泥水平衡法頂管施工技術(shù)介紹

泥水平衡法頂管施工技術(shù)介紹楊曉飛【摘要】文章通過某省供水工程輸水管道工程為例，展開對泥水平衡法頂管施工技術(shù)分析，闡述其主要工序、施工原理、施工工藝，以及施工過程中的技術(shù)要點,包括沉井做法、合理確定頂力的方法等，并提出合理化建議，為相關(guān)工程提供借鑒經(jīng)驗.【期刊名稱】《黑龍江水利科技》【年(卷)，期】2018(046)002【總頁數(shù)】4頁(P128-131)【關(guān)鍵詞】沉井施工;泥水平衡法頂管;糾偏措施【作者】楊曉飛【作者單位】山西省東山供水工程建設(shè)管理局，太原030001【正文語種】中文【中圖分類】U415.61工程概況山西省某供水工程輸水管道穿越某城區(qū)段，原設(shè)計為DN1800PCCP明挖溝槽管道鋪設(shè)。因管線靠近當?shù)仉姀S、污水處理廠，地下供暖供熱、企業(yè)給水等管網(wǎng)密集，與PCCP管道高程上存在交叉，無法進行明挖溝槽管道鋪設(shè)，設(shè)計將該段調(diào)整為采用套管頂進的變更設(shè)計方案。本段區(qū)域為卵石混合土層、級配不良砂和淤泥質(zhì)低液限粉土。管道位于地下水位以下，鉆孔注水試驗資料表明，卵石混合層滲透系數(shù)為21.04m/d，具強透水性，基坑開挖時存在基坑涌水問題。工程采用刀盤式泥水平衡法頂管施工技術(shù)頂進，工作井及接收井采用方形沉井形式。2刀盤式泥水平衡頂管突出的優(yōu)點適用于多種土質(zhì)，例如在地下水壓力較高及變化范圍較大，地質(zhì)中存在砂礫石等石塊的條件下，都能進行破碎輸出?？捎行П３滞诰蛎娣€(wěn)定，對管道周圍的土體擾動比較小，弓I起的地面沉降較小。泥水頂管比其他類型頂管施工時的總推力較小，特別適用于長距離頂管。作業(yè)環(huán)境安全，采用泥水管道輸送棄土，不存在吊土、搬運等危險作業(yè)；且泥水輸送棄土為連續(xù)作業(yè)，因此進度比較快。3泥水平衡法頂管施工的主要工序3.1工作井結(jié)構(gòu)及尺寸工作井選用鋼筋混凝土沉井結(jié)構(gòu)，平面尺寸6.0x8.0m,護壁厚度0.8m，深度11.35m，刃腳高度2.6m；接收井平面尺寸5.0x7.0m,護壁厚度0.8m，深度7.78m，刃腳高度2.6m。沉井分3段制作，第1段為刃腳及頂管管中心預(yù)留洞處混凝土制作，高度6.6m,第2段、第3段為預(yù)留洞上部井壁制作，壁厚分別為0.6m和0.4m，高度分別為4.0m和3.35m。3.1.1沉井下沉系數(shù)計算沉井下沉高度按14m考慮，分3次制作、分3次下沉，制作時應(yīng)保證其穩(wěn)定性，使沉井能在自重下順利下沉，其下沉系數(shù)>1.15，可按下式計算：K=G/(L(H-2.5)f)>1.15(1)式中：G為-沉井自重及附加荷重：743.5,t;H為沉井下沉深度：14m;L^沉井外部周長：34.4m；f為單位面積摩擦力的平均值，取1.5t/m2。計算結(jié)果如下：743.5/[34.4x（14-2.5）x1.5]=1.25>1.15,滿足下沉要求。3.1.2工作井施工基坑開挖一刃腳支設(shè)一鋼筋、模板安裝一沉井預(yù)制-沉井下沉一沉井封底1） 基坑開挖?；油谕敛捎靡慌_1m3反鏟挖土機進行，開挖至距底標高20cm采用人工修坡、平底，防止擾動基底土層。沿基槽四周挖排水溝、集水井，保證基坑內(nèi)不集水?；娱_挖完成后，立即進行沉井刃腳基槽開挖，基槽開挖深度乂寬度=0.8x2m,基槽底面用小型打夯機進行夯實并回填50cm粗砂墊層。2） 刃腳支設(shè)。先在夯實平整基槽內(nèi)鋪一層80cm厚的砂墊層，沿沉井刃腳周圈澆筑C10素混凝土墊層，厚度為10cm，寬度為400cm。墊層混凝土要振搗密實，表面抹平。刃腳采用磚模，磚模厚度為370mm,高度為850mm，并在磚模內(nèi)側(cè)用塑料薄膜覆蓋，以保證混凝土表面平整，并在磚模內(nèi)綁鋼筋、澆混凝土。3） 鋼筋綁扎、模板安裝拆除。鋼筋綁扎由刃腳處開始，由于池壁水平筋在池壁豎向筋外側(cè)布置，因此，最內(nèi)側(cè)水平筋應(yīng)先放置，然后放豎向筋，再綁水平筋。鋼筋綁扎時要均勻?qū)ΨQ施工，以防止不均勻沉降。模板采用1830x915x18mm防水膠合板做模板，背帶分別使用80x50mm木方及①48x3.5鋼管及①14對拉螺栓做為模板支撐穩(wěn)固系統(tǒng)，如圖1所示：澆筑完混凝土后拆模，先拆除側(cè)模板，后拆除底模板。4） 沉井下沉。沉井下沉采用人工開挖，遵循先中間后周邊的鍋形開挖次序，刃腳以下均勻?qū)ΨQ開挖的原則。每層挖土厚度為0.4-1.5m，按順序分層逐漸往刃腳方向削薄土層，每次削5-15cm，當土垅擋不住刃腳的擠壓而破裂時，沉井便在自重作用下破土下沉。在開挖過程中，要經(jīng)常注意井壁的垂直度和測量井面的標高，如發(fā)現(xiàn)沉井有較明顯的傾斜時，即采取刃腳低位處停挖或少挖、刃腳高位處多挖的糾編措施，保證沉井均勻平穩(wěn)下沉。刃腳下部土方必須邊挖邊清理。5） 沉井監(jiān)測。預(yù)先在沉井內(nèi)壁設(shè)定4個垂球，觀測垂球的錐尖是否分別在相對應(yīng)位置上的標盤中心。當沉井發(fā)生偏斜時，垂球錐尖就會偏離標盤中心點，垂球的吊線就會偏離沉井內(nèi)壁上的垂線。根據(jù)垂球偏離標盤中心及偏離沉井內(nèi)壁的垂線的方位和大小進行糾偏。一般情況下，每下沉一次的前后均要求做一次觀測，并作好記錄。6） 沉井封底。沉井下沉到設(shè)計標高時，馬上進行素混凝土封底，在封底混凝土頂面預(yù)留插筋，插入素混凝土80cm，外漏80cm，間距150cm梅花型布置。底板下設(shè)置濾鼓，濾鼓下部周圍100cm范圍內(nèi)設(shè)置30cm反濾層。當?shù)装寤炷吝_到強度時，用高一級混凝土封堵濾鼓，封堵前抽干濾鼓內(nèi)積水。圖1刃腳模板加固示意圖2池壁模板加固示意3.2泥水平衡法頂管施工方案3.2.1刀盤式泥水平衡頂管施工工藝流程1） 導(dǎo)軌安裝：導(dǎo)軌采用型鋼制作，外側(cè)焊加肋板；間距1.2m，安裝后順直、平行、等高，其坡度與管道設(shè)計坡度一致；兩導(dǎo)軌間的混凝土面不得高于導(dǎo)軌的中心截面，且為弧形狀；導(dǎo)軌的安裝精度須滿足施工要求。2） 洞口止水圈安裝：為防止頂進過程中，洞口產(chǎn)生流砂，造成洞口上方坍塌，沿洞口一周安裝橡膠止水圈，將管周圍包裹起來，起到止水作用。3） 設(shè)備試運行：利用吊車將頂管機安放在導(dǎo)軌上，調(diào)整好坡度；連通電源、進泥管道、排土裝置、監(jiān)控裝置、測量裝置、洞口止水裝置及后方主頂裝置；并進行設(shè)備試運行，確保設(shè)備狀態(tài)良好的情況下進行頂管施工。對所有機械設(shè)備進行交接班檢查，設(shè)備交接記錄應(yīng)交下一班組，建立地面與地下測量控制系統(tǒng)，控制點應(yīng)設(shè)置在不易擾動、視線清楚、方便校核、易于保護處。4） 頂進：當一切準備工作就緒后，按照設(shè)計線位將機頭緩緩向前推進，在機頭頂進過程中，根據(jù)場地地質(zhì)情況，確定出泥漿的濃度；觀察各設(shè)備運轉(zhuǎn)情況及地質(zhì)狀況。機頭進洞后，安裝管節(jié)，管節(jié)安裝時，按要求安裝好橡膠止水圈及木板襯墊，以防止頂進過程中漏水和管節(jié)擠壓破損。5） 測量、糾偏：高程及中線誤差監(jiān)測，糾偏。6） 注漿減摩：注漿減摩是長距離頂管施工中的一關(guān)鍵環(huán)節(jié)，由于隨著管道不斷推進，推力會隨之增加，而降低頂進阻力最有效的方法是注入膨潤土泥漿，使之在管外壁與土層之間形成一個完整的環(huán)狀泥漿潤滑套，變原來的干摩擦狀態(tài)為液體摩擦狀態(tài)，從而達到減少頂進阻力的效果。7） 中繼間頂進：在管道中間加裝一套中繼間管，在中繼間管上環(huán)形布置小型液壓千斤頂，利用管壁作為受力點將長距離管道分段進行頂進，以達到長距離頂進的目的。中繼間在距頂進口90m處布設(shè)，千斤頂采用6個250t液壓千斤頂米字型布設(shè)。3.2.2頂進頂力估算及中繼間方案1） 頂力估算：根據(jù)頂管施工技術(shù)及驗收規(guī)范GB50268及頂管技術(shù)規(guī)程CECS246，頂管頂力可按以下經(jīng)驗公式計算：（其中F-總推力，F(xiàn)1-迎面阻力，F(xiàn)2-頂進阻力）F1=n/4xD'2xxH0（D'為管外徑，取2.88m;H0為覆土厚度，取10.0m;為卵石重度，取2.24t/m3）。F1=3.14/4x2.882x2.24x10=145.85tF2=nDxfxL（f為管外表面摩阻力，卵石取1.5t/m2;D為管外徑，取2.88m;L為頂距，按最長井段取164m）。F2=3.14x2.88x1.5x164=2224.63t?？傢斄Γ篎=F1+F2=145.85+2224.63=2370.48t=23705kN。2） 混凝土頂管允許頂力計算：頂管管材根據(jù)規(guī)范采用B級C50鋼筋混凝土管，內(nèi)徑2.4m，管體混凝土軸心抗壓強度32.5N/mm2,壁厚0.24m，單根長度2m?；炷凉茉试S頂力計算：F=6n(t-L1-L2)x(t+d)/K(2)式中：F為管道允許頂力，kN；6為管體軸心抗壓強度；K為安全系數(shù)，取5t；d為鋼筋混凝土內(nèi)徑；L1為密封圈槽底與外壁距離；L2為墊片與外壁預(yù)留距離(L1和L2可忽略不計)則F=32.5*3.14*0.24*(2.4+0.24)/5=12932KN=1293.2t中繼間頂力計算及布設(shè)：頂進所需總頂力為2370.5t,混凝土管允許頂力為1293.2t,總頂力大于混凝土管允許頂力，故需加設(shè)中繼間。該管道的允許頂力為1293.2t,則可頂進長度為1293.2t/(2370.48t/164)=89.5m，在管道允許頂力范圍內(nèi)第一級頂進長度保守取值70m，剩94m在中間位置即在距頂進口117m處再增加1次中繼間，故在該地質(zhì)條件下距頂進口70m和117m處需各加設(shè)中繼間1次，共加設(shè)中繼間2次。管道單級最長頂進長度70m，頂力估算為2370.48/164*70=1011.8t，小于混凝土頂管允許頂力1293.2t,滿足B級鋼筋混泥土管頂進要求。70m處中繼間頂力計算及布設(shè)：總頂力為=2370.48/164*70=1011.8t,可米字型布設(shè)6個250t液壓千斤頂進行頂進。250*6=1500t*(1-20%)=1200t>1011.8t,滿足頂進要求。117m處中繼間頂力計算及布設(shè)：總頂力為=2370.48/164*(164-117)=679.3t,可米字型布設(shè)4個250t液壓千斤頂進行頂進。250*4=1000t*(1-20%)=800t>679.3t，滿足頂進要求。工作坑后背受力分析：為確保安全，頂力后背反力R應(yīng)為總推力的1.2-1.6倍。R=B(rH2Kp/2+2cHKp1/2+rhHKp)(3)式中：R為總推力之反力，kN;a為系數(shù)1.5-2.5之間，取1.5;B為后座墻寬度，取7.6m；r為卵石容重，取22.4kN/m3；H為后座墻高度，取11.35m；Kp為被動土壓力系數(shù)為tg2（45°+S2）,中取27°;C為土的內(nèi)聚力，kPa,取10kPa;h為地面至后背墻頂部土體高度，m,取0.3m;R=aB（rH2Kp/2+2cHKp1/2+rhHKp）-50333.62kN。最大頂力為23705kN。R/P=50333.62/23705=2.12＞總推力的1.2-1.6倍，因此，利用工作井可以用作靠背進行管道頂進。4施工過程應(yīng)注意的問題及建議4.1頂進注意事項1） 頂進設(shè)備的操作應(yīng)按前方頂進反饋的控制信息要求實施。2） 初始頂進或中途停機重新頂進時，都應(yīng)遵循從低速到高速的控制原則。3） 頂進速度應(yīng)盡量控制平穩(wěn)，尤其要避免頂速突然加大的現(xiàn)象。4） 對頂進過程中出現(xiàn)的任何工作油壓波動都應(yīng)及時分析原因并采取相應(yīng)措施。5） 隨時觀察攪籠排土情況，是否正常，發(fā)現(xiàn)堵塞應(yīng)立即停止頂進，進行處理；處理完后方可繼續(xù)頂進。4.2管道施工的監(jiān)測施工前，應(yīng)對管道接頭的槽口尺寸進行測量，以及對橡膠圈和襯墊板的外觀和質(zhì)地進行檢查，確認合格后，在接口處均勻涂抹潤滑材料，減少摩阻力，例如薄層硅油等。承插接管時加力要均勻，確保橡膠圈不發(fā)生移位，反轉(zhuǎn)，露出管外現(xiàn)象出現(xiàn)。頂進作業(yè)時加強管道中線、高程的測量復(fù)核，并及時糾正，以降低后方頂力。4.3周邊構(gòu)筑物的監(jiān)測管道頂進前，沿管道走向，在管線周邊的建筑物上設(shè)置沉降觀測點，測出初始數(shù)據(jù);在管道頂進過程中每天早、中、晚定時對各沉降觀測點進行測量；發(fā)現(xiàn)沉降超過預(yù)警值，應(yīng)立即停止頂進，并及時采取措施進行處理，以免造成安全及質(zhì)量事故。4.3管周處理管道頂進結(jié)束后，可由管道上的注漿孔向外注入水泥漿，由水泥漿將管道外周的空隙填實。注漿壓力控制在2MPa；通過注漿壓力及漿液流量控制注漿量。當注漿壓力增大，流量減少時為止。5結(jié)語通過實際工程實例，對泥水平衡頂管技術(shù)的分析、計算，得出泥水平衡頂管技術(shù)具有推力較小