定:(1)每根横梁或纵梁不得少于2根横撑。

(2)横撑的水平间距宜为1.5～2.0m。

(3)横撑的垂直间距不宜大于1.5m。

(4)横撑影响下管时,应有相应的替撑措施或采用其他有效的支撑结构。

工作坑尺寸的设计由检查井的设计要求及顶管操作技术要求决定。

(1)工作坑的宽度。

B=D+2b+2c
B为工作坑宽度;
D为顶进管节的外径尺寸;
b为工作坑内安好管节后两侧的工作空间;
c为护臂厚度。

(2)工作坑的长度。

L=L1+L2+L3+L4+L5
式中:L为工作坑底部开挖长度;L1为管节长度,取2.5米;L2为顶镐机长度,取1.2m;L3为出土工作长度,取1.2m;L4为后背墙的厚度,取0.6m;L5为已顶进的管节留在导轨上的最小长度,取0.5m。

(3)工作坑的深度。

工作坑的深度由设计高程和基础底板的厚度决定。

(4)顶力计算及后背计算。

P=f×r×D1[2H+(2H+D1)tan2(45°-Φ/2)+ω/(r×D1)]×L+PF
P为总顶力;r为管道处土层的重力密度KN/m3;D1为管道外径;H
为管道顶覆土层厚度;Φ为管道处土层内摩擦角;ω为单位长度管体自重(kN/m3);L为管道计算顶进长度;f为管道表面与周围土层摩擦系数;PF为顶进时迎面阻力。

(5)护壁施工。

工作坑采用机械先将基坑周围3m范围内土方清除,再进行基坑开挖,第一节人工配合机械开挖 3.5m,3.5m以下采用开挖至基坑底设计高程。

第二节护壁结构采用C25混凝土,护壁结构C25混凝土,厚度为20cm,立筋与横向分布筋均采用Φ12,横筋间距为20cm,护壁钢筋绑扎后,报监理工程师验收,验收合格后,支撑模板现浇护壁混凝土,24h后,拆除模板。

3 结语
本文对顶管施工中的关键技术问题进行了研究,尤其是对设备安装,千斤顶安装以及工作坑的布置进行了深入分析,得出的结论对实际工程的施工具有较好的指导作用。

参考文献
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[5]CJJ/T 68—1996,城镇排水管渠与泵站维护技术规程[S].。