頂管技術(shù)在工程中的應(yīng)用論文
頂管技術(shù)在工程中的應(yīng)用
摘 要：隨著我國(guó)現(xiàn)代化城市建設(shè)的不斷發(fā)展，水利工程基礎(chǔ)建設(shè)步伐的逐步加快，地下空間開(kāi)發(fā)工程逐步增多，各種地理環(huán)境的特殊性也增加了地下工程建設(shè)的難度。本文結(jié)合工程實(shí)例對(duì)水利工程中的頂管施工技術(shù)進(jìn)行了闡述。
關(guān)鍵詞：水利工程；頂管技術(shù)；設(shè)計(jì)；施工
頂管技術(shù)又稱(chēng)非開(kāi)挖管道敷設(shè)技術(shù)，它具有不需要開(kāi)挖面層，就能穿越地面構(gòu)筑物和地下管線吸公路、鐵路、河道的特點(diǎn)，相比開(kāi)挖敷設(shè)技術(shù)，投資和工期將大大節(jié)省。同時(shí)，頂管施工技術(shù)可以降低噪音，減少粉塵，減輕對(duì)城區(qū)的交通條件和環(huán)境狀況的干擾和破壞，屬于真正的無(wú)污染、高效率的施工技術(shù)，故頂管施工必將在城市建設(shè)中得到廣泛的應(yīng)用和發(fā)展。為了更好地保護(hù)城市環(huán)境，方便居民，生活，減少施工造成的交通影響，目前各個(gè)城市都在積極推行頂管施工技術(shù)。
1 工程實(shí)例
2 主要工程技術(shù)
頂管施工是一種不開(kāi)挖溝槽而敷設(shè)管道的工藝，它運(yùn)用液壓傳動(dòng)產(chǎn)生強(qiáng)大的推力使管道克服土壤摩阻力頂進(jìn)的施工技術(shù)，主要難點(diǎn)是臨近渠道水體，渠道水下滲引起的開(kāi)挖面涌水或塌方破壞問(wèn)題。
2.1 施工工序
現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查→工程降水→測(cè)量放線→工作井定位與開(kāi)挖→工作井基礎(chǔ)、導(dǎo)軌及附屬設(shè)施施工→后背設(shè)計(jì)與施工→頂進(jìn)設(shè)備與設(shè)施準(zhǔn)備→渠道必要的加固或停水→下管→挖土→頂進(jìn)→測(cè)量校對(duì)→接口→附屬工程施工→壓漿。
2.2 前期準(zhǔn)備
頂管施工屬于地下工程，影響施工的因素很多，施工前應(yīng)探明地質(zhì)，組織施工人員認(rèn)真學(xué)習(xí)施工技術(shù)文件，了解施工范圍、管道沿線的地形、地質(zhì)水文地質(zhì)條件，完成作業(yè)范圍內(nèi)地下管線等調(diào)查并保護(hù)，編寫(xiě)好頂管施工技術(shù)組織設(shè)計(jì)，制定好可靠的進(jìn)洞措施。
頂進(jìn)施工前應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)資料，結(jié)合地形、地質(zhì)情況，對(duì)涵管位置、方向、長(zhǎng)度、出入口高程等進(jìn)行校對(duì)，施工期應(yīng)避開(kāi)渠道供水高峰期和雨期。
工作井要保證施工期間連續(xù)排水要求，頂進(jìn)作業(yè)應(yīng)采取降水措施，地下水位應(yīng)降至基底以下0.5～1.0m，經(jīng)常保持頂管掘進(jìn)機(jī)底部無(wú)積水現(xiàn)象，如遇積水，應(yīng)及時(shí)排除，以防止土體基底軟化，雨期施工還應(yīng)做好地面排水。
對(duì)涵管同時(shí)布置監(jiān)測(cè)點(diǎn)，必要時(shí)監(jiān)測(cè)頂進(jìn)施工期間的渠底沉降量。
管道接口形式選擇鋼承口管（F型）接口形式，鋼套環(huán)與混凝土管處采用水膨脹橡膠止水圈止水，以防止結(jié)合面產(chǎn)生滲漏。施工前應(yīng)檢查管道接口處護(hù)口鐵和承插口，鋼套環(huán)接口無(wú)疵點(diǎn)，焊接接縫平整，并經(jīng)防腐處理，承插口處不得有缺棱掉角，對(duì)外觀質(zhì)量及回彈強(qiáng)度不合格的管材應(yīng)予立即退場(chǎng)。
2.3 總推力復(fù)核
總推力的`大小確定，是以工作井能承受的最大推力、管材所能承受的最大推力和全程頂進(jìn)所必須具有的推力這三者中的最小值為依據(jù)的，頂進(jìn)施工前應(yīng)進(jìn)行復(fù)核。
根據(jù)地質(zhì)勘探的結(jié)果確定管線穿越的土層的最大頂力計(jì)算公式為：
P=frD[2H+（2H+D）tan2（45°-φ/2）+ε/（rD）]L
式中：P為計(jì)算總頂力，kN；r為管道所處土層的重力密度，kN/m3；D為管道的外徑，m；H為管道頂部以上覆蓋土層的厚度，m；φ為管道所處土層的內(nèi)摩擦角，°；ε為管道單位長(zhǎng)度的自重，kN/m；L為管道的計(jì)算頂進(jìn)長(zhǎng)度，m；f為管壁與土間的摩擦系數(shù)。
考慮到頂管頂進(jìn)采用人工在管前端開(kāi)挖，因此，計(jì)算最大頂力時(shí)只考慮管道自重及土的側(cè)面土壓力和管道與土的摩擦力即可。
核算后背1m寬度上土壤的總被動(dòng)土壓力，使土壁單寬上受力不大于土壤的總被動(dòng)土壓力，1m寬度土壤的總被動(dòng)土壓力計(jì)算公式為：
P=0.5rh2tan2（45°+φ/2）+2Chtan（45°+φ/2）
式中：r為土壤的重度，kN/m3；h為天然土壁后背的高度，m；φ為土壤的內(nèi)摩擦角，°；C為土壤的黏聚力，kN/m2。
管材所能承受的最大頂進(jìn)力（許用頂力）計(jì)算公式為：
式中：
[Fr]為許用頂力，kN；
σc為管體抗壓強(qiáng)度，kN/m2；
A為加壓面積，m2；
S為安全系數(shù)，取S=2.5～3.0。
3 技術(shù)要點(diǎn)
管涵頂進(jìn)采用前高后低，坡度控制在3%左右，地下水位以下頂進(jìn)時(shí)，工作坑要設(shè)在涵管下游，逆管道坡度方向頂進(jìn)，有利于施工期間管道排水需要。
（1）頂管采用在管前先挖土，后頂進(jìn)的手工掘進(jìn)頂管法作業(yè)，開(kāi)挖從上往下開(kāi)挖，開(kāi)挖面的坡度控制在1：0.75，軸線超挖量≤0.3m，渠底下適當(dāng)減短，管節(jié)上部超挖量≤15mm，管節(jié)下部135°范圍內(nèi)不應(yīng)超挖，嚴(yán)禁擾動(dòng)基底土壤，在頂進(jìn)過(guò)程中應(yīng)采取隨挖隨頂?shù)脑瓌t和“勤測(cè)量、多微調(diào)、緊封閉”的操作方法。
（2）為控制頂進(jìn)方向，應(yīng)在涵管外50～100m處設(shè)置導(dǎo)向墩，控制點(diǎn)應(yīng)設(shè)在不易擾動(dòng)、視線清楚、方便校核、易于保護(hù)處。管節(jié)頂進(jìn)中，每一頂程都要對(duì)中線和高程進(jìn)行觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)偏差及時(shí)糾正，左右偏差可采用挖土校正法和千斤頂校正法調(diào)整，上下偏差可采用調(diào)整刃腳挖土量或鋪筑石料等方法調(diào)整。
（3）液壓設(shè)備啟動(dòng)時(shí)應(yīng)空轉(zhuǎn)一段時(shí)間，檢查系統(tǒng)無(wú)異常后頂，頂進(jìn)開(kāi)始時(shí)，應(yīng)緩慢進(jìn)行，待各接觸部位密合后，再按正常頂進(jìn)速度頂進(jìn)，液壓千斤頂頂緊后（頂力約為0.1倍結(jié)構(gòu)自重），應(yīng)檢查頂進(jìn)設(shè)備、后背設(shè)施和工作坑周?chē)馏w穩(wěn)定情況，無(wú)異常后分級(jí)加壓（5～10MPa為一級(jí)）試頂，并嚴(yán)密監(jiān)測(cè)，當(dāng)頂力達(dá)到0.8倍結(jié)構(gòu)自重時(shí)涵管未啟動(dòng)，應(yīng)停止頂進(jìn)，待找出原因采取措施后才可以重新加壓頂進(jìn)，頂進(jìn)中若發(fā)現(xiàn)油壓突然增高，應(yīng)立即停止頂進(jìn)，檢查原因并經(jīng)處理后方可繼續(xù)頂進(jìn)，頂進(jìn)作業(yè)面上還應(yīng)設(shè)專(zhuān)人監(jiān)護(hù)。 （4）頂進(jìn)作業(yè)應(yīng)晝夜三班不間斷連續(xù)進(jìn)行，不得長(zhǎng)期停頓，防止造成阻力增大，增加頂進(jìn)難度，或因中途停置地下水滲出，造成坍塌破壞。涵管頂進(jìn)作業(yè)停頓時(shí)應(yīng)使刃角有足夠的吃土量，當(dāng)停頓時(shí)間較長(zhǎng)，為防止開(kāi)挖面的松動(dòng)或坍塌，應(yīng)對(duì)挖掘面及時(shí)采取正面支撐或全部封閉措施。
�。�5）在管道頂進(jìn)施工中，應(yīng)不間斷的測(cè)量并詳細(xì)記錄以下工藝參數(shù)：①頂進(jìn)力；②管道在垂直高程和側(cè)向位置的偏離情況；③管道頂進(jìn)長(zhǎng)度等。記錄數(shù)據(jù)中必須包括如下信息：施工時(shí)間、施工現(xiàn)場(chǎng)的詳細(xì)位置、地層和地下水條件等，異常應(yīng)停止頂進(jìn)，分析原因并處理后方可繼續(xù)頂進(jìn)。頂進(jìn)中的施工記錄是提高頂進(jìn)質(zhì)量的保證，每班組按規(guī)范要求真實(shí)、清晰、完整地填寫(xiě)好頂管記錄表格和施工中的情況，交接班時(shí)，必須認(rèn)真交接清楚記錄，交清管道軌跡和糾偏趨向，并說(shuō)明在頂進(jìn)操作中所出現(xiàn)的問(wèn)題及處理情況。
為了順利完成頂管接收工作，進(jìn)洞口土體應(yīng)采用門(mén)式加固法進(jìn)行加固封門(mén)，即對(duì)所頂管道破堤處兩側(cè)和頂部一定寬度和長(zhǎng)度范圍內(nèi)的土體進(jìn)行加固，以提高這部分土的強(qiáng)度，從而使涵管在進(jìn)洞中不發(fā)生坍洞或涵管管頂不帶出土方現(xiàn)象。洞口加固采用低標(biāo)號(hào)混凝土砌堵磚封門(mén)，也可用低標(biāo)號(hào)的混凝土取代磚頭，涵管到達(dá)時(shí)把封門(mén)拆除。
4 結(jié)束語(yǔ)
頂管是非開(kāi)挖埋設(shè)地下管道的工程技術(shù)之一， 對(duì)于開(kāi)槽埋管從社會(huì)效益與經(jīng)濟(jì)效益上來(lái)講更具有優(yōu)越性。不需要修建圍堰或斷水進(jìn)行施工，不破壞環(huán)境，施工受氣候和環(huán)境的影響較小，不影響管道的段差變形，降低工程造價(jià)顯著等優(yōu)點(diǎn)，加強(qiáng)對(duì)工程實(shí)施過(guò)程中的監(jiān)督管理，抓住關(guān)鍵問(wèn)題和重要工序，嚴(yán)格遵守設(shè)計(jì)，旨在不斷地加強(qiáng)施工技術(shù)水平及保證工程的質(zhì)量。
參考文獻(xiàn)
[2] 馬奮濤等. 市政給排水工程中的頂管施工技術(shù)[J].科技創(chuàng)新報(bào)，2009，（19）
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