城市供水管道工程顶管施工技术探析 7页

城市供水管道工程顶管施工技术探析　　摘要：由于城市供水管道大多埋置在城市的各个地方，分布较为广泛，传统的开挖埋管施工方法会对城市居民的日常生活带来诸多不便，还会对城市交通产生影响，而使用顶管技术则可以减小对城市居民的影响。本文对城市供水管道工程顶管施工技术进行了分析探讨。关键词：城市供水管道；顶管施工；常见问题；技术分析中图分类号：TK284.7文献标识码：A文章编号：引言随着我国城市化进程的加快，城市建设规模不断扩大。供水管道工程作为城市基础设施建设的一部分，担负着为城市居民和工农业发展提供水资源的重任，其管道的结构稳固和功能完善是确保供水安全的重要保障。供水管道工程需要在地下进行施工，对施工技术要求比较高，其中沉井和顶管施工是工程实施的关键。顶管技术作为近年来发展较为迅速的一种施工方式，具有施工场地小、噪音和震动低、对周围环境污染小等优点，目前在供水管道工程中有着广泛的应用。一、顶管技术的施工优点7\n顶管法即非开挖管道敷设技术，这种技术可以在不挖开面层的情况下穿越地面构筑物和地下管线及公路、铁路、河道。在穿越以上地面障碍物时，相对于开槽法大大的节省了投资，对原有构筑物的保护效果好，并且有降低噪音，减少粉尘，减轻对城区的交通、环境干扰的特点，属于真正的无污染、高效率的施工技术。顶管施工法由于其上述多方面的优点，在市政供水管线工程中得到了广泛地应用，总结起来顶管施工技术的优点有：施工面由线缩成点，地面活动不受施工影响，对交通干扰小；噪音和震动低，城市中施工对居民生活环境干扰小，不影响现有管线及构筑物的使用；可以在很深的地下或水下敷设管道，可以安全穿越铁路、公路、河流、建筑物，减少沿线的拆迁工作量，降低工程总投资，其主要缺点是施工技术难度较高，施工进度较慢，需要详细的工程地质和水文地质勘探资料。二、城市供水管道顶管施工技术分析1、后背结构及抗力计算后背作为千斤顶的支撑结构，要有足够的强度和刚度，且压缩变形要均匀。所以，应进行强度和稳定性计算。1.1顶力计算推力的理论计算：（以Φ1200mm计算）F=F1+F2（1）式中F1——迎面阻力；F2——顶进阻力F1=π/4×D×2×P（2）7\n式中D——管外径1.44m；P——控制土压力P=Ko×γ×Ho（3）式中Ko——静止土压力系数，一般取0.55；Ho——地面至掘进机中心的厚度，取最大值4.5m；γ——土的湿重量，取1.9t/m3。工程中，P=0.55×1.9×4.5=4.70t/m2F1=3.14/4×1.44×2×4.70=10.63tF2=πD×f×L（4）式中f——管外表面平均（根据顶进距离平均淤泥土）综合摩阻力，取1.6t/m2D——管外径1.44m；L——顶距，取值60m。F2=3.14×1.44×1.6×60=434.07t。因此，总推力F=10.63+434.07=444.7t。根据总推力、工作井所能承受的最大顶力及管材轴向允许推力比较后，取最小值作为油缸的总推力。1.2后背的计算7\n后背在顶力作用下，产生压缩，压缩方向与顶力作用方向一致。当停止顶进，顶力消失，压缩变形随之消失。这种弹性变形是正常的，顶管中，后背不应当破坏，产生不允许的压缩变形。后背不允许出现上下或左右的不均匀压缩。为了保证顶进质量和施工案例，施工时应对后背的强度和刚度计算。后背受力计算公式R=aB（rH2KP/2+2ChK1/2P+rhHKP）（5）式中R——总推力之反力（一般大于推力的1.2～1.6）；a——系数（取1.5～2.5之间），此处取2；B——后座墙的宽度（m）此处取1m；r——土的容重（kN/m3）；H——后座墙的高度（m），此处取1m；KP——被动土压系数tan2（45°+φ/2）；C——土的内聚力（kPa），一般情况下取10；h——地面到后座墙顶部土体的高度（m），此处取4m。按上式计算，工作井后背加护套后能承受534t。顶力大于实际顶力444.7t，完全能满足要求。2、施工方法2.1测量放线根据规划施工，先用经纬仪在现场地面上准确布设临时水准点并放出管道铺设的中线控制桩，控制桩必须保护好，待工作坑挖好后，再用经纬仪将管道中线控制桩引至工作坑保护好，确保施工使用时管道中线的准确度。2.2工作坑设置根据施工图设计基础，采取检查井所在7\n位置设置工作坑，避免修筑检查井时重复开挖，且检查井间距70m，符合一次性顶进施工要求。工作坑底部为矩形，坑底尺寸为7m（长度）×4m（宽度），高度H为5.2m（根据污水管道设计埋深确定）。顶管方案拟采用双向顶进的方法进行施工，即在同一直线上，顶管机在工作坑内，顶完一个方向（两检查井间的距离），调头再顶另一段，形成工作坑和接收坑交替施工。2.3工作坑开挖、支撑和防护工作坑挖土采用机械开挖，并与人工配合操作。土方开挖前先做好定位放线工作。首先开挖上层土，采取从上往下逐层开挖的方式，严格遵循“分层开挖、严禁超挖”及“大基坑小开挖”的原则。工作坑边不堆积弃土，不堆放建筑材料、机械、水泥罐及行车。尽量减少基槽边外部荷载。顶部采用半封闭式，仅留下管和出土口，以确保工作坑内施工安全。井口周围设防水墙，以防地表水流入坑内，同时设置1m高的钢管护拦。为防止工作坑坡面坍塌，坑壁采用20mm厚木板、钢管支撑，满铺支护处理。工作坑挖掘支护完成后，立即进行围挡，并设立醒目施工安全警示标志。3、顶进施工3.1开始顶进前检查全部设备并试运转；保证工具管在导轨上的中心线、坡度和高程符合规范规定。采取一定措施以防止流动性土或地下水由洞口进入工作坑。顶管时，封门拆除后将工具管立即顶入土层。7\n3.2工程采用手工掘进顶管法，工具管接触或切入土层后，自上而下分层开挖，工具管断面的超挖量应根据土质条件确定。土层比较稳定，正常顶进时，管下部135°范围内不进行超挖；管顶以上超挖量小于1.5cm；管前超挖根据具体情况确定，并制定了安全保护措施。4、顶管施工工程采用手工掘进，工具管进入土层过程中，经常对顶进轴线进行测量，检查顶进轴线是否和设计轴线相吻合。在正常情况下，每顶进一节混凝土管测量1次，在出洞、纠偏、到达终点前，适当增加测量次数。施工时还要经常对测量控制点进行复测，以保证测量的精度。另外，指示轴线在顶进工程中，利用联系三角形法定期进行复测，以保证整个顶进轴线的一致性。顶进开始时缓慢进行，待各接触部位密合后，再按正常顶进速度顶进；顶进中若发现油压突然增高，立即停止顶进，检查原因并经处理后方可继续顶进；千斤顶活塞退回时，油压不得过大，速度不得过快。在实际顶进中，顶进轴线和设计轴线经常发生偏差，为了使管道按照设计要求的高程和方向顶进，在顶进过程中要不断对工具管的高程方向进行测量，“勤测勤纠”，根据测量反馈结果，调整纠偏千斤顶，改变方向，从而实现顶进方向的控制，确保管道按设计轴线顶进。纠偏贯穿顶进施工的全过程，尽量做到纠偏在偏位发生的萌芽阶段。7\n5、接口处理对管道的设置位置、标高进行检查，确认无误后，才进行各个混凝土管接口处理。接口是管道的薄弱环节，易发生渗漏，若管接口施工质量差，管道接口在外力作用下容易产生开裂。混凝土管表面应光洁、平整，无砂眼、气泡，接口尺寸符合设计规定，接口应保持清洁无油污，接口防水采用“V”形切口，用纯水泥砂浆对管进行处理，再用1∶2水泥砂浆对切口进行封抹，最后采用树脂漆和玻璃纤维进行两次封堵，直到达到闭水要求。三、结束语顶管技术在城市供水管道工程施工中，特别是埋深较大的供水管道工程和交通繁忙的城市主干道改造工程施工中将会广泛应用，在特定的施工条件下，相对于开槽埋管更具优越性。随着城市市政设施配套的不断发展和完善，地下各种管道建设将会大量增加，顶管设计和施工也会增多。今后城市顶管施工的发展，技术会越来越完善和成熟。参考文献[1]邹卓彦．市政工程顶管施工关键技术应用分析[J]．建筑学研究前沿（英文版），2012.7