頂管施工技術(shù)論文

頂管施工技術(shù)論文摘要：頂管技術(shù)是一門綜合性的技術(shù)，頂管施工伴隨管道建設(shè)的發(fā)展已越來越普及，應(yīng)用領(lǐng)域也越來越寬，相信伴隨頂管施工的普及和專業(yè)化，頂管施工會(huì)在不停實(shí)踐中成熟。引言頂管施工作為一種非開挖敷設(shè)地下管道的施工技術(shù)，在都市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的不停發(fā)展中應(yīng)用日益廣泛，尤其在埋深較深、橫穿道路、交通干道下埋管或離建筑物較近的狀況下，最能體現(xiàn)出頂管技術(shù)的優(yōu)越性。頂管可在可塑至堅(jiān)硬狀態(tài)的粘土、不飽和的砂土等穩(wěn)定土層中頂進(jìn)，也可在飽和疏松的粉細(xì)砂與粉土、淤泥、淤泥質(zhì)土、干燥的松砂土等不穩(wěn)定土層中頂進(jìn)。1頂管施工的常見問題及技術(shù)關(guān)鍵對(duì)于繁忙而脆弱的都市交通系統(tǒng)，開挖敷設(shè)地下管道勢(shì)必會(huì)導(dǎo)致交通中斷，尤其是敷設(shè)橫穿都市主干道下的管道，大開挖埋管必然帶來交通阻斷，導(dǎo)致巨大的經(jīng)濟(jì)損失。在非開挖狀態(tài)下對(duì)這些管道進(jìn)行修復(fù)和敷設(shè)，淺埋頂管技術(shù)有了用武之地。1.1頂管施工的前期準(zhǔn)備及注意事項(xiàng)調(diào)查施工現(xiàn)場(chǎng)地上、地下管線分布詳細(xì)狀況：生活區(qū)臨設(shè)搭建及臨時(shí)用水源、電源鋪設(shè)或架設(shè)；現(xiàn)場(chǎng)施工測(cè)量準(zhǔn)備工作完畢；施工重要材料設(shè)備進(jìn)場(chǎng)，項(xiàng)目部技術(shù)、管理人員、施工人員進(jìn)駐工地；項(xiàng)目部組織學(xué)習(xí)施工圖紙，進(jìn)行圖紙?jiān)O(shè)計(jì)施工交底，監(jiān)理、監(jiān)督交底等；組織編寫施工組織設(shè)計(jì)和專題方案，并報(bào)上級(jí)部門審批；現(xiàn)場(chǎng)封閉圍擋，進(jìn)行施工組織設(shè)計(jì)交底工作，進(jìn)入基坑開挖狀態(tài)。頂進(jìn)過程中，應(yīng)嚴(yán)格控制頂力在容許的范圍內(nèi)，并留有足夠的安全系數(shù)。作好地質(zhì)勘察及資料整頓工作，認(rèn)真編制好施工方案和通過不一樣土層的技術(shù)措施及糾偏措施，保證管道的順利頂進(jìn)。加強(qiáng)操作控制，使頂管均勻平穩(wěn)，受力均勻，盡量減少頂進(jìn)過程中的傾斜、偏移、扭轉(zhuǎn)，防止管壁出現(xiàn)裂縫、變形。1.2頂管施工技術(shù)關(guān)鍵1.2.1頂力問題頂管工程施工前精確計(jì)算頂力的大小，不僅有助于合理確定千斤頂?shù)臄?shù)量和噸位，并且對(duì)后背墻體的設(shè)計(jì)與后背土與否需要加固處理也至關(guān)重要?，F(xiàn)以泥水平衡式頂管機(jī)在頂管頂進(jìn)過程中的頂力為例，總頂力包括管道外壁摩擦阻力與工具頭迎面阻力，估算計(jì)算公式[1]為：F0=∏D1LfK+NF式中：D1為管道外徑；L為管道設(shè)計(jì)頂進(jìn)長(zhǎng)度；fK為管道外壁與土的平均摩阻力，當(dāng)采用觸變泥漿減阻時(shí)，粉性土取6.0kPa；NF為頂管機(jī)的迎面阻力，NF=（∏D12γSHS）/4。增長(zhǎng)中繼環(huán)和泥漿潤(rùn)滑，中繼環(huán)間距20～200m，越靠近工具管間距越??；泥漿作用是潤(rùn)滑和減沉。泥漿材料采用膨潤(rùn)土泥漿，穩(wěn)定、失水少。注入孔設(shè)置為軸向—工具管相鄰3～4節(jié)為有孔管，之后每隔2～5節(jié)設(shè)有孔管。環(huán)向—周圈均勻設(shè)3～4個(gè)壓漿孔。壓漿原則是先壓后頂，隨頂隨壓，及時(shí)補(bǔ)漿。1.2.2方向控制包括計(jì)算機(jī)控制、激光導(dǎo)向和三段雙鉸管。2沉井下沉的標(biāo)高控制2.1沉井的作業(yè)次序安排下沉準(zhǔn)備工作→設(shè)置垂直運(yùn)送機(jī)械設(shè)備→挖土下沉→井內(nèi)外排水、降水→邊下沉邊觀測(cè)→糾偏措施→沉至設(shè)計(jì)標(biāo)高→查對(duì)標(biāo)高、觀測(cè)沉降穩(wěn)定狀況→封底→底板鋼筋施工與隱蔽工程驗(yàn)收→底板混凝土澆筑→磚砌井壁→回填土。2.2沉井下沉的重要措施和措施（1）沉井制作完畢后，其混凝土強(qiáng)度必須到達(dá)設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)的100%后方可進(jìn)行刃腳墊架拆除和下沉的準(zhǔn)備工作。（2）井內(nèi)挖土應(yīng)根據(jù)沉井中心劃分工作面，挖土應(yīng)分層、均勻并對(duì)稱地進(jìn)行。挖土要點(diǎn)是：先從沉井中間開始逐漸挖向四面，每層挖土厚度為0.3m，沿刃腳周圍保留0.5～1.5m的土堤，然后再沿沉井井壁每2～3m一段向刃腳方向逐層全面、對(duì)稱并均勻地削薄土層，每次削5～10cm，當(dāng)土層經(jīng)不住刃腳的擠壓而破裂時(shí)，沉井便在自重的作用下擠土下沉。（3）井內(nèi)挖出的土方應(yīng)及時(shí)外運(yùn)，不得堆放在沉井旁，以免導(dǎo)致沉井偏斜或位移。如確實(shí)需要在場(chǎng)內(nèi)堆土，堆土地點(diǎn)應(yīng)設(shè)在沉井下沉深度2倍以外的地方。（4）沉井下沉過程中，應(yīng)安排專人進(jìn)行測(cè)量觀測(cè)。當(dāng)沉井每次下沉穩(wěn)定后應(yīng)進(jìn)行高差和中心位移測(cè)量。每次觀測(cè)數(shù)據(jù)均需如實(shí)記錄，并按一定表式填寫，以便進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和資料管理。（5）沉井時(shí)，如發(fā)既有異常狀況，應(yīng)及時(shí)分析研究，采用有效的對(duì)策措施：如摩阻力過大，應(yīng)采用減阻措施，使沉井持續(xù)下沉，防止停歇時(shí)間過長(zhǎng)；如碰到突沉或下沉過快狀況，應(yīng)采用停挖或井壁周圍多留土等止沉措施。（6）在沉井下沉過程中，如井壁外側(cè)土體發(fā)生塌陷，應(yīng)及時(shí)采用回填措施，以減少下沉?xí)r四面土體開裂、塌陷對(duì)周圍環(huán)境導(dǎo)致的不利影響。（7）為了減少沉井下沉?xí)r摩阻力和以便后來的清淤工作，在沉井外壁宜采用隨下沉隨回填砂的措施。（8）沉井開始下沉至5m以內(nèi)的深度時(shí)，要尤其注意保持沉井的水平與垂直度，否則在繼續(xù)下沉?xí)r輕易發(fā)生傾斜、偏移等問題，并且糾偏也較為困難。（9）沉井下沉近設(shè)計(jì)標(biāo)高時(shí)，井內(nèi)土體的每層開挖深度應(yīng)不不小于30cm或更薄些，以防止沉井發(fā)生傾斜。沉井下沉至離設(shè)計(jì)底標(biāo)高10cm左右時(shí)應(yīng)停止挖土，讓沉井依托自重下沉到位。2.3井內(nèi)挖土和土方吊運(yùn)措施沉井內(nèi)的分層挖土和土方吊運(yùn)采用人工和機(jī)械相配合的措施。根據(jù)本工程的沉井施工特點(diǎn)，在沉井上口邊配置一臺(tái)5噸的W-1001履帶式起重機(jī)（也即抓斗挖機(jī)），負(fù)責(zé)機(jī)械開挖井內(nèi)中間部分的土方和將井內(nèi)土方吊運(yùn)至地面裝車外運(yùn)。井內(nèi)靠周圍的土方以人工開挖、扦鏟為主，以此嚴(yán)格控制每層土的開挖厚度，防止超挖。井內(nèi)土體如較為干燥，可增配一臺(tái)小型（0.25m3）液壓反鏟挖掘機(jī)，在井內(nèi)進(jìn)行機(jī)械開挖，到達(dá)減少勞動(dòng)力和提高工效的目的。井內(nèi)土方挖運(yùn)實(shí)行人機(jī)同步作業(yè)，必須加強(qiáng)對(duì)井下操作工人的安全教育和培訓(xùn)，強(qiáng)化工人的安全意識(shí)，并貫徹安全防護(hù)措施，以防止事故發(fā)生。3頂管施工措施3.1進(jìn)出洞口措施進(jìn)出洞口是整個(gè)頂管施工過程中關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。在不穩(wěn)定性土層中，工具頭在進(jìn)出洞口時(shí)因涌水、土體自穩(wěn)定性差等原因出現(xiàn)質(zhì)量事故。因此，可采用如下技術(shù)措施：（1）頂管工作井的穿墻處采用盤根止水穿墻管。（2）在井壁穿墻管的外側(cè)采用3排高壓旋噴樁對(duì)洞外土體進(jìn)行加固，并作為止水帷幕。旋噴樁樁徑為Φ600mm，搭接長(zhǎng)度200mm，樁底為管道底標(biāo)高下3m，樁頂同沉井頂，旋噴樁的每立方水泥用量為300kg/m3。旋噴樁加固寬度為管道外每邊不不不小于1.2m。加固洞口時(shí)，應(yīng)保證洞口土體縫隙被注滿，初凝后能保持短時(shí)間不坍塌，機(jī)頭可順利推進(jìn)，樁體強(qiáng)度低可被刀盤切碎。（3）管道進(jìn)洞后應(yīng)按設(shè)計(jì)規(guī)定封閉接受孔，防止水土流入井內(nèi)。（4）管道進(jìn)接受孔后，應(yīng)按設(shè)計(jì)規(guī)定將接受孔和管道之間空隙封堵。當(dāng)接受井與管道之間也許產(chǎn)生不均勻沉降時(shí)，應(yīng)采用柔性材料封堵。3.2頂進(jìn)施工技術(shù)措施頂進(jìn)施工工藝流程：頂管施工準(zhǔn)備→機(jī)頭出洞→入泥頂進(jìn)→吊下管節(jié)、接管→頂進(jìn)、測(cè)量、記錄、糾編→頂完一節(jié)、循環(huán)頂進(jìn)→最終一節(jié)→竣工測(cè)量→機(jī)頭進(jìn)洞、拆吊→結(jié)束。對(duì)于管道所在土層為飽和的粉質(zhì)黏土夾粉土、粉土或砂性土等不穩(wěn)定土層時(shí)，為保證施工安全與管道后期的正常使用，保證管道上部路面構(gòu)造的穩(wěn)定，在管道頂進(jìn)過程中可采用如下技術(shù)措施：（1）在工作井安裝洞口止水裝置；（2）在工作井與接受井管道進(jìn)出洞處設(shè)置高壓旋噴樁進(jìn)行土體加固；（3）頂進(jìn)施工時(shí)，在管道外圍壓注觸變泥漿，首先可作為減少頂進(jìn)阻力的措施，另首先填充管道周圍的空隙，形成一道泥漿保護(hù)套，起到支撐地層，減少地面沉降的作用。（4）在頂管結(jié)束后，應(yīng)對(duì)管道外壁與土之間的空腔壓注水泥砂漿，以置換出頂進(jìn)時(shí)注入的觸變泥漿，保證頂管管道與周圍土層結(jié)合緊密，并形成防水層，以減少地面最終沉降量。3.3頂管接口措施由于頂進(jìn)過程中管材受力狀況十分復(fù)雜，管材構(gòu)造及制作規(guī)定嚴(yán)格，同步頂管施工又在地下水位如下施工，規(guī)定管材接口不得滲水。因此頂管接口均采用F型管接口，通過加設(shè)木襯板和楔形橡膠密封圈等輔助設(shè)施，并且在鋼套環(huán)與混凝土管結(jié)合面設(shè)置遇水膨脹橡膠圈，防止了以往在頂管施工過程中出現(xiàn)的相鄰管節(jié)錯(cuò)口、無法糾偏、管縫之間漏水以及混凝土管由于頂力不均導(dǎo)致管子頂裂等質(zhì)量事故。F型管接口示意如圖所示。對(duì)于管道接口處在飽和的粉質(zhì)黏土夾粉土或砂性土等不穩(wěn)定土層中，外圍土體可采用注漿包裹加固，以防止因接口不嚴(yán)形成管內(nèi)外水的流動(dòng)，導(dǎo)致管上部地面的沉降。注漿材料可采用水泥+水玻璃。4沉降控制4.1控制開挖面土的壓力保持開挖面土的壓力平衡可以減少開挖面土體的坍塌、變形和土體損失，控制開挖面土壓力可以控制地表隆陷。以泥水壓力來平衡地下水壓力和土壓力，為了穩(wěn)定開挖面，泥水壓力Pm按下式進(jìn)行設(shè)定：Pm=Pw+Pp（1）式中Pm表達(dá)泥水壓，Pw表達(dá)地下水壓，Pp表達(dá)預(yù)壓，按經(jīng)驗(yàn)取0.01～0.02Mpa。4.2控制推進(jìn)速度速度的選用是為了保證土體不被過量擠壓，由于過量的擠壓必然會(huì)增長(zhǎng)地層的擾動(dòng)。假如推進(jìn)速度過快，泥水倉(cāng)內(nèi)土體來不及排除，會(huì)導(dǎo)致土的壓力失穩(wěn)。4.3管外壁完整泥漿套的建立完整泥漿套的建立可以防止管外壁產(chǎn)生背土現(xiàn)象，從而有效控制地面沉降的發(fā)生。在頂進(jìn)過程中在機(jī)頭尾部及后續(xù)管節(jié)上安三個(gè)斷面，對(duì)管道背面的環(huán)形空隙的處理措施是進(jìn)行同步注漿和補(bǔ)漿。注漿壓力控制在積極土壓力與被動(dòng)土壓力之間，補(bǔ)漿根據(jù)地面沉降的監(jiān)測(cè)成果進(jìn)行，注漿量要不小于管道外徑空隙