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浅谈排水管道顶管施工技术

     【摘 要】本文首先介绍了排水管道顶管施工中如何进行钢管的选择,然后阐述了排水管道顶管施工技术,最后探讨了顶管施工的质量控制措施。 

  【关键词】顶管施工;技术 

  1.钢管的选材 

  大口径、长距离的顶管施工,一般顶进力都非常大。在选用管材时,一方面要求所选管材轴向抗压强度要大:另一方面,所选管材在顶进过程中不会额外地增加阻力。钢管与混凝土管相比较就有这些优势。 

  1.1轴向抗压强度大 

  常用的混凝土管的抗压强度为13MPa-17.5MPa;而钢管的抗压强度则可达Z10MPa;因此,在长距离顶管中,从抗压强度来讲应首先选用钢管。 

  1.2断面面积小、自重轻、外壁摩阻力小 

  钢管管壁的断面只有同口径混凝土管管壁的21.3%左右,顶进过程中端阻力较小;同时,因同长度同口径的钢管比混凝土管轻,且表面摩阻力小,在顶进过程中所要克服的自重力及摩阻力也小,对长距离顶管比较有利。 

  1.3直线性好,不会增加额外的阻力 

  因混凝土管为柔性连接,在顶进过程中极易发生轴线弯曲变形,从而使摩阻力成倍增长。导致总顶进力的大幅提高,进而影响到中继接力环数量的增加,这不但影响到施工顶进速度,而且也会造成一定的经济损失。而钢管为刚性连接,在这方面存在的问题较小。 

  2.顶管施工工艺 

  2.1顶进用管 

  顶管掘进机是顶管用的主要设备,是决定顶管成败的关键所在,它总是安放在所顶管道的最前端。在手掘式顶管施工中是不用顶管掘进机而只用一只工具管。不管哪种形式,顶管掘进机的功能都是取土和确保管道顶进方向的正确性。钢筋混凝土管是顶管中使用得最多的一种管材。按它的生产工艺可分为离心管、立式振捣管和悬辊管三大类,按其接口形式可分企口(丹麦管)、平接口(T 型)和 F 型接口三种。在钢筋混凝土管中,还有采用玻璃纤维进行加强的管道和用钢板进行加强的管道。单管节的顶进管是钢管,它的接口都是焊接成的,施工完工以后变成一根刚性较大的管道。 

  2.2土压力控制 

  在顶管开始徐徐推进后,刀盘前的土压力便会慢慢上升,当土压力升到大于控制土压力P时,停止推进,刀架回缩,减小切削土量。只要把推进速度调节到与排土量相符,则可保持土压力为恒值。但在实际推进过程中,不可能完全处于上述理想状态,如推进速度快于排土速度,操作上采取推推停停,间断式向前推进。 

  2.3输土装置 

  输土装置随顶进方式的不同而不同。在手掘式顶管中,大多采用手推车出土;在土压平衡式顶管中,有蓄电池拖车、砂泵等方式出土;在泥水平衡式顶管中,都采用泥浆泵和管道输送泥水。 

  2.4浅层顶管时土体移动的分析计算 

  由于大直径顶管施工时在地下开挖引起卸载,虽然后续管节起到支撑作用,但开挖时开挖面四周的土体因应力松弛已向开挖面和隧洞空间膨胀,仍会引起地层损失。以前有学者认为,对于粘性土,可近似地认为所有的地层损失均表现为地面沉降。但从软土地层顶管工程的实践看,土体的移动形式是复杂的,其运动既有竖向分量(沉降或隆起),也有水平分量,其中水平分量包括土体沿顶管轴线方向的运动。 

  2.5地面起吊设备 

  地面起吊设备最常用的是门式行车,它操作简便、工作可靠,不同口径的管道应配不同吨位的行车。它的缺点是转移过程中拆装比较困难。汽车式起重机和履带式起重机也是常用的地面起吊设备。它们的优点是转移方便、灵活。 

  2.6测量和校正系统 

  顶管过程中,每隔一定时间(一般是每顶进 1m)应测量标高和中心线一次。发现偏差时,除及时校正外,还应每顶进一个行程后,正式测量校正一次。使用得最普遍的测量装置是经纬仪和水准仪。经纬仪用来测量管道的左右偏差,水准仪用来测量管道的高低偏差。在机械式顶管中,大多使用激光经纬仪,即在普通经纬仪上加装一个激光发射器,激光束打在掘进机的光靶上,观察光靶上光点的位置就可判断管的上下和左右偏差。当管的偏差超过允许值时,应根据实际情况采用校正千斤顶等方法进行校正。顶进过程中出现中心偏差土 1gmm或高程偏差士 1lmm。及有偏差趋势应及时纠偏。纠偏用调整部分内统一布置在一个断面上的4个可调式千斤顶调正机头,通过控制各方位的千斤顶的伸缩,调整工具管刃角走向实现的。 

  2.7注浆系统 

  注浆系统由拌浆、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。注浆是通过注浆泵来进行的,它可以控制注浆的压力和注浆量。管道分为总管和支管,总管安装在管道内的一侧。支管则把总管内压送过来的浆液输送到每个注浆孔去。注浆压力的大小和稳定性会对土体的移动有影响。如果注浆压力过大,会对管道周围的土体造成挤压,使土体发生侧向位移和地面隆起现象:如果注浆压力过小,则浆液无法顺利地填补管道与周围土体之间的空隙,无法形成泥浆套,不能达到注浆的预期效果。同时,注浆压力不稳定,则会对土体产生扰动,破坏土体的结构,从而引起沉降,尤其是后期的固结沉降。 

  2.8供电及照明系统 

  顶管施工中常用的供电方式有两种:在距离较短和口径较小的顶管中,一般采用直接供电。如动力电用 380V,则由电缆直接把 380V 电输送到掘进机的电源箱中。另一种是在口径比较大而且顶进距离又比较长的情况下,把高压电输送到掘进机后的管道中,然后由管道中的变压器进行降压,降至 380V 再把 380V 的电送到掘进机的电源箱中去。高压供电的好处是损耗少,但高压供电危险性大,要做好用电安全工作和采取各种有效的防触电、漏电措施。照明也有低压和高压两种,若管径大的,照明灯固定时一般采用 220V 电源。 

  2.9通风与换气系统 

  通风与换气是长距离顶管中不可缺少的一环,否则可能发生缺氧或气体中毒现象。顶管中的换气应采用专用的抽风机或者鼓风机。通风管道一直通到掘进机内,把混浊的空气抽离工作井,然后让新鲜空气自然地补充。 

  3.质量保证措施 

  (1)制定严格的质量管理制度并进行定期的检查,确保施工质量 

  (2)在顶进施工过程中,必须合理安排施工人员,确保24h日夜连续施工。 

  (3)所有管节质量、接口焊接质量必须符合规定质量要求,运到现场应附有产品的合格证明,并逐一进行外观检查。不合格的不能使用。 

  (4)建立完整的施工管理质量检查体系,进行定期和不定期的质量检查,每月二次定期召开质量会议,并做好记录。 

  (5)测量纠偏是顶进中的控制关键,必须贯彻勤测微纠的原则,一是对应测量两组纠偏千斤顶行程的差值不能大于50mm,二是经常检查机头内的坡度仪,以确保机头顶进的轴线符合设计轨迹。 

  (6)在顶进注浆过程中,认真做好压入量、压浆压力和压浆点位的原始记录。交接班时应交清本班的测量记录及管道轨迹的纠偏趋向。每个顶程结束后必须全面复测、绘制管道顶进轨迹图(含高程、方向、顶力曲线),并山施工质检人员检查复核。 

  (7)施工前必须向各施工班组进行详细的技术交底,确保施工人员对质量的监控。 

  4.结语 

  以上是对排水管道顶管施工技术的探讨,这些技术的良好运用,不仅确保了顶管施工的工程质量,还改变了城市管道乱挖的现象,保护了环境,节约了成本,最终取得了提高经济效益和社会效益的双重效果。施工单位应严格管理,精细施工,努力探索新的施工工艺和施工方法,为顶管施工技术的发展贡献力量。 

  【参考文献】 

  [1]王峰.顶管技术在泵站出水管道施工中的应用[J].城市道桥与防洪,2006,(2):22-23. 

  [2]给水排水管道工程施工及验收规程[S].中华人民共和国建设部发布,1997.

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