[顶管技术在给排水施工中应用]现代顶管施工技术及工程实例

[顶管技术在给排水施工中应用]现代顶管施工技术及工程
实例
摘要：通过对某工程A标的一段顶管施工段的工程实践经验，探讨了顶管工程的施工技术在给排水管道工程中的应用，并取得了显著的成效，文章所介绍施工工艺供同行参考。

关键词：工程；顶管；水量
： TU99 ：A
1工程背景
该项目为某市新建工程A标段的顶管施工段，顶管施工均使用Ф3200钢筋混凝土，总长度为305.6m，曲线长308m，平均埋深7.5m，管道穿越我市主干道，交通繁忙，道路底下有众多管线，属于较少见的大口径顶管工程。

它穿越市区交通要道，管道所经道路地下有通讯、排水工程等管线，施工场地狭窄，施工难度大。

在该顶管中，钢筋混凝土管道：管外径为3.2m，每节长为2.5m，管内径为2.7m，管段混凝土强度C45，管段接头由钢套环、木垫圈和橡胶止水带组成。

曲线段设置2座顶管井，顶管采用曲线顶管，掘进机采用Ф3200泥水平衡式掘进机。

其主要部件有切削刀盘及外壳、动力装置、机头液压装置、机头纠偏系统、机内泥水系统、电气操作系统、显示系统等。

1.1泥水平衡顶管机原理
泥水平衡式顶管机是利用加压的泥水及刀盘推动切削刀具进行挖掘施工。

压力泥水在挖掘面泥土的表面形成一层泥膜，同时通过压力作用与挖掘面的土压和地下水压力保持动态平衡，有效的稳定挖掘面，将顶管施工对地面的影响即地面沉降减少到最小。

当掘进机正常工作时，进排泥阀均打开，机内旁通阀关闭。

泥水从进泥管经进泥阀进入顶管机挖掘面的泥水仓里，挖掘来的泥砂同泥水搅拌后，通过排泥管和排泥泵送到地面的泥水分离装置。

分离装置将泥砂和水分离以后，泥水再次送入刀盘循环使用。

这些工序完成由中央操作盘进行遥控。

2机械顶管推力计算
2.1最大推力计算
顶管时采用单排顶进法。

F=F1+F2(F-总推力;F1-端阻力;F2-侧壁摩阻力) (D-管外径;P-控制土压力)P=Ko·r·Ho式中:Ko-静止土压系数，一般取0.55Ho-地面至掘进机中心的高度，取值17m。

r-土的容重，取1.8t/m3
P=0.55×1.8×17=16.83t/m2
F1=3.14/4×3.372×16.83=150t，F2=πD·f·L 式中:f-管外表面综合磨擦阻力，本工程顶管采用触变泥浆，取值0.8t/m2。

D-管外径，L-顶距，最长段取值为70mF1=3.14×3.37×0.8×
70=592.58tF=F1+F2=150+592.58t=742.58t
顶管工作井最大设计控制顶力为1200t，设备采用4个300t的千斤顶，顶进能力和工作井的控制顶力均达到1200t>742.58t。

因此，不须加设中继接力顶进。

70m总顶力F=742.58t，顶进井平面尺寸10m ×4m，采用竖井。

依据下式计算反力:
B=4m，H=4.0m，a=2.5，h=4.85，φ=40°，C=0kPa，
γ=19.5KN/m3
4.6×+19.5×4.0×4.85×4.6=10×(717.6+0+1740.18)=10×2457.78=24577.8KN=2457.78t>F=1200t(4台千斤顶控制顶力)对于顶距为70m的工程，反力是足够的。

2.2掘削量计算
开挖面的稳定是泥水平衡顶管施工中最重要的管理项目之一，
它直接影响顶管施工质量。

控制每节掘削量是开挖面稳定的必要保证。

2.2.1掘削量的控制
根据地质情况进行掘削量计算:
W=V(1-n)r
W:理论掘削量(m3/Ring)
V:砂性土在顶管机断面内所占的体积(m3)
n:砂性土的孔隙度(%)
r:砂性土的密度
W":实际掘削量(m3/Ring)
实际掘削量直接显示在计算机屏幕上，它较真实地反映实际掘削过程中的掘削量。

实际掘削量W′(干砂量)与偏差流量Δq的关系:
偏差流量Δq瞬时计算式:
Δq=Q1-(AVs+Qo)⑴
Δq:偏差流量(m3/min)
Q1:排泥流量(m3/min)
A:刀盘面积(m2)
Vs:顶进速度(m/min)
Qo:送泥流量(m3/min)
⑴式变换可得排泥量计算式:
Q1=(AVs+Qo)+Δq⑵
2.2.2掘削量的判别方法
偏差流量为正值时，顶管机处于“超挖”状态，干砂量比标准值大;偏差流量为负值时，顶管机处于“溢水”状态，干砂量比标准值小。

当发现掘削量过大时，应立即检查泥水密度、粘度和切口水压。

查明原因后应及时调整有关参数，确保开挖面稳定。

3机械顶管的顶进施工
3.1顶管施工流程
放样、复合→顶管井施工→顶管设备就位→（出洞密封器安装）→顶管机进洞→送排泥泵开启→机头刀盘运转→顶进出土→主项推
进到位→回缩主顶→拆出管内管→砼管节安装→安装管内管→顶管
机出洞→顶管井回填→顶管机转场。

3.2顶管施工顺序
3.2.1管的顶进施工
顶进利用千斤顶出镐在后背不动的情况下将被顶进管子推向前进，其操作过程如下:
⑴安装好顶铁并挤牢。

管前端已入土一定长度后，启动油泵，千斤顶过油，活塞伸出一个工作行程，将管子推前一定的距离。

⑵停止油泵，打开控制阀，千斤顶回油，活塞回缩。

⑶添加顶铁，重复上述操作，直至安装下一节管为止。

⑷卸下顶铁，下管，用钢套环连接混凝土管。

在混凝土管接口处放一圈麻绳，保证接口密封和受力均匀，并采用其它防渗漏措施，保证管与管之间的连接可靠。

3.2.2切口水压设定
泥水平衡顶管顶进时，开挖面不断被刀头切削，此时泥膜被刀头切削并将泥水压力传递给土体。

由于刀头的介入使传递给土体的外力增加，因此开挖面处于动态平衡之中。

切口水压的上、下限设定可
根据常用土体力学公式计算得到。

顶进过程中的切口水压应根据切口水压设计设定值、实际的土砂量和干砂量积算值等重要参数设定。

其中切口水压设定值可根据近10～50m掘进过程中较佳的设定值选定。

内容仅供参考。