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市政给水管道施工中的顶管技术研究

日期:2023-01-24 阅读量:0 所属栏目:工程论文


摘 要:顶管技术以其不影响周围环境或者影响较小,施工场地小,噪音小等特点,目前被广泛应用于城市市政工程中。本文在简单介绍了顶管技术施工特点的基础上,结合工程实例,对市政给水管道顶管的施工技术进行探讨及分析。

关键词:市政给水管道;施工;顶管
随着社会的进步、经济的发展,以及城市规模的扩大及城市高层建筑、居民生活水平提高和基础设施的不断兴建,地下工程的建设和应用日益广泛,开挖施工方法显现出很大的局限性和不足之处。因此,非开挖铺管技术应运而生。顶管技术以其不影响周围环境或者影响较小,施工场地小,噪音小等特点,目前被广泛应用于城市市政工程中。
  一、顶管施工的相关概述
  (一)顶管施工
  顶管法又称为非开挖管道敷设技术,其原理就是在管道的沿线按设计的方案设置工作井和接收井,工作井内设置坚固的后座,吊进油压千斤顶以及要顶进的钢管或混凝土管,接好照明,泥浆管,油管等管线,然后用油压千斤顶缓慢顶进,通过压浆系统使管节周围形成泥浆套,管道在泥浆套中滑行,在顶进的过程中通过激光经纬仪测量顶管的方向,边顶进边排土边调整,直至将钢管或混凝土管顶至接收井内。
  (二)顶管施工特点
  (1)地面活动不受施工的影响,地面交通所受影响小;(2)施工产生的震动、噪音降低,大大减小施工过程对周围居民生活和环境的干扰,同时不影响已有管线和构筑物的使用;(3)将施工面由线缩小到点,大大缩小占地面积;(4)可在地下很深处或者水下敷设管道,安全穿越公路、铁路、河流、建筑物,这样可以减少沿线的拆迁工作量,从而达到降低工程造价的目的。因此同时,顶管施工也存在一些缺点,如施工技术难度高、施工需要非常详细的工程地质和水文地质的勘探资料。
  二、顶管技术施工应用分析
  (一)工程概况
  某给水管道位于市区主要干道,交通繁忙,顶管全长为58m,壁厚为14mm,由于该工程地下管线非常复杂,牵涉到输油干管,经过讨论研究,决定选择顶管法铺设地下管道。
  (二)工艺流程
  施工准备→测量放线→工作坑构筑→工作坑设备安装→管道出洞准备→挖土掘进→压力推进→接口安装→进洞→砌筑检查井→竣工验收。
  (三)施工准备
  (1)现场平面布置:平面总体布置包括起重设备、自动控制室、料具间、管片堆场、拌浆棚及拌浆材料堆场、注水系统、弃土坑的布置等。始发工作井内安装发射架、顶管机、前顶铁、主推千斤顶、反力架等顶进设备,工作井边侧设置下井扶梯供施工人员上下。
  (2)降水井:降水井是为了降低工作井及管道施工段的水位,使地下水位处于最低施工面以下30一50cm,避免地下水对施工产生不利影响。降水井应根据土层的渗水性能确定降水井的类型,考虑到本工程施工范围内地下水位高且土质渗水性能好,故采用管井进行井点降水。该降水井采用水泥混凝土管材,直径400cm,井深8m,用公称口径75mm的潜水泵进行排水。
  (3)工作井:工作井是顶管施工过程中的关键环节,下管、出土、顶进均在工作井内完成,因此工作井的筑砌对顶管施工质量和施工安全起到非常重要的作用。
  工作井一般采用分层开挖的方法施工,首次开挖4m深,墙体砌好后,从底部悬挂式开挖直至需要开挖的深度,做基础券墙体与上部结成整体;其尺寸应能满足设备使用要求,一般直径4m,墙厚240mm,深度根据管道流水设计高程综合考虑导轨、水泥砼基础及碎石垫层而定,水泥砼浇注时应严格控制基础设计标高,并用震动棒振捣密实;严格控制后靠背与基础、后靠背与管道纵向中心线的垂直度。
  (4)顶进管选择。首先根据工程性质和需要确定 其内径,并根据顶进管的受力确定配筋和壁厚从而确定外径。考 虑到挖土工人会在顶管工程面上进行作业,一般选用管径大于500 mm;其次,是顶进管长度的确定。如果使用长管,在直 线推顶情况下可以减少装管次数,但是,如果施工过程中路线发生偏移,偏离原定路线情况更为严重,恢复正确路线难度也比较大。同时,顶压坑的长度增大,挖坑、支护、回填及恢复费用相应增加。采用短管则会降低管路顶进的可控制性。
  (5)顶进设备的选择:顶进设备主要包括千斤顶、顶铁、高压油泵、工具管和运土设备等。千斤顶是掘进的主要设备,按照理论计算和实际情况确定运用4只千斤顶,分两列布置,主顶运用单冲程千斤顶,总行程为1.1m,最大顶力为30KN,主顶总顶力最大可达120KN。工具管分开挖舱和操作舱两部分,中间有钢板密封隔离,开挖舱设有挡土格栅、防爆照明灯、泥土搅拌器、高压水枪、加气孔,底部为吸泥口。隔离钢板中央设一道水密闸门,供人员进入开挖舱排障。
  (四)机头就位、开洞门
  在工作井的前壁墙沿管外壁上方环向200—300毫米间距打入48mm×3的棚架管,压注水泥浆进行土层加固,以强化开洞门时的安全性。开动千斤顶将机头顶到距离洞门35mm处先停下,在洞门处用风镐开凿洞门混凝土。洞门的直径应当比机头外径大,如预先埋入环形套管时,则环形套管内径比机头外径大6mm左右,再安装好密封止水胶圈,然后机头出洞顶进约3.2m,机头脱离导轨后并测量机身高程、坡度是否合乎要求,不合乎时要进行纠偏。
  洞门封闭方法:洞门处现浇200毫米厚混凝土止水墙,按管道中心和管外壁尺寸要求设置。在规定直径圆弧上钻孔安装膨胀螺栓,用压板和螺栓固定平板橡胶密封圈。平板橡胶密封圈中心应和钢管在一个中心上。做好洞门封闭是顶管用好触变泥浆减阻的重要方法,否则,触变泥浆不能在管外壁形成减阻的泥浆套。
  (五)下管
  运用卷扬机、滑轮组下管。管节应避免碰撞导轨。第一节管下到导轨上,和机头导向环连接牢固,管道中心线按照施工图上的位置而定,前端和后端的高程应合乎设计要求。确定准确后才可顶进。
  (六)顶进
  为了保证管外围充满泥浆套,充分发挥减阻和支承地层的作用,顶进应和管外围注浆同步进行。顶进速度一般为3~4cm,分钟,最大不超过5cm/min。顶进刚开始时要勤测量,每顶进30mm就要对中心和高程进行一次测量,正常顶进每0.8—1m,测量记录一次,并保存好原始顶进记录,发现超偏及时纠正。纠偏使用顶管机头附设的纠偏系统。为了保证施工质量,顶管施工的前3m和正在校正偏差过程中要对高程和中心线一镐一测。顶进纠偏操作要坚持“勤测量 ”、“勤纠偏”的技术原则,同时还要遵循以下两点:首先,每次纠偏量不宜过大,而且要注意发展趋势;其次,当出现高低和左右均发生偏差时,先纠正偏差大的,后纠正偏差小的。
  在顶进中若遇到下列情况之一时,应当立即停止顶进,并迅速采取有效方法,安全处理完毕后才可继续顶进,发生塌方或者遇到障碍物;后背倾斜或者严重变形;顶铁发生扭曲;管位偏差过大且校正无效;顶力较设计值大,接近管节端面的许可承受顶力。
  顶管完成捻口后,对管道进行置换加固(压水泥浆加固)。压浆由管内预留的压浆孔进行压注,压浆次数不得少于3次,两次间隔时间不得大于24h,并做好压浆记录。
  (七)其他注意事项
  在确认地下水位降至管底以下50厘米时才可开始顶进施工;必须强化对顶管附近地表的沉降观测;要将管道的防腐效果作为验收的重点,同时强化焊缝探伤检验。
  (八)工作井、接收井回填
  顶管工程完毕72h后,方可进行自来水钢管的安装。自来水钢管经过1MPa的试压验收后,才可进行工作井、接收井的回填。
  结束语
  总之,顶管过程是一个复杂的力学过 程,它涉及材料力学、岩土力学、流体力学、弹塑性力学等诸多学 科,必须进行严密的顶管计算,采取先进的顶管设备,才能成功 高效地完成顶管施工的工作,但从目前来看,顶管技术仍需要市 政工作人员继续探索,寻求进一步的发展。
  
  
参考文献:
【1】周先桂,潘承猛,莫培华.顶管施工在市政道路给排水管道中的应用研究【J】.企业导报,2011(16).
【2】沈培丽.顶管施工在市政排水工程的应用技术分析【J】.科技信息,2011(25).
【3】刘晓军.顶管技术在市政给水管道施工中的应用【J】.技术与市场,2011(12).
【4】李福军.顶管技术在市政工程中的应用和发展——以乌鲁木齐市市政工程为例【J】.大陆桥视野,2011(14). 本文链接:http://www.qk112.com/lwfw/sklw/slgc/250404.html

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