论文部分内容阅读
摘要：顶管设计在市政工程中，特别是深覆土大管径的管道工程和交通繁忙的城市主干道改造工程设计中显得尤为重要。在特定工程条件下，相对与开槽埋管更具优越性。时代要前进，城市要发展。市政设施配套完善，地下各种管道建设将会大量增加，顶管设计和施工也会增多。管径加大，长度加长，有直有曲，种类繁多，这将是今后大城市顶管施工的发展趋势。因此，我们要重视这个良机，进一步地完善和提高我们的顶管设计和施工技术，使之综合施工技术达到国际水平。
关键词：顶管施工；技术；要点分析
中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：
顶管技术是一种从地下铺装管道的技术，在不破坏地上构造物及不开挖地面的情况下，利用液压千斤顶从工作井用顶镐在铺设的导向轨上将管节逐节顶进，直到顶到接收井的管道敷设施工工艺。由于顶管施工可以不用开挖原地面及破坏地上构造物，因此不会阻碍交通通行，对周围环境影响非常小。顶管设备有很多种，包括敞开式掘进机、岩盘掘进机、泥水平衡掘进机、土压平衡掘进机等，而土压平衡掘进机主要用于市政顶进施工。现主要介绍一下这种顶管设备的施工方法。
一、 土压平衡顶管技术
1.1 基本原理 土压平衡理论是以掘进机土仓内泥土的压力来平衡掘进机所处土层的土压力和地下水压力的顶管理论。在掘进机的下面设有螺旋出土机，当顶进时，密封舱内压力的变化值自动调节螺旋机出土量，使密封舱内始终保持足以平衡作用在开挖面水土压力的设定压力值，从而达到开挖面始终处于动态的稳定状态。因此选用平衡式掘进机可以排除因开挖面不稳定而造成的诸多风险，它适用于直径超过1350mm的大管径顶管施工。 1.2 基本类型 单刀盘式（DK型）顶管机和多刀盘式（DT型）顶管机。
1.3 土压平衡顶管机基本结构 主要包括主机、后顶装置、螺旋输送机和电气控制系统。
二、顶管施工技术在市政工程中的应用
首先施工方案的选择应根据地质情况而定，要清楚现场的地质状况，其次是设备的选型。2011年我公司承接了廣州市北十条污水截流顶管工程。本工程顶管穿越地层是采用具有较强渗透性、力学性能较差的砂质粉土和粉质粘土，宜采用全封闭机械顶管土压平衡掘进机进行施工。
2.1 主顶进系统设置 主顶进系统包括液压泵站、顶进环、钢后靠和油缸组等，完成管节顶是顶管设备系统的主要组成部分。
2.2 注浆设备系统 顶管外壁的泥浆润滑套决定了顶管的使用功能。为确保顶管能够向管节外围快速压浆，形成良好的泥浆润滑套，真正发挥其润滑作用，施工过程中可设置两根总管和两套管路系统。其中一根用于掘进机后部的同步注浆，另一根用于随时进行补浆。
2.3 泥水出土系统 本工程泥水系统采用二台泥浆泵。一台放在地面上为输送泥泵，另一台放在基坑下面为排出泥泵，形成泥浆循环。顶管工作坑设施布置：将两根50钢轨及钢板预埋件焊接成基坑导轨，在工作井底板基础上以中心线为基准确定钢板埋设的位置，埋设过程中，为确保导轨和预埋钢板的焊接效果，应注意钢板埋设的位置应该与钢轨导轨相吻合。焊接时，必须确保预埋钢板上的锚固钢筋焊牢，且锚固强度达到设计要求，将导轨放置在指定位置以后，应在两侧用角钢支撑好，有条件时应浇筑混凝土，保证导轨在受力状态下不会发生变形、位移等问题。因为导轨施工采用的是拼装式主顶油缸架结构，所以一定要按指定的位置和设计要求正确安装主顶油缸架，确保油缸在受力状态下不会出现变形、位移等情况。高程与平面安装误差应控制在5mm以内。 2.4 顶管施工工艺流程 首先根据勘察设计资料，对所有导线点和水准点进行复测，再根据结果进行管道的放样，对将要顶进的所在位置的断面和地面进行标高测量，以便导向施工时精确的控制标高，本工程顶管，采用水准仪和全站仪进行测量和线形控制，“勤测勤纠”根据测量反馈结果，调整千斤顶，使机头改变方向，尽量做到纠偏在偏位发生的萌芽阶段。
2.4.1 平面控制。为使两井间顶管贯通，将横、竖方向的误差在100mm以内，应在工作井与接收井周围预埋地面导线点，通过空导点和地面导线点，以导线测量形式，将平面控制成果引测到施工现场。通过空导点及地面导线点构建平面控制网。用科力达全站仪测量导线测量，六测回方向观测，测角精度+1，测距六测回，双向观测，测距相对误差<1/80000，对观测结果进行平差。用联系三角形方式，从井上坐标点传输至井下坐标点，通过铅垂仪垂直投设所需点位。用钢架将井下控制顶进方向的基准点埋设成固定点，通过全站仪对机头平面偏差方向进行实地测量。
2.4.2 高程控制。利用设计交桩给出的水准点，将高程引测至工作井附近，确立施工临时高程控制点。通过钢尺和自动安平水准仪进行水准测量，往返观测。观测过程中要时时关注机头姿态及其发展趋势，一旦发现其位置偏移就要及时纠正，以免影响后续施工效果。
2.4.3 顶管姿态测量。为了在顶管施工中保证掘进机仍按设计轴线前移，施工时要对顶管动态进行实时观测，根据观测数据绘制出顶进示意图，并对顶管的技术参数进行合理的调整，为顶管的正常推进提供技术支持。
将一对水平横尺纵向装设在顶管机头部位，通过三维坐标控制点对各尺读数进行测量，计算顶管的转角度数、顶管中心方向的偏差值、顶管的坡度、顶管中心高程等，并参照计算结果对顶管机各部位技术参数进行调整。顶管顶进过程中，要严格控制轴线的工作状态，如发现其存在偏差，可按比例分段纠偏。
2.5 顶管施工技术要点 顶管机头在操作过程中，土仓的土压力P是控制要点，按施工要求，Pa3.6 顶进纠偏应急与预防措施 ①利用顶管机倾斜仪和测量的动态数据提供的机头折角、倾斜仪基数和走动趋势、前后尺读数对比、机尾与地面沉降数值等数据进行分析。对0.5°以上的大动作的纠偏尽量避免，如发生时，也应争取在非重要地段进行纠偏并加强观测次数。纠正偏差后，如无折角变动必须停止顶进，设备检修部门应立即对电路及液压管道进行检查，查明故障部位和故障原因，将轴线偏差控制在合理范围内。②顶进时，可通过调整纠偏千斤顶来纠正偏差，如果顶管左则千斤顶采用左伸右缩方法，反之亦然，如果高程与轴线方向同时发生偏差，首先对偏差较大一方进行纠偏。③对于较大的偏差，要全面排查导致偏差的原因，然后分次纠正，多调整少纠偏；对于超出限定范围的偏差，要立即停止顶进，查明偏差原因并采取纠偏措施，纠正后方可继续顶进。④顶进过程中，如果顶管机头旋转会对出土和测量造成不利影响，因此必须采取整治措施。可通过调整切削刀盘转动方向来控制偏差范围；在管内的相反方面增加压重块方法，直到顶进正常。
2.7 管道排风措施 该工程采用排风措施，虽然地下沼气不会对封闭式的机头产生影响，但为了提高测量精准度，防止管内气压过低而缺氧，可通过连接PVC管的11KV鼓风机向机头输送空气。
2.8 管道内照明措施 管道照明设施均采用36V安全电压，通过工作井内操作平台上的配电箱进行电源供给，每隔三个管节上安装1只60W的管道照明灯，并设置应急照明系统，发生停电故障后可启用应急照明系统，使作业人员安全撒离。
三、结束语
顶管工程施工在市政工程中应用越来越广泛，除了排水管道施工，煤气管、自来水管道、城市雨水污水管道也应用到顶管技术，这将激励我们不断开发新产品，不断学习新技术新工艺，不断完善我们的施工方案，为推进城市基础建设的步伐做出更大的贡献。
参考文献：
[1]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
[2]徐慧.超高层建筑华联-钱江时代广场建筑给排水及消防设计[J].浙江建筑，2008
关键词：顶管施工；技术；要点分析
中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：
顶管技术是一种从地下铺装管道的技术，在不破坏地上构造物及不开挖地面的情况下，利用液压千斤顶从工作井用顶镐在铺设的导向轨上将管节逐节顶进，直到顶到接收井的管道敷设施工工艺。由于顶管施工可以不用开挖原地面及破坏地上构造物，因此不会阻碍交通通行，对周围环境影响非常小。顶管设备有很多种，包括敞开式掘进机、岩盘掘进机、泥水平衡掘进机、土压平衡掘进机等，而土压平衡掘进机主要用于市政顶进施工。现主要介绍一下这种顶管设备的施工方法。
一、 土压平衡顶管技术
1.1 基本原理 土压平衡理论是以掘进机土仓内泥土的压力来平衡掘进机所处土层的土压力和地下水压力的顶管理论。在掘进机的下面设有螺旋出土机，当顶进时，密封舱内压力的变化值自动调节螺旋机出土量，使密封舱内始终保持足以平衡作用在开挖面水土压力的设定压力值，从而达到开挖面始终处于动态的稳定状态。因此选用平衡式掘进机可以排除因开挖面不稳定而造成的诸多风险，它适用于直径超过1350mm的大管径顶管施工。 1.2 基本类型 单刀盘式（DK型）顶管机和多刀盘式（DT型）顶管机。
1.3 土压平衡顶管机基本结构 主要包括主机、后顶装置、螺旋输送机和电气控制系统。
二、顶管施工技术在市政工程中的应用
首先施工方案的选择应根据地质情况而定，要清楚现场的地质状况，其次是设备的选型。2011年我公司承接了廣州市北十条污水截流顶管工程。本工程顶管穿越地层是采用具有较强渗透性、力学性能较差的砂质粉土和粉质粘土，宜采用全封闭机械顶管土压平衡掘进机进行施工。
2.1 主顶进系统设置 主顶进系统包括液压泵站、顶进环、钢后靠和油缸组等，完成管节顶是顶管设备系统的主要组成部分。
2.2 注浆设备系统 顶管外壁的泥浆润滑套决定了顶管的使用功能。为确保顶管能够向管节外围快速压浆，形成良好的泥浆润滑套，真正发挥其润滑作用，施工过程中可设置两根总管和两套管路系统。其中一根用于掘进机后部的同步注浆，另一根用于随时进行补浆。
2.3 泥水出土系统 本工程泥水系统采用二台泥浆泵。一台放在地面上为输送泥泵，另一台放在基坑下面为排出泥泵，形成泥浆循环。顶管工作坑设施布置：将两根50钢轨及钢板预埋件焊接成基坑导轨，在工作井底板基础上以中心线为基准确定钢板埋设的位置，埋设过程中，为确保导轨和预埋钢板的焊接效果，应注意钢板埋设的位置应该与钢轨导轨相吻合。焊接时，必须确保预埋钢板上的锚固钢筋焊牢，且锚固强度达到设计要求，将导轨放置在指定位置以后，应在两侧用角钢支撑好，有条件时应浇筑混凝土，保证导轨在受力状态下不会发生变形、位移等问题。因为导轨施工采用的是拼装式主顶油缸架结构，所以一定要按指定的位置和设计要求正确安装主顶油缸架，确保油缸在受力状态下不会出现变形、位移等情况。高程与平面安装误差应控制在5mm以内。 2.4 顶管施工工艺流程 首先根据勘察设计资料，对所有导线点和水准点进行复测，再根据结果进行管道的放样，对将要顶进的所在位置的断面和地面进行标高测量，以便导向施工时精确的控制标高，本工程顶管，采用水准仪和全站仪进行测量和线形控制，“勤测勤纠”根据测量反馈结果，调整千斤顶，使机头改变方向，尽量做到纠偏在偏位发生的萌芽阶段。
2.4.1 平面控制。为使两井间顶管贯通，将横、竖方向的误差在100mm以内，应在工作井与接收井周围预埋地面导线点，通过空导点和地面导线点，以导线测量形式，将平面控制成果引测到施工现场。通过空导点及地面导线点构建平面控制网。用科力达全站仪测量导线测量，六测回方向观测，测角精度+1，测距六测回，双向观测，测距相对误差<1/80000，对观测结果进行平差。用联系三角形方式，从井上坐标点传输至井下坐标点，通过铅垂仪垂直投设所需点位。用钢架将井下控制顶进方向的基准点埋设成固定点，通过全站仪对机头平面偏差方向进行实地测量。
2.4.2 高程控制。利用设计交桩给出的水准点，将高程引测至工作井附近，确立施工临时高程控制点。通过钢尺和自动安平水准仪进行水准测量，往返观测。观测过程中要时时关注机头姿态及其发展趋势，一旦发现其位置偏移就要及时纠正，以免影响后续施工效果。
2.4.3 顶管姿态测量。为了在顶管施工中保证掘进机仍按设计轴线前移，施工时要对顶管动态进行实时观测，根据观测数据绘制出顶进示意图，并对顶管的技术参数进行合理的调整，为顶管的正常推进提供技术支持。
将一对水平横尺纵向装设在顶管机头部位，通过三维坐标控制点对各尺读数进行测量，计算顶管的转角度数、顶管中心方向的偏差值、顶管的坡度、顶管中心高程等，并参照计算结果对顶管机各部位技术参数进行调整。顶管顶进过程中，要严格控制轴线的工作状态，如发现其存在偏差，可按比例分段纠偏。
2.5 顶管施工技术要点 顶管机头在操作过程中，土仓的土压力P是控制要点，按施工要求，Pa3.6 顶进纠偏应急与预防措施 ①利用顶管机倾斜仪和测量的动态数据提供的机头折角、倾斜仪基数和走动趋势、前后尺读数对比、机尾与地面沉降数值等数据进行分析。对0.5°以上的大动作的纠偏尽量避免，如发生时，也应争取在非重要地段进行纠偏并加强观测次数。纠正偏差后，如无折角变动必须停止顶进，设备检修部门应立即对电路及液压管道进行检查，查明故障部位和故障原因，将轴线偏差控制在合理范围内。②顶进时，可通过调整纠偏千斤顶来纠正偏差，如果顶管左则千斤顶采用左伸右缩方法，反之亦然，如果高程与轴线方向同时发生偏差，首先对偏差较大一方进行纠偏。③对于较大的偏差，要全面排查导致偏差的原因，然后分次纠正，多调整少纠偏；对于超出限定范围的偏差，要立即停止顶进，查明偏差原因并采取纠偏措施，纠正后方可继续顶进。④顶进过程中，如果顶管机头旋转会对出土和测量造成不利影响，因此必须采取整治措施。可通过调整切削刀盘转动方向来控制偏差范围；在管内的相反方面增加压重块方法，直到顶进正常。
2.7 管道排风措施 该工程采用排风措施，虽然地下沼气不会对封闭式的机头产生影响，但为了提高测量精准度，防止管内气压过低而缺氧，可通过连接PVC管的11KV鼓风机向机头输送空气。
2.8 管道内照明措施 管道照明设施均采用36V安全电压，通过工作井内操作平台上的配电箱进行电源供给，每隔三个管节上安装1只60W的管道照明灯，并设置应急照明系统，发生停电故障后可启用应急照明系统，使作业人员安全撒离。
三、结束语
顶管工程施工在市政工程中应用越来越广泛，除了排水管道施工，煤气管、自来水管道、城市雨水污水管道也应用到顶管技术，这将激励我们不断开发新产品，不断学习新技术新工艺，不断完善我们的施工方案，为推进城市基础建设的步伐做出更大的贡献。
参考文献：
[1]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
[2]徐慧.超高层建筑华联-钱江时代广场建筑给排水及消防设计[J].浙江建筑，2008