顶管工程施工技术

【摘 要】本文结合顶管施工工程,探讨了顶管施工的核心技术和主要质量控制措施,为同类工程提供了参考.

【关 键 词】顶管工程；施工技术

1.工程概况

本工程为某钢厂污水处理项目主排水工程,管道穿越2条公路、1条铁路,排水管道选用φ1200mm钢筋混凝土管,穿越公路、铁路部分长度为40m,管道覆土厚度为5.5m.此部分管道采用φ2020mm钢套管,套管施工采用顶管施工,套管长度为48m.

2.顶管施工原理

工具管是顶管的关键机具,本工程选用泥水平衡式工具管.泥水压平衡式工具管的典型分前后两段,前后段之间安装纠偏油缸.工具管最前端是压力舱,承受水压力、土压力.后面是动力舱,处于常压工具管的后段与跟进管段连结.随着工具管的顶进,土体不断被切削下来,再排放到管外.所谓泥水平衡是指压力舱内的泥水压力可以人为的控制在某一压力范围内,与掘进机所处地层的土压力抗衡,以减少施工对土体的扰动和损失.压力舱内的泥水压力应大于开挖面的主动土压力与水压力之和,但不能大于开挖面的扰动土压力与水压力之和.

3.顶进施工工艺

出洞阶段结束后,即可进行正常的顶进施工.小刀盘土压平衡顶管掘进机采用计算机闭环控制的土压平衡机理,电脑控制.小刀盘将土体搅拌后,经由螺旋机送到密封舱板后出土.密封舱内有两个土压传感器将测定的土压力转换成电信号输入到土压平衡控制器内,由其自动调节螺旋机变频器,改变螺旋机转速,从而改变出土速度,使之与主顶顶速相匹配,使土压舱内的压力始终控制在土体的主动力压力与被动土压力之间.

顶进时,一般情况下主顶顶速是恒定的,随着土质的变化可能引起正面土压力的变化,当正面土压力高于设定土压力时,螺旋机出土加快,使正面土压力下降,降到低于设定土压力时,土压平衡控制器又会调节螺旋机变频,使出土减慢,土压力回复到设定范围,也就是维持一个动态平衡的过程.顶进施工时,必须根据覆土深度和土质情况计算出机管掘进机正面的水压力,作为设定土压力,输入泥水平衡控制器,此后就可以靠泥水平衡控制器自动控制正面土压力.泥水平衡控制器分手动和自动两种控制方式,手动控制方式能将实际的正面土压力控制在更小的波动范围内,对于控制地表沉降是十分有利的.

在整个施工过程中,要针对不同的覆土和土质情况及时调整设定土压力值,有利顶进的顺利进行.顶管机的螺旋机采用轴向出土.螺旋机出的土直按卸在泥浆箱内,用高压水喷射土体,使其形成泥浆,由泥浆泵打入泥浆池沉淀.当污水泵停止工作时,必须暂停顶进,以免造成“闷顶”引起地面隆起,同时也要防止顶进停止时螺旋机仍在出土,造成地面下陷的情况.一节管节顶进结束后,缩回主顶千斤顶,拆除洞口处的管线,吊放下一节管节,然后连接洞口处的管线,再继续顶进.在顶管机和中继间处应放置应急照明灯具,保证断电或停电时管道内的工作人员能顺利撤出.

4.顶管纠偏

纠偏装置.纠偏是通过顶管机上的纠偏铰产生折角而进行的,顶管机为二段一铰结构,顶管机长径比（即纠偏灵敏度）为L/D等于1.08.纠偏系统由4台150T双作用油缸及控制阀件组成,4组油缸呈斜向45.正交布置,每个纠偏油缸都通过万向铰将管掘进机前壳体连接在一起,使顶管掘进机能在一定范围内任意做出纠偏动作.4组纠偏油缸由4个三位四通电磁针换向阀控制,每个油缸的前后腔油嘴关闭,使油缸内始终保持高压,确保纠偏动作的可靠.

实用纠编技术.在施工过程中,要根据测量报表绘制顶进轴线的单值控制图,直接反映顶进轴线的偏差情况,使操作人员及时了解纠偏的方向,保证顶管机处于很好的工作状态.在实际顶进中,顶进中轴线和设计线经常会发生偏差,因而要采取纠偏措施,减小顶进轴线和设计轴线间偏差值,使之尽量趋向一致.顶进轴线发生偏差时,通过调节纠偏千斤顶的伸缩量,使偏差值逐渐减小并回至设计轴线位置.在施工过程中应贯彻勤测、勤纠、缓纠的原则,不能剧烈纠偏,以免对砼管节和顶进施工造成不利影响.实际操作中还应注意,纠偏是与顶管同步进行的一项工作,重要的是把握顶管趋势,不能指望一蹴而就,而应缓慢地、逐步进行,若操之过急就容易造成轴线的较大折角,反而不利于顶进的顺利进行.

5.注触变泥浆

在顶进施工中,触变泥浆是减少顶进阻力的重要措施.顶进时通过工具管铰接处及管节上预留的注浆孔,向管道外壁压入一定量的减阻泥浆,在管道四周形成一个泥浆套,减小管节外壁和土层间的摩阻力,从而减小顶进时的顶力.因此泥浆套形成的好坏,直接关系到减阻的效果.为了做好压浆工作,在工具管的铰接处均匀布置了4只压浆孔,顶进时及时进行跟踪注浆.管节上设有4只压浆孔,呈90°环向交叉布置.压浆总管用2”镀锌管,每隔6M装一只三通,再用压浆管接至压浆孔处.顶进时要及时有效地跟踪压浆和补压浆,确保形成完整有效的泥浆套.

触变泥浆的性能要稳定,施工期间要求泥浆不失水、不沉淀、不固结,既要有良好的流动性,也要有一定的稠度.顶进施工前要做泥浆配合比试验,找出适合施工的最佳泥浆配合比.触变泥浆的拌制要严格按操作规程进行.催化剂、化学剂要搅拌均匀,使之均匀地化开,膨润土加入后要充分搅拌,使其充分水化.泥浆拌好后,应放置一定的时间才能使用.压浆是通过储浆池处的压浆泵将泥浆压至管道内的总管,然后经由压浆孔压至管壁外.在压浆泵、工具管等处装有压力表,便于观察、控制和调整压力.

6.顶管施工要点

顶管以管道两端的排水井位置作为工作井,本工程顶管后背为3000mm×5000mm,顶管顶力不大于2000KN.如顶管出口遇流砂等不良土层,应对出洞口周围土体进行处理.避免土体进入工作井内,或顶管初期产生过大偏差.项目部根据管道所处土层性质、管径管材强度、地下水位、工作井允许后背顶力、附近地上与地下建、构筑物和各种设施等因素,确定经济可靠的顶进方法.顶管施工中应建立地面与地下测量控制系统.控制点应设在不易扰动、视线清楚、方便校核、易于保护处.

在整个顶进过程中,控制工具管前进方向,并应根据测量结果分析偏差原因和发展趋势,确定纠偏措施,纠偏应平稳,避免用大角度纠偏.顶管应连续进行,并保持开挖面稳定,防止泥水从管道内流失.在整个顶进过程中,注意附近地上与地下建、构筑物（如提防）和各种设施的安全,并根据其重要性设置相应的围护措施和观测点.

7.结语

本工程历时15天,根据顶管施工的各项技术要求并结合工程现场的实际情况,采用切实可行的施工方案,在保证工程顺利施工的同时,也保证了上部公路及铁路的正常运行和使用,达到了工程的质量、安全、经济、技术指标.

在各种管道施工过程中,很多埋地管道工程施工均要在老厂区或有地面障碍物的自然环境中施工,这使得顶管施工技术被广泛地应用在各建筑领域.各施工企业应该认真落实掌握相关核心技术,确保工程能够安全和顺利进行.