市政管线工程顶管施工技术研究

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  摘 要:本文以实际市政工程为依据,对顶管施工技术的施工过程、施工监测、注浆、顶管作业、工作坑设计以及施工技术原理等内容进行了简明扼要的研究和分析,旨在为今后市政管线的施工提供借鉴。
  关键词:市政工程;顶管技术;管线施工
  中图分类号:TU990.3 文献标识码:A
  1 对顶管施工技术的优点和缺点进行分析
  在对管道进行敷设时,顶管是非开挖技术之一,在使用该技术进行施工时,不需要对原有的道路进行开挖,采用点施工的方式代替线施工,使施工干扰进一步降低。
  通过对明挖法管道敷设进行分析和对比,可知顶管施工技术的优点为:
  (1)使用点操作代替原有的线操作过程,可以使施工工作面进一步缩小,从而达到降低安全风险的目的;(2)由于顶管施工的施工深度较深,因此可以降低对周边环境、城市地表交通、空气污染以及噪声污染等影响。
  与此同时,顶管施工技术也存在缺點,主要如下:
  (1)使用顶管技术进行施工,具有较大的难度,因此其需要施工人员有过硬的素质和技术,除此之外,在施工开始之前,施工单位应该严格仔细的对施工方案进行验算和设计;(2)在对硬质岩进行施工过程中,由于施工周期相对较长,导致施工成本增加。
  2 顶管施工技术的具体内容
  2.1 对工具管进行选择
  在对工具管进行选择的过程中,应该以工作管为依据,并保障施工操作空间符合要求。在对本工程进行施工过程中,采用重型钢铁混凝土管作为施工工具管,φ400管道工具管的外径为1 240 mm、壁厚为120 mm、管内径为1 000 mm;
  φ1 000管道工具管外径为1 440 mm、壁厚为120 mm、内径为1 200 mm。
  2.2 施工的主要顺序
  在对顶管施工过程中,主要可以分为两部分:第一,主管线螺旋钢管的顶进施工;第二,重型钢筋混凝土工具管的顶进施工。通过对自来水管道以往的顶管过程实施分析,再与现场地质相结合,可知该地是强风化凝灰岩,因此在对工具管进行顶进施工时,应先人工破碎岩体,在此过程中,施工人员首先应该使用风镐对工具管进行处理,使其外径轮廓与设计要求相符,当工具管就位后,应一边开挖一边顶进完成下一步施工。若顶进时阻力增加,为了使阻力降低,施工人员应进行注浆处理。
  2.3 对工作井进行设计
  (1)平面位置。该项目的工作井平面尺寸是10.5 m×
  4.0 m,主要位于施工主干道的西侧。以基底地质情况和平面尺寸为依据,实施放坡开挖,放坡系数为1:0.5,开挖的深度为5.5 m。接受坑位于施工主干道的东侧,其平面尺寸与工作井一致,以地基地质情况和平面尺寸为依据,实施放坡开挖,开挖的深度为5.3 m,放坡系数为1:0.5。
  (2)对边坡进行加固处理。在对工作井边坡实施加固处理时,通常应采取挂网喷射混凝土的处理手段。边坡挂网的钢筋网规格为φ6.5,混凝土的厚度为8 cm,网格间距为20 cm×20 cm。施工顺序为:清理边坡,并完成锚固钢筋的安装,再在上方挂钢筋网片,最后对混凝土进行喷射并养护处理。
  2.4 顶管作业
  本工程顶管作业的顺序是自西向东,顶进应沿着坡自下而上,坡度为2.4‰,高差是14.4 cm。
  在完成对工作坑的防护施工后,应进一步对垫层和后背墙进行处理,垫层应按照就地浇筑混凝土的方法实施施工,最后还需人工找平;后背墙应按照模筑法实施施工,并在靠近边坡的位置放置锚固钢筋,并将φ12钢筋网片设置在靠近千斤顶的位置,焊牢锚固钢筋和钢筋网片后,并使用方木、竹胶板等进行立模,完成混凝土的浇筑。
  当浇筑完工作井的后背和垫层后,需要对液压油缸、顶背钢板以及导轨等设备实施安装。在对导轨实施安装时,为了避免因顶进松动所导致顶进的高程和轴线误差,施工人员应确保其安装的牢固性。
  导轨安装后,应先吊放工具管,再以其位置为依据对液压油缸进行放置,完成轨道的安装后,应吊放工具管,再以工具管位置为依据对液压油缸进行放置,通常应在顶进断面中心点以下选择液压油缸的受力作用点,一般为直径的1/3~2/5位置处。
  当设备就位后,便可顶进施工,人工挖掘出渣。由于该工程实际地质较硬,所以需借助风镐和水墨钻等工具对其实施处理,并边开挖边顶进进行施工。在实施顶进时,施工人员每顶进一节管道,就应对管口的严密性和准确性进行分析,使其顶进方向与轴线一致。
  2.5 注浆
  在顶管施工结束后,开挖作业面和工具管之间存在一定的风险,为了防止出现沉降,应使用注浆泵对坑壁进行处理。注浆的组成有灌浆剂、水、水泥,水泥砂浆强度不小于50 MPa,水泥强度应大于42.5 MPa,稠度为14 s~18 s,泌水率应不大于3%。
  2.6 管道纠偏处理
  在对工具管进行顶进施工过程中,由于外力受力不均匀,头部会与设计标高和轴线之间出现偏差,因此施工人员应对工具管进行纠偏处理,纠偏角度应小于0.5°。每顶进1 m后,施工人员就应对偏差进行测量,并对管道的运动轨迹进行分析,对纠偏大小进行确定。
  2.7 基坑监测
  将监测点沿着基坑周边进行布置,监测点使用1根φ16钢筋,入土深度为1 m,并使用C20细石混凝土对周边进行浇捣密实处理,并在周边安置围护和标志,每个工作井周边坡顶位移监测点的数量应为2个。除此之外,为了对管道上方岩体稳定性进行监测,应将一个观测点设置在顶管作业上方。
  当开挖深度不超过5 m时,应每两天监测一次,当出现异常情况或者雨天时,应提高监测频率。当监测值不符合要求时,施工单位应及时与建立和设计单位进行联系,并对其进行处理。报警值主要有以下几个方面:(1)当顶部水平或者竖直累计位移绝对值为30 mm,每天的变化量超过3 mm时;(2)基坑周边竖向累计位移的绝对值为35 mm,每天的变化量超过3 mm时。
  2.8 对顶力进行计算
  在对顶进设备的顶力进行计算时,应采用如下公式(以φ1 200工具管为依据):
  F=N×M×f/η
  其中:油缸油耗损耗为η;摩阻系数为f;单节工具管自重为M;工具管节数为N;最大顶力为F。
  每节φ1 200工具管长度为2 m,摩阻系数为1.5,自重为2.5 t,油耗损耗为0.8。由此可计算出最大顶力为140.6 t。
  以管道所处的水文地质和最大顶力情况为基础,配置2台(1台为备用)400 t的卧式千斤顶,行程为0.5 m。
  2.9 对后背墙进行检算
  后背墙的设计墙厚为0.3 m,高度为1.5 m,宽度为2 m,内衬钢筋网片规格为φ12@100,混凝土强度为C30。公式如下:
  F≥P/[σ]
  其中:混凝土允许承载力为[σ],取1 000 kN/m2;计算顶力为P,取1 406 kN;混凝土后背面积为F。
  由此可计算出,F为1.406 m2,安全系数为2时,F为2.8 m2,因此实际施工过程中后背墙面积为3 m2,符合施工要求。
  3 顶管施工的问题和措施
  3.1 顶管机旋转
  为了防止顶管机出现旋转,可以将配重摆放在顶头内。当顶管机出现左旋现象时,可将配重放置在机内右侧,反之应放在左侧。
  3.2 崩铁事故
  当对最后几节管进行顶进施工时,由于顶力过大,会出现崩塌事故,这主要是因为由于纵向顶铁过程导致顶力偏移,从而出现偏心荷载。为了避免崩塌事故,施工人员应对压力表指针的变化进行实时观察。
  4 结束语
  在市政管线施工过程中,顶管技术涉及机械、工程测量以及地质等多个方面,因此为了使管道顺利敷设,施工单位应提高自身的顶管技术的水平。本文通过对某工程的实际施工进行分析,对顶管技术的内容进行了总结,为今后施工提供借鉴。
  参考文献:
  [1]李健.顶管施工法的技术特点分析[J].筑路机械与施工机械化,2006,31(01):1-3.
  [2]葛金科,沈水龙,许烨霜.现代顶管施工技术及工程实例[M].北京:中国建筑工业出版社,2009.
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