深圳石巖-松崗供水工程d標(biāo)段頂管施工的淺析

深圳石巖—松崗供水工程D標(biāo)段頂管施工的淺析關(guān)鍵詞：頂管中繼頂糾偏觸變泥漿減阻深圳石巖至松崗供水網(wǎng)絡(luò)工程D標(biāo)段從大凼水庫至甲子塘水廠，全長2473.05m。該工程途經(jīng)水庫、魚塘、水溝、河道、公路，且沿途架有高壓電纜和光纜，地處低洼，地下水源豐富；其中，穿越美科電子廠、街道及松龍公路510.31m，跨越道路寬度55.8m；給施工帶來較大的難度。原地貌為殘丘、溝渠、坡地，地面較平坦、坡度平緩，大致呈東高西低之勢(shì)。據(jù)鉆探，場內(nèi)地層大致為：新近人工挖土，第四系耕植土層，第四系沖洪積層，第四系殘積土層及震旦系混合巖。故在穿越美科電子等廠區(qū)和松龍公路長度為510.31m段采用頂管施工，頂管直徑為φ1500鋼管。一．頂管施工程序頂管施工是先制作工作井，且在井內(nèi)安裝主頂油缸系統(tǒng)提供水平推力，然后將管道一節(jié)一節(jié)地從工作井的前墻預(yù)留洞口中推出進(jìn)入井外土層中，直到接收抗。本次頂管分三段頂管，設(shè)置工作井和接收井各三個(gè)。在管道的前端設(shè)置一節(jié)頂管機(jī)頭，頂管正面土體靠機(jī)頭維持平衡，并將土體挖掘進(jìn)入管道內(nèi)，然后運(yùn)輸?shù)胶蠓焦ぷ骶⑻嵘恋孛鏃壸?。?dāng)工作井內(nèi)主頂油缸系統(tǒng)水平推力不夠時(shí)，再安裝中繼間（見下頂管示意圖）。其施工程序如下：工作井制作——安裝頂管設(shè)備——頂管出洞——出土——頂進(jìn)、注漿——測量糾編——頂管進(jìn)洞——管內(nèi)處理——閉水試驗(yàn)——驗(yàn)收二．工作井及井內(nèi)頂推設(shè)備及安裝1．工作井和接收井2．工作井的尺寸和結(jié)構(gòu)形式工作井尺寸：擬采用矩形工作井，其平面尺寸確定如下：寬度=鋼管外徑+操作寬度=1.5+2.6=4.1m長度=L1+L2+L3+L4+L5+L6=10.5m式中：L1—單節(jié)鋼管長度6.0m；L2—千斤頂長度2.4m；L3—后背鋼梁和砼后墊墻0.8m；L4—預(yù)留鋼管焊接長度0.6m；L5—分壓環(huán)厚度0.5m；L6—下管富裕量0.2m。

3．工作井施工為減少對(duì)路面的開挖面和控制挖土量，施工采用逆做法施工。工作井施工程序如下：基坑土方——開挖——綁扎鋼筋——預(yù)埋穿墻鋼套管處——制?！獫簿陧拧ぷ骶诘轿弧獫仓装?．選用2臺(tái)400T的油壓千斤頂，供油用電動(dòng)油泵，兩臺(tái)并聯(lián)供油，千斤頂最大行程120cm。其他設(shè)備包括：導(dǎo)軌、千斤頂臺(tái)架、替頂分壓環(huán)、后承壓板、操作平臺(tái)、直爬梯等。三．工作井地面設(shè)施及機(jī)頭選用工作井地面設(shè)施需布置一系列與頂管施工有關(guān)的設(shè)備。如：液壓站、氣壓站、泥漿站、臨時(shí)發(fā)電站、井口起重設(shè)備及頂鐵等。根據(jù)本工程的實(shí)際地質(zhì)和水文情況，采用手掘式機(jī)頭，增設(shè)氣壓密封門并采用氣壓式頂進(jìn)，它適用多種土層中的頂管施工，是我司根據(jù)多年的頂管實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)反復(fù)多次應(yīng)用成功研制，具有成本低，加工制作快，適用性強(qiáng)，易操作等優(yōu)點(diǎn)。在頂管頂進(jìn)過程中，如遇硬質(zhì)土層，則采用手掘式，如遇流砂則采用氣壓平衡法。四．頂管出洞當(dāng)井內(nèi)、井外的準(zhǔn)備工作全部準(zhǔn)備完善以后，可將機(jī)頭吊放到井內(nèi)軌道上，調(diào)整方向，開始頂管出洞，工作井壁前墻有機(jī)頭及管道出洞的預(yù)留洞口。為防止井外水土從預(yù)留洞口與機(jī)頭外壁之間的縫隙流入工作井內(nèi)，預(yù)留洞口與管道間設(shè)有洞密封裝置。其施工工藝如下：制作橡膠密封圈制作橡膠密封圈頂頭安裝推頂頭進(jìn)密封圈關(guān)閉機(jī)頭倉門推進(jìn)機(jī)頭出洞入土層頂頭制作破部分封墻土轉(zhuǎn)至倉門后倉內(nèi)除土留50cm機(jī)頭在軌道上1．洞口密封結(jié)構(gòu)出洞口密封結(jié)構(gòu)的作用是阻止在頂管過程中泥水從管節(jié)與洞口間的間隙流入井內(nèi)，同時(shí)也起定位作用。2．破墻出洞當(dāng)機(jī)頭前端進(jìn)入洞口密封圈后，即可破墻出洞，工作井預(yù)留洞口是采用磚砌體臨時(shí)封堵，在頂前采用風(fēng)鎬鑿除內(nèi)層一部分封堵墻體，然后將機(jī)頭推進(jìn)，依靠機(jī)頭前端刃口破除外層墻體，隨即進(jìn)行頂管正常推進(jìn)。3．方向監(jiān)測頂管出洞方向控制必須嚴(yán)格控制頂管出洞精度，采用跟蹤測量，且在機(jī)頭上安置一臺(tái)隨時(shí)觀察機(jī)頭走向的水平傾斜儀，隨時(shí)調(diào)整機(jī)頭出洞的方向及高程偏差。工具管在進(jìn)入土層過程中，每頂進(jìn)30cm，測量一次。五．頂進(jìn)施工當(dāng)工具管頂入土體后，留其尾部約50cm長擱在導(dǎo)軌上，收回千斤頂活塞桿，卸走替頂和分壓環(huán)，下管安裝第一節(jié)管節(jié)。在下管時(shí)，嚴(yán)格進(jìn)行頂進(jìn)鋼管質(zhì)量檢查。頂進(jìn)鋼管制作與質(zhì)量檢驗(yàn)如下：1．頂進(jìn)管材及管節(jié)檢驗(yàn)第一節(jié)管節(jié)采用了與機(jī)頭糾編分壓環(huán)密封活接頭裝置，第一節(jié)管頂進(jìn)后，留約50cm長擱在導(dǎo)軌上，在第一節(jié)管的尾端與第二節(jié)管的前端需要進(jìn)行焊接；在頂完每一節(jié)管，管節(jié)口在焊接完成檢驗(yàn)合格后，才能正常頂進(jìn)。2．手掘式頂管當(dāng)土層比較堅(jiān)硬，工具管前方土體穩(wěn)定性好，則采用人工挖土頂進(jìn)。挖土前應(yīng)將工具管前端刃口部分切入土層中，然后自上而下分層開挖，嚴(yán)禁自下而上開挖，防止正面塌方。挖土?xí)r，可將開挖面挖成鍋底形狀，其向前的鍋底開挖深度不大于30cm。暫停作業(yè)時(shí)，應(yīng)將工具管切入土層中，使工具管內(nèi)充滿一定的土塞長度，以確保正面土體穩(wěn)定，并關(guān)閉好密封門。3．氣壓法頂管當(dāng)遇地下水產(chǎn)生流砂時(shí)，則采取氣壓法頂管。氣壓法頂管在頂進(jìn)管道的前方設(shè)置兩道氣壓密封門。關(guān)閉第一道門，向前艙充入壓縮空氣，由于壓縮空氣向正面土層的孔隙中滲透，將工具管前方土層中的地下水從土壤的孔隙中排擠出去，給工具管作業(yè)面提供一個(gè)無水穩(wěn)定的作業(yè)環(huán)境。氣壓法頂管的工藝流程：關(guān)閉1號(hào)門前艙加壓——工人進(jìn)入后艙——關(guān)閉2號(hào)門后艙加壓與前艙平衡——打開1號(hào)門前倉——挖土轉(zhuǎn)入后艙——管道向前頂進(jìn)——工人退入后艙關(guān)閉1號(hào)門——后艙減壓與大氣平衡——打開2號(hào)門工人出艙——轉(zhuǎn)運(yùn)后艙土方至工作井——吊離工作井至地面外運(yùn)4．長距離頂管施工本區(qū)段長距離頂管，需采取壓注觸變泥漿阻減和使用中繼間兩項(xiàng)措施。1）觸變泥漿減阻將膨潤土泥漿注入管道的外周，使管道外壁形成泥漿套，減少管道外壁與周圍土層之間的摩擦阻力，膨潤土泥漿是在地面泥漿站拌制好，然后通過注漿管向管道內(nèi)泵送。頂管過程中，應(yīng)專人交替打開注漿孔閥門，不斷地向管外壁注漿。機(jī)頭尾端要緊隨管道頂進(jìn)同步壓漿，后方各注漿點(diǎn)必須跟蹤補(bǔ)漿。壓漿數(shù)量和壓力：一般壓漿量是管道外周環(huán)形空隙的1.5-2.0倍，本工程擬用指針為1.5RH，R為土的重度，H為土的覆蓋深度。2）中繼間鋼管中繼間內(nèi)的單作用千斤頂組在輸油管提供的設(shè)定液壓作用下，以其后面的管段為后座支承，將其前面的管段向前頂進(jìn)約300mm，然后主站千斤頂再頂推向前約300mm，采用這種方法將管道分段逐次頂進(jìn)。鋼管中繼間在管道上的安裝位置，擬在機(jī)頭后30m設(shè)置中繼間，以克服較大的機(jī)頭迎面阻力和方便糾編操作。3）泥漿置換當(dāng)頂管完成后，應(yīng)在管道的上方注漿孔注入水泥漿，將管道外壁的膨潤土泥漿從打開的下方注漿孔擠出，直至水泥漿將管道外壁與周圍土體之間環(huán)形孔填實(shí)。使管道在地下的穩(wěn)定性更好。拆除注漿管路后，應(yīng)將管道上的注漿孔封堵嚴(yán)密。六．頂管測量與糾偏1）測量本工程為直線頂管，采用水準(zhǔn)儀測定標(biāo)高，采用經(jīng)緯儀測定軸線偏差。頂管機(jī)頭出洞前和出洞后頂進(jìn)第一節(jié)鋼管時(shí)，應(yīng)特別注意做好測量工作，在正常頂進(jìn)過程中，每節(jié)鋼管測量次數(shù)為4次，糾編時(shí)應(yīng)增加測量次數(shù)。2）糾編頂進(jìn)糾偏采用調(diào)整機(jī)頭糾偏千斤頂?shù)姆椒?，進(jìn)行糾偏操作，若機(jī)頭偏左則千斤頂采用左伸右縮方法，反之亦然，如同時(shí)有高程和方向偏差，則應(yīng)先糾正偏差大的一面。糾偏是在頂進(jìn)動(dòng)態(tài)情況下實(shí)現(xiàn)的，在糾編時(shí)，隨時(shí)注意機(jī)頭上糾編顯示儀的變化，應(yīng)根據(jù)測量資料，分析偏差發(fā)展趨勢(shì)，采用分次逐步糾偏。3）頂管允許偏差本鋼管頂管參照上海市《市政工程施工及驗(yàn)收技術(shù)規(guī)程》“頂管允許偏差表”列標(biāo)準(zhǔn)，建議本工程頂管施工執(zhí)行下表所列允許偏差：管徑軸線位移（mm）管內(nèi)底標(biāo)高DN1500鋼管150+80，-1004）長距離頂管工程的頂力計(jì)算：本次頂管工程采用單向頂進(jìn)方案；即軸心頂進(jìn)和高精度控制。頂管的頂力隨長度的增大而增大；若采用尾頂進(jìn)方式必然會(huì)受距離限制；千斤頂?shù)捻斄σ膊豢赡軣o限制的增大，其將直接導(dǎo)致頂管破壞；常采取的解決方法為中繼環(huán)接力頂進(jìn)技術(shù)措施。下面為頂管受力計(jì)算及方案選擇：方案之一，無注漿頂進(jìn)方案的頂力計(jì)算：由公式：F=f[k(Pv+Ph)DL+P]和Pv＝γＨP=L×D×π×δ×γi(γi=78KN/m3)及Ph＝Pvtg2(45-φ/2)計(jì)算公式中：F——頂管頂力（KN）f——摩擦系數(shù)，取值范圍0.4—0.6，本次計(jì)算選為0.5k——與頂進(jìn)長度有關(guān)的頂力折減系數(shù)Pv——豎向土壓力Ph——側(cè)向土壓力D——管外徑L——一次頂進(jìn)總長度P——管自重γ——土容重H——管頂覆土厚度假定頂管上層土呈良好拱形，降水良好，則取k＝１fkδmmγKN/m3ＨmPKNLmDmPvKN/m2PhKN/m2FmaxKN0.51.01419.54.0586170.821.5078.032.914501顯然，無注漿頂進(jìn)方案不可行。方案之二，注漿頂進(jìn)方案的頂力計(jì)算：由公式：F=fπDL計(jì)算公式中：F——頂管頂力（KN）f取值范圍4—１２KN/m2，本次計(jì)算選為８KN/m2D——管外徑L——一次頂進(jìn)總長度Fmax=８×3.14×1.5×170.82=6568(KN)鋼管尾端最大應(yīng)力驗(yàn)算由fymax=kFmax/A0取k=1.4A0——頂管截面積則Fmax＝139.44（N/mm2）<[fk]=140N/mm2基本符合要求方案選型：根據(jù)上述的受力計(jì)算，本次頂管方案選用注漿頂進(jìn)方案；頂進(jìn)深度到85—100m后采用中繼環(huán)的方式頂進(jìn)，千斤頂選用4000KN千斤頂沿管軸心頂進(jìn)。施工安全監(jiān)測：1．頂管施工過程中，保持良好的通訊系統(tǒng)，定時(shí)監(jiān)測管內(nèi)、特別是氣密倉區(qū)的空氣指數(shù)；發(fā)現(xiàn)異常隨時(shí)調(diào)整空壓機(jī)和通風(fēng)系統(tǒng)。2．隨時(shí)監(jiān)測千斤頂?shù)膲毫?shù)據(jù)；發(fā)現(xiàn)異常時(shí)及時(shí)處理（增大膨潤觸變泥漿量或加大糾偏措施等）。3．監(jiān)測主干道路面；采取措施控制路面沉降及結(jié)構(gòu)開裂等。小結(jié)：綜上所