论文部分内容阅读
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.
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.