论文部分内容阅读
【摘 要】文章主要结合柳州市白云支渠维修工程，探讨了D2400曲线顶管对接技术，以期给同类工程提供参考。
【关键词】D2400顶管；顶管工程；对接技术
城市市政排水管网是城市重要的市政基础设施之一，担负着城市生活雨污水、工业废水的收集和输送工作，被称为城市的“血管”。市政排水管网的结构稳固和功能完善是城市排水安全的重要保证。在城市市政工程建设过程中，地下管道工程的建设日益凸显重要性并倍受社会各界的关注。我国传统管道多采用开挖施工，但在施工现场条件受限时，多采用顶管法。顶管施工适用于不便开槽施工或开槽埋设较不经济的管道工程，该施工工方法的优点在于采用不开槽的暗挖方式，避免作业面对城市地上交通和各种活动及地上建筑物的直接影响，同时节约工程投资，减小施工对环境的影响。
一、工程概况
柳州市白云支渠维修工程P8～P11段全长140米，d2400钢筋混凝土管，原设计埋深约7米，管道中心线距沿街门面2.5米，距行车道边路缘石1.5米。地质勘察报告显示地面以下1.5内为杂填土，其余为素填土。设计工作井内径5米，施工方案为人工开挖掘进顶管。P9、P10井由于距门面过近，不具备施工条件而取消，施工过程中分别从P8、P11井开始往原P9井位置开挖掘进，暗接。分别顶进约15米左右时发现靠门面（石山脚边沿）一侧深6米管中线心左侧1米～1.5米位置有次坚石，顶管过程中为了减少造价避开石方，随按曲线顶进方式进行顶进。由于缺少经验，施工时每节管均需测量纠偏，最后对接时偏差25cm。
二、顶管法施工原理及施工工艺
顶管法施工原理是在管道的沿线按设计的方案设置工作井和接收井，工作井内设备坚固的后座，吊进油压千斤顶以及要顶进的钢管或混凝土管，接好照明、油管等管线，然后用油压千斤顶缓慢顶进，通过压降系统使管解周围形成泥浆套，管道在泥浆套中滑行，在顶进的过程中通过经纬仪测量顶管的方向，边顶进边排土调整，直至将钢管或混凝土管顶至接收井内。
顶管法的施工工艺为：施工准备--测量放线--场地平整--设置施工标志和隔离带--顶进井、接收井设置开挖--设备安装--管道顶进--测量及纠偏--管外壁压降--闭水实验。
三、顶管施工方案
管道顶管施工通常采用的施工方法可分为敞开人工手掘式和密封机械式顶管施工方法，其中机械式顶管施工常用的施工方法又有泥水平钢管管机土压平衡式两种，顶管施工常用的管材有砼管、钢管、玻璃夹砂钢管。管道顶进施工所采用的主要设备为信息化及全自动化泥水平衡頂管机。例如在本工程实例中，施工方案为人工开挖掘进顶管。人工掘进顶管，即先开挖工作坑，再按照设计管线的位置和坡度，在工作坑底修筑基础、设置导轨，把管子安放在导轨上顶进。顶进前，先在管前端人工开挖坑道，然后用千斤顶将管顶入。一节管顶完，再连接一节管继续顶进。千斤顶支撑于后背，后背支撑于人工后背墙上。
四、工作坑及其布置
工作坑开挖作业深度根据穿越处管道设计标高确定。人工配合单斗挖掘机进行开挖，每开挖2.0m深度后，采用板桩支护，直至开挖到设计管道高程下0.4m深度。工作坑由基础、导轨和后背墙组成。
（1）工作坑基础。工作坑基础采用现浇混凝土基础。基础宽不小于管外径，按有关公式计算为3.8mo长度为1.2一1.3倍单节管长，按有关公式计算为5.0mo基础厚度为30cmC10混凝土，在其上铺设导轨。
（2）导轨。导轨的作用是引导混凝土管按设计的中心线和坡度顶入土中，保证管在将要顶入土中前的位置正确。施工中导轨采用槽钢铺设。铺设导轨应注意满足以下要求：①两导轨应顺直、平行、等高，其纵坡应与管道设计坡度一致。②导轨安装允许偏差轴线位置3mm，顶面高程0-+3mm，两轨内距±2mm；③安装后的导轨应牢固，不得在使用中产生位移，并应经常校核。
（3）后背墙。后背墙与后背是千斤顶的支撑结构，施工中采用混凝土现浇后背墙。其许可顶力不小于1.5倍的最大顶力。后背采用20mm厚钢板来均匀分布压力。
五、顶铁与千斤顶
顶铁是顶进管道时，千斤顶与管道之间临时设置的传力构件。
（1）顶铁安装和使用时应符合下列要求：①顶铁与轨道之间、顶铁与管道之间的接触面应保持干净，如有泥土或油污等，应擦拭干净，防止接触不良，相互滑动。②必须使千斤顶轴线、顶铁轴线和管道轴线相互平行。③更换顶铁时，应先使用长度大的顶铁；顶铁拼装后应锁定；使用顶铁必须注意安全，加强防护。④顶铁与管口之间采用三合板作为缓冲材料，使顶力均匀的分部在管端，避免应力集中对管端的损伤。
（2）千斤顶的安装应符合下列要求：①千斤顶宜固定在支架上，并与管道中心的垂线对称，其合力的作用点应在管道中心的垂直线上；②千斤顶的油路采用并联，每台千斤顶有进油、退油的控制系统。
六、管道顶进
用起吊设备将管节轻放在轨道上，测量中线与前后两端高程，管节端面垂直顶管中轴线，第1节管节前安装工具管，主要用于管道纠偏。人工在工具管前端掘土，清出的土方用小车配以卷扬机外运出工作坑。待工具管前形成略大于工具管外径的圆形空间后，启动顶液压油缸，慢慢向前推进。在液压油缸达到行程后，退顶加入顶铁继续顶入。待首节管节顶入后，液压油缸退回到起始位置，将第2管节与首节相连，人工继续掘土，如此循序渐进，在顶管过程中辅以纠偏、纠扭措施，直至顶入到设计位置，完成顶管作业。
七、顶管纠偏
管道在顶进过程中，由于迎面阻力、管壁磨擦力分布不均和千斤顶顶力的微小偏心等都可能导致工具管前进的方向偏移或旋转。为保证管道的施工质量，必须及时纠正，才能避免施工偏差超过允许值。顶进过程中要“勤顶、勤挖、勤测、勤纠”。纠偏采用挖土校正法和顶木校正法。
第一，挖土校正法。在管子偏向设计中心线的一侧适当超挖，以使迎而阻力减小，而在相对一侧不超挖或留坎，使迎而阻力加大，形成力偶，让首节管子调向，逐渐回到设计位置。高程检查结果如发现管子“低头”时，则在管顶处向上多挖土，管底处略挖出向上的斜坡；若管子顶进过程中发生“抬头”时，则在管前下部稍多挖土，管顶少挖土，再进行顶进即得以校正。此法适用于当偏差在10-30mm范围内时校正。第二，顶木校正法。当偏差大于30～或利用挖土校正法无效时，用1根圆木，一端顶在管子偏向的另一侧内管壁上，另一端支在垫有木板的管前土壤上，支架稳固后开动千斤顶，利用顶进时斜支管子所产生的分力使管子得以校正。
八、管节间的密封
待两检查井间排水管顶管施工结束后，在两管间的缝隙处采用油麻辫石棉水泥进行接口填塞密封，防止渗水漏水。
综上所述，顶管施工对接技术能够实现长距离隧道顶管施工目的，并且能够有效减少工作井的数量，有利于缩短工期，节省资源，提高社会经济效益。本工程采用人工掘进式顶管施工技术，有效避免了开槽埋管对周边建筑物和地下管线的破坏和影响，开挖部分仅仅只有工作坑和接收坑，土方开挖量少，而且安全、对交通影响小。总之，在进行顶管具体施工的过程中，应依据工程的特点以及图纸类型等，选择合适的顶进设备，并严格依照顶进流程操作，同时应做好相应的应急措施，确保工程的质量达标。
参考文献：
[1]许磊，易立新，刘永生.泥水平衡顶管施工中若十技术问题的探讨[J].资源环境与工程，2008（22）
[2]董泽龙，徐飞，苏俊.顶管隧道地下对接施工技术[J].中国市政工程，2007（04）
[3]章拥军.关于大口径污水顶管与预留钢筋混凝土管地下对接工程浅析[J].城市道桥与防洪，2011（03）
【关键词】D2400顶管；顶管工程；对接技术
城市市政排水管网是城市重要的市政基础设施之一，担负着城市生活雨污水、工业废水的收集和输送工作，被称为城市的“血管”。市政排水管网的结构稳固和功能完善是城市排水安全的重要保证。在城市市政工程建设过程中，地下管道工程的建设日益凸显重要性并倍受社会各界的关注。我国传统管道多采用开挖施工，但在施工现场条件受限时，多采用顶管法。顶管施工适用于不便开槽施工或开槽埋设较不经济的管道工程，该施工工方法的优点在于采用不开槽的暗挖方式，避免作业面对城市地上交通和各种活动及地上建筑物的直接影响，同时节约工程投资，减小施工对环境的影响。
一、工程概况
柳州市白云支渠维修工程P8～P11段全长140米，d2400钢筋混凝土管，原设计埋深约7米，管道中心线距沿街门面2.5米，距行车道边路缘石1.5米。地质勘察报告显示地面以下1.5内为杂填土，其余为素填土。设计工作井内径5米，施工方案为人工开挖掘进顶管。P9、P10井由于距门面过近，不具备施工条件而取消，施工过程中分别从P8、P11井开始往原P9井位置开挖掘进，暗接。分别顶进约15米左右时发现靠门面（石山脚边沿）一侧深6米管中线心左侧1米～1.5米位置有次坚石，顶管过程中为了减少造价避开石方，随按曲线顶进方式进行顶进。由于缺少经验，施工时每节管均需测量纠偏，最后对接时偏差25cm。
二、顶管法施工原理及施工工艺
顶管法施工原理是在管道的沿线按设计的方案设置工作井和接收井，工作井内设备坚固的后座，吊进油压千斤顶以及要顶进的钢管或混凝土管，接好照明、油管等管线，然后用油压千斤顶缓慢顶进，通过压降系统使管解周围形成泥浆套，管道在泥浆套中滑行，在顶进的过程中通过经纬仪测量顶管的方向，边顶进边排土调整，直至将钢管或混凝土管顶至接收井内。
顶管法的施工工艺为：施工准备--测量放线--场地平整--设置施工标志和隔离带--顶进井、接收井设置开挖--设备安装--管道顶进--测量及纠偏--管外壁压降--闭水实验。
三、顶管施工方案
管道顶管施工通常采用的施工方法可分为敞开人工手掘式和密封机械式顶管施工方法，其中机械式顶管施工常用的施工方法又有泥水平钢管管机土压平衡式两种，顶管施工常用的管材有砼管、钢管、玻璃夹砂钢管。管道顶进施工所采用的主要设备为信息化及全自动化泥水平衡頂管机。例如在本工程实例中，施工方案为人工开挖掘进顶管。人工掘进顶管，即先开挖工作坑，再按照设计管线的位置和坡度，在工作坑底修筑基础、设置导轨，把管子安放在导轨上顶进。顶进前，先在管前端人工开挖坑道，然后用千斤顶将管顶入。一节管顶完，再连接一节管继续顶进。千斤顶支撑于后背，后背支撑于人工后背墙上。
四、工作坑及其布置
工作坑开挖作业深度根据穿越处管道设计标高确定。人工配合单斗挖掘机进行开挖，每开挖2.0m深度后，采用板桩支护，直至开挖到设计管道高程下0.4m深度。工作坑由基础、导轨和后背墙组成。
（1）工作坑基础。工作坑基础采用现浇混凝土基础。基础宽不小于管外径，按有关公式计算为3.8mo长度为1.2一1.3倍单节管长，按有关公式计算为5.0mo基础厚度为30cmC10混凝土，在其上铺设导轨。
（2）导轨。导轨的作用是引导混凝土管按设计的中心线和坡度顶入土中，保证管在将要顶入土中前的位置正确。施工中导轨采用槽钢铺设。铺设导轨应注意满足以下要求：①两导轨应顺直、平行、等高，其纵坡应与管道设计坡度一致。②导轨安装允许偏差轴线位置3mm，顶面高程0-+3mm，两轨内距±2mm；③安装后的导轨应牢固，不得在使用中产生位移，并应经常校核。
（3）后背墙。后背墙与后背是千斤顶的支撑结构，施工中采用混凝土现浇后背墙。其许可顶力不小于1.5倍的最大顶力。后背采用20mm厚钢板来均匀分布压力。
五、顶铁与千斤顶
顶铁是顶进管道时，千斤顶与管道之间临时设置的传力构件。
（1）顶铁安装和使用时应符合下列要求：①顶铁与轨道之间、顶铁与管道之间的接触面应保持干净，如有泥土或油污等，应擦拭干净，防止接触不良，相互滑动。②必须使千斤顶轴线、顶铁轴线和管道轴线相互平行。③更换顶铁时，应先使用长度大的顶铁；顶铁拼装后应锁定；使用顶铁必须注意安全，加强防护。④顶铁与管口之间采用三合板作为缓冲材料，使顶力均匀的分部在管端，避免应力集中对管端的损伤。
（2）千斤顶的安装应符合下列要求：①千斤顶宜固定在支架上，并与管道中心的垂线对称，其合力的作用点应在管道中心的垂直线上；②千斤顶的油路采用并联，每台千斤顶有进油、退油的控制系统。
六、管道顶进
用起吊设备将管节轻放在轨道上，测量中线与前后两端高程，管节端面垂直顶管中轴线，第1节管节前安装工具管，主要用于管道纠偏。人工在工具管前端掘土，清出的土方用小车配以卷扬机外运出工作坑。待工具管前形成略大于工具管外径的圆形空间后，启动顶液压油缸，慢慢向前推进。在液压油缸达到行程后，退顶加入顶铁继续顶入。待首节管节顶入后，液压油缸退回到起始位置，将第2管节与首节相连，人工继续掘土，如此循序渐进，在顶管过程中辅以纠偏、纠扭措施，直至顶入到设计位置，完成顶管作业。
七、顶管纠偏
管道在顶进过程中，由于迎面阻力、管壁磨擦力分布不均和千斤顶顶力的微小偏心等都可能导致工具管前进的方向偏移或旋转。为保证管道的施工质量，必须及时纠正，才能避免施工偏差超过允许值。顶进过程中要“勤顶、勤挖、勤测、勤纠”。纠偏采用挖土校正法和顶木校正法。
第一，挖土校正法。在管子偏向设计中心线的一侧适当超挖，以使迎而阻力减小，而在相对一侧不超挖或留坎，使迎而阻力加大，形成力偶，让首节管子调向，逐渐回到设计位置。高程检查结果如发现管子“低头”时，则在管顶处向上多挖土，管底处略挖出向上的斜坡；若管子顶进过程中发生“抬头”时，则在管前下部稍多挖土，管顶少挖土，再进行顶进即得以校正。此法适用于当偏差在10-30mm范围内时校正。第二，顶木校正法。当偏差大于30～或利用挖土校正法无效时，用1根圆木，一端顶在管子偏向的另一侧内管壁上，另一端支在垫有木板的管前土壤上，支架稳固后开动千斤顶，利用顶进时斜支管子所产生的分力使管子得以校正。
八、管节间的密封
待两检查井间排水管顶管施工结束后，在两管间的缝隙处采用油麻辫石棉水泥进行接口填塞密封，防止渗水漏水。
综上所述，顶管施工对接技术能够实现长距离隧道顶管施工目的，并且能够有效减少工作井的数量，有利于缩短工期，节省资源，提高社会经济效益。本工程采用人工掘进式顶管施工技术，有效避免了开槽埋管对周边建筑物和地下管线的破坏和影响，开挖部分仅仅只有工作坑和接收坑，土方开挖量少，而且安全、对交通影响小。总之，在进行顶管具体施工的过程中，应依据工程的特点以及图纸类型等，选择合适的顶进设备，并严格依照顶进流程操作，同时应做好相应的应急措施，确保工程的质量达标。
参考文献：
[1]许磊，易立新，刘永生.泥水平衡顶管施工中若十技术问题的探讨[J].资源环境与工程，2008（22）
[2]董泽龙，徐飞，苏俊.顶管隧道地下对接施工技术[J].中国市政工程，2007（04）
[3]章拥军.关于大口径污水顶管与预留钢筋混凝土管地下对接工程浅析[J].城市道桥与防洪，2011（03）