泥水平衡顶管技术在市政污水管道施工中的应用 6页

'泥水平衡顶管技术在市政污水管道施工中的应用刘金平广东省化州市建筑工程总公司广东化州525100摘要：顶管技术是一种非开挖的地下管道敷设施工技术，目前在城市污水管道施工中得到广泛的应用。本文结合工程实例，围绕井点降水、顶力的合理确定以及施工工艺优化这几方面对泥水平衡顶管的关键技术进行分析，并提出了施工质量技术保障措施，供同行参考。关键词：泥水平衡顶管；高水位；市政污水管道；施工工艺；动态控制随着我国社会经济建设步伐的不断加快，人们的环境保护意识越来越强。顶管技术作为一种非开挖的地下管道敷设施工技术，能够解决了管道埋设施工中对河流、园林、建筑物等障碍的破坏和道路交通的堵塞等难题，在保护城市牛态环境等方面凸显其优势。泥水平衡式排水顶管工艺属于现代非开挖技术的一种，具有环境干扰小、不污染环境、安全性高、适用土质范围广和施工工期短等优点，广泛应用于道路、铁路和建筑物等地下管道敷设工程当中。木文通过对泥水平衡顶管技术的分析，解决了顶进过程中的技术难题，使其更好地应用于地下管道工程中。1工程概况某污水处理厂配套截污管线总长11.434公里,其中顶管施工2.23公里，采用III级钢筋混凝土排水管，开槽施工8.868公里，大部分采用II级钢筋混凝土水管，过江倒虹管段共335米，管线设计为双管，釆用焊接钢管。2井点法施工的关键技术2.1井点降水根据实际地质情况•在沉井附近采用井点法降低地下水位，以方便施工挖土，使沉井顺利下沉，并保证顶进施工时顶进工作井及接收井无积水，设备能够正常运转。 根据沉井工作井的尺寸及勘查提供的涌水量、抽水影响半径，计算出井点的埋设深度及埋设数量。(1)井点埋设深度H=hl-h2+Ah+L+b=9m(1)式中：H—井点埋设深度(m)；hl—沉设井点施工的地面高程(m),据实测为89.857m；h2—基坑底面高程(m),据实测为84.357m；△h—设计地下水降至基坑底面以下深度(m),取0.5m；L—滤管长度(m),据经验值一般为2.51TI；b—井点到基坑的水力坡降(m),—般取水平距离(经验值一・般为5m)的O.lo(2)井点埋设数量N=Q/q=15.6(2)式中：N—井点数(眼)，取N=16；Q—涌水m(m3•h-l),经现场实测为23.4m3•h-l；q—每眼井排水量能力(m3•h-l),据每眼井配置水泵功率，取工作效率系数0.8,计算为1.5。每1.5m打井一眼，深度为9m,用φ65钢管做降水井。用射流泵抽排地下水，平均每座工作坑围绕工作井环向布设16眼轻型井点.每座工作坑设射流泵一套.各井点井口用D150钢管连接至射流泵，抽排地下水。将地下水降到管道基础以下0.5m。不影响管道顶进作业。2.2合理确定顶力1)泥水平衡顶管最大顶力计算(1)经现场论证分析，泥水平衡顶管最大顶力FOp顶进阻隔力，为顶管 机端阻力与侧壁摩阻力之和，即式中：D—管外径;P—控制土压力：KO—静止土压系数，一般取0.55；H0—地面至掘进机中心的高度，取H0=5m；r-土的容重•取r=1.8t•m-3；f—管道外壁与土的单位面积平均摩阻力；D—管外径（mm）,本工程涉及的管径为D1000（外径为1.2m）,D1200（外径为1.44m）,D1350（外径为1.62m）：L一顶距（m）。（2）最大顶力。对于管径分别为D1000、D1200、D1350的顶管，经计算得最大顶力分别为363.555、313.265、353・559t。2）顶力的设计与调整顶管最大顶进力不超过40Ot・不须加设中继间接力顶进。但考虑到覆土较浅，管道上方正常的卸力拱不易形成，会造成顶力增加，为工程带来很大的风险.所以施工中只有采取克服顶力增长的措施，才能使顶管施工圆满完成。通过对以往顶力记录的分析并考虑减阻的效果•决定使用触变泥浆减阻及管壁涂抹润滑剂减阻。2.3施工工艺优化泥水平衡式顶管设备全封闭式作业，其泥水系统符合泥水加压平衡原理,利用探测仪器根据顶进速度以及前方土体土压力的变化而自动调整•从而保证一个恒定的土压力平衡值，科学地确定送排泥流量、浓度和流速。泥水平衡控制系统通过气动球阀控制泥水管路在推进中的逆流冲洗、停止、旁路等动作，顶管机系统、泥水平衡及输送的控制，通过计算机进行数据采集及管理•组成一个先进的监控系统，既保证了施工安全，又提高了顶管机小容积泥水舱压力平衡的精度。 项管机出洞封门采用矩形钢箱和密封圆环装置，密封和安全性能良好，适合本场地地层及浅覆土施工，基本上不会造成地面沉降，可以确保工程质量。泥水平衡顶管的工艺流程为：工作井制作→测量放样→安装井下导轨机架、液压系统、止水圈等设备→安装地面辅助设施→顶管机头吊装就位→安装激光经纬仪→整套系统调试→顶管机头岀工作坑→正常顶进→顶管机头进接收井→清理并砌筑检查井。3施工质量控制措施3.1减阻措施(1)合理布置注浆孔本工程施工时在管节外壁合理布置注浆孔，孔位按对称或均匀状布置,向孔内注入触变泥浆形成泥浆套，以减小管壁与上体间的摩阻力。触变泥浆在输送和灌注过程中具有流动性并呈胶状液体，可起到润滑减阻作用：静置一定时间后泥浆固结呈胶凝状，土体具有支护作用：管节顶进吋，泥浆被扰动再呈胶状液体，该过程反复循环，贯穿于整个顶进过程。为了保证压浆效果，在工具管尾部环向均匀地布置4个注浆孔，顶进时及时进行注浆。工具管后的3节混凝土管节上均有注浆孔，使其与工具管形成一个注浆区间，保证从前端--开始就形成完整的泥浆套，之后每隔2节设一节管节，并在管节上设4个注浆孔，呈90°环向交叉布置，作为补偿使用。(2)注浆质量及可靠性触变泥浆的性能须稳定，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，又要有一定的稠度。顶进施工前要做泥浆配合比试验，找岀合适于施工的最佳泥浆配合比。(3)吋间效应及管道涂抹润滑剂由于覆土过浅且水位较高，在施工前需做好充分准备。顶进施工中遇到难题需要停工等待时，土体固结在管节外壁，相应的阻力增大，四周松土会塌落在管壁上，增加握裹力而抱实，同吋触变减阻浆液中离析岀来，从而失去减阻作 用，使得顶进阻力增大。实践证明，等待4h阻力略有增加，等待12h阻力增加2/3,等待24h阻力变为原阻力的2倍。因此，为了减小阻力，在施工中应充分考虑时间效应，尽量缩短停工等待时间。另外，为了减小管材与土层之间的摩擦力，在管子外层需涂抹一层润滑剂。确保工程连续顶进，日均进尺为24m,最长停顿吋间小于5h。3.2测量纠偏措施(1)本工程测量所需的仪器有全站仪、激光经纬仪和高精度的水准仪。顶管机内设有坡度板和光靶，坡度板用于读取顶管机的坡度和转角，光靶用于对激光经纬仪进行轴线的跟踪测量。(2)反复测量、校对顶进管线的方向和高程，保证防线的精度在规范允许的范围内，并保证设备安装的精度。是导轨与千斤顶的轴线及所顶管线垂合,后座墙与顶进轴线垂直，这样可减少顶进中对节段长度的调整，继而减小纠偏的幅度，使其很快进入顶进的正常阶段。通过焊接使机头后三根管顶预埋钢板与机头连为整体，防止机头单独下沉或上漂，从而利于纠偏。(3)在施工过程中及吋观察、调整，根据机头内示位标靶上激光光点的坐标和仪表显示机头掘进面，以及进排泥泵和机头偏差的各种数据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，及吋了解纠偏方向，保证顶管机处于良好的工作状态。当顶进轴线发生偏差吋，可通过调节纠偏千斤顶的伸缩量,使偏差值逐渐减小并冋至设计轴线位置。施工过程中，应贯彻“勤测、勤纠、缓纠”的原则，不能剧烈纠偏，以免对管节和顶进施工造成不利影响。3.3顶进过程中技术问题的解决(1)后背变形后背墙在顶力作用下产生压缩，其方向与顶力作用方向一致，当停止顶进时顶力消失，压缩变形也随之消失。该弹性变形属正常。顶管吋后背墙不应被破坏，为了保证顶进质量和施工安全，需对后背的强度和刚度进行验算。(2)电流增高 在顶进过程中，出现了电流增高的现象，具体表现为:泥水仓压力正常，其他参数也正常，只是掘进机头内电机电流在运行几分钟后增高，使得顶进速度极慢。分析后认为岩石颗粒、粘土颗粒附着在刀盘和泥水仓壁上成刀盘扭距增加,加入高压水冲洗后问题解决。4结束语综上所述，泥水平衡顶管施工是一项系统性的工作，它对城市地下管道的建设具有重要的作用。因此，顶管施工需要施工人员具备各种理论知识和专业技能，加强施工过程中的监控力度，吋刻关注各种参数的变化，及吋做好应对措施，从而保证地下管道敷设工程的顺利实施。参考文献［1］陈镇松，大直径输水钢管采用泥水平衡顶管施工技术卩］.中国市政工程，2011年第03期⑵纪新颖，泥水平衡机械顶管施工技术及应用［J］・城市建设理论研究，2012年第14期'