頂管技術(shù)在市政工程中的應(yīng)用研究

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摘要：頂管技術(shù)由于其在市政工程施工中的眾多優(yōu)點(diǎn)而逐漸被廣泛應(yīng)用，本論文在簡(jiǎn)單介紹了項(xiàng)管技術(shù)的施工特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)分析了頂管技術(shù)在市政工程建設(shè)中的應(yīng)用，并討論了頂管施工的工藝問題，對(duì)于進(jìn)一步提高頂管施工的質(zhì)量水平具有一定借鑒意義。
  Abstract: Due to many advantages in the municipal construction, the pipe technology is widely used. This paper introduces the construction characteristics of pipe technology, based on this, it mainly analyzes the application of pipe technology in the construction of municipal engineering, and discusses its problems, which has a certain reference for further improving the quality of pipe construction.
  關(guān)鍵詞：頂管技術(shù)；市政工程；應(yīng)用；施工工序
  Key words: pipe technology；municipal engineering；application；construction process

  0  引言
  地下管網(wǎng)是城市基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，日夜肩負(fù)著傳送信息和能量的重要任務(wù)。為城市處理污水的系統(tǒng)、自來水、煤氣、電力和通訊設(shè)施等等都屬于地下管網(wǎng)之內(nèi)，要對(duì)上述市政設(shè)施進(jìn)行改建、新建、擴(kuò)建，需要工程技術(shù)人員進(jìn)行安全的管道安裝。傳統(tǒng)的挖槽埋管地下管線施工技術(shù)由于對(duì)地面交通影響較大，使本來就擁擠繁忙的城市交通如同雪上加霜，同時(shí)給市民工作、生活帶來許多不便，特別在人口稠密的城市和交通擁擠的地區(qū)以及不允許開挖的地段，這個(gè)矛盾就更加突出。市政工程如何使這些安裝工程對(duì)城市的影響減至最小，如何盡可能減少對(duì)人們?nèi)粘Ｉ畹挠绊?。已?jīng)成了一個(gè)迫切解決的問題。
非開挖技術(shù)將完全能解決這些難題，提供安全及經(jīng)濟(jì)的施工方法。非開挖技術(shù)是指利用少開挖和不開挖技術(shù)來進(jìn)行地下管線的鋪設(shè)或更換的工藝。頂管技術(shù)就是在這種情況下發(fā)展起來的一種非開挖技術(shù)，其在國外已廣泛使用，在國內(nèi)也已逐漸普及。隨著頂管技術(shù)在市政工程的廣泛運(yùn)用，本論文主要討論在頂管作業(yè)施工過程中出現(xiàn)了一些具體的技術(shù)問題，值得施工技術(shù)人員重視，并以此和同行共享。
1  頂管施工的特點(diǎn)
頂管法又稱為非開挖管道敷設(shè)技術(shù)，它具有不需要開挖面層，就能穿越地面構(gòu)筑物和地下管線吸公路、鐵路、河道的特點(diǎn)，相比開挖敷設(shè)技術(shù)，投資和工期將大大節(jié)省。同時(shí)，頂管施工技術(shù)可以降低噪音，減少粉塵，減輕對(duì)城區(qū)的交通條件和環(huán)境狀況的干擾和破壞，屬于真正的無污染、高效率的施工技術(shù)。頂管施工法由于其上述多方面的優(yōu)點(diǎn)，在市政工程中尤其是在市政管線工程中得到了廣泛地應(yīng)用。概括起來，頂管施工技術(shù)具有幾大方面的優(yōu)點(diǎn)：施工面由線縮成點(diǎn)，占地面積?。坏孛婊顒?dòng)不受施工影響，對(duì)交通干擾??；噪音和震動(dòng)低，城市中施工對(duì)居民生活環(huán)境干擾小，不影響現(xiàn)有管線及構(gòu)筑物的使用；可以在很深的地下或水下敷設(shè)管道，可以安全穿越鐵路、公路、河流、建筑物，減少沿線的拆遷工作量，降低工程造價(jià)。
2  頂管技術(shù)施工應(yīng)用分析
2.1 頂進(jìn)管的選擇  頂進(jìn)管一般選用鋼筋砼管，如沒有腐蝕要求可選用鋼管。鋼筋砼管的規(guī)格設(shè)計(jì)、配筋和應(yīng)力驗(yàn)算應(yīng)遵守有關(guān)鋼筋砼的標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)規(guī)程，特別是有關(guān)鋼筋砼管的標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)規(guī)程。①頂進(jìn)管直徑的選擇：頂進(jìn)管的直徑選擇是首先根據(jù)工程性質(zhì)、工程需要確定內(nèi)徑，根據(jù)頂進(jìn)管所受荷載確定砼管的配筋及壁厚，進(jìn)而確定外徑。因?yàn)轫敼芄こ坦ぷ髅嫔闲枰鋫渫谕凉と?，所以一般管?nèi)徑不小于500mm；②頂進(jìn)管長(zhǎng)度的選擇：頂進(jìn)管的長(zhǎng)度對(duì)頂管過程的可控性和經(jīng)濟(jì)性有很大的影響。在直線推頂?shù)那闆r下使用長(zhǎng)管可以減少裝管的次數(shù)，取得良好的效果，但隨著管長(zhǎng)度的增長(zhǎng)，如果偏離原定的路線，使之恢復(fù)正確路線要比使用短管更加困難。建造頂壓坑時(shí)頂壓坑的長(zhǎng)度也要增大，挖坑、支護(hù)、回填、修復(fù)的費(fèi)用將相應(yīng)地增加。
一般情況下，管長(zhǎng)度須相對(duì)于管徑來衡量，當(dāng)L/D外≤1.10時(shí)，為短管；當(dāng)L/D外=1.15時(shí)，為標(biāo)準(zhǔn)管；當(dāng)IJD外≥2.10時(shí)為長(zhǎng)管。
2.2 頂管施工的前期準(zhǔn)備  ①現(xiàn)場(chǎng)平面布置：平面總體布置包括起重設(shè)備、自動(dòng)控制室、料具間、管片堆場(chǎng)、拌漿棚及拌漿材料堆場(chǎng)、注水系統(tǒng)、棄土坑的布置等。始發(fā)工作井內(nèi)安裝發(fā)射架、頂管機(jī)、前頂鐵、主推千斤頂、反力架等頂進(jìn)設(shè)備，工作井邊側(cè)設(shè)置下井扶梯供施工人員上下；②頂管機(jī)進(jìn)、出洞處以及后靠土體加固：為確保頂管機(jī)出洞的絕對(duì)安全，需對(duì)后靠土體及進(jìn)、出洞區(qū)域土體進(jìn)行高壓旋噴樁加固。為防止頂管機(jī)進(jìn)、出預(yù)留洞導(dǎo)致泥水流失，并確保在頂進(jìn)過程中壓注的觸變泥漿不流失，必須在工作井安裝止水裝置。
2.3 頂管施工的工藝：頂管施  叉稱為頂進(jìn)法施工，是指利用頂進(jìn)設(shè)備將預(yù)制成橢圓形或圓形構(gòu)造物逐漸頂入路基，以構(gòu)成立體交義通道或涵洞的施工方法。頂管施工需先在確定的管段之間設(shè)置工作井和接收井，然后在工作井內(nèi)安裝推力設(shè)備將導(dǎo)軌上的頂管機(jī)頭推入土體，由機(jī)頭導(dǎo)向，將預(yù)制的鋼筋混凝土管向前頂進(jìn)，前端土體通過工作井運(yùn)出，最后完成管道鋪設(shè)。
2.3.1 頂管井的設(shè)計(jì)：頂管井分工作井與接收井兩種，頂管井的建造結(jié)構(gòu)有很多種類，一般使用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。工作井的結(jié)構(gòu)形式通常有單孔井和單排孔井。前者形狀有圓形、正方形、矩形等，后者則大多為矩形，它們的結(jié)構(gòu)受力性能由高至低依次為圓形一正方形一矩形。
2.3.2 頂管施工工序  ①穿墻：打開穿墻悶板將工具管頂出井外，并安裝穿墻止水裝置，主要技術(shù)施工措施如下：1）穿墻管內(nèi)填夯壓密實(shí)的紙筋粘土或低強(qiáng)度水泥粘土拌和土，以起到臨時(shí)性阻水擋土作用；2）為確保穿墻孔外側(cè)一定范圍內(nèi)土體基本穩(wěn)定并有足夠強(qiáng)度，工作井工具管穿墻前，對(duì)穿墻管外側(cè)采取注漿固結(jié)措施；3）穿墻前對(duì)可能出現(xiàn)的問題進(jìn)行分析并制定相應(yīng)處理措施；4）悶板開啟后迅速推進(jìn)工具管，同時(shí)做好穿墻止水，本工程采用止水法蘭加壓板，中間安入20mm厚的天然優(yōu)質(zhì)橡膠止水板環(huán)，要求具有較高的拉伸率和耐磨性，借助管道頂進(jìn)帶動(dòng)安裝好的橡膠板形成逆向止水裝置，應(yīng)防止因穿墻管外側(cè)的土體暴露時(shí)間過長(zhǎng)而產(chǎn)生擾動(dòng)流變。②頂管出洞：頂管出洞是頂管作業(yè)中一個(gè)很值得注意的問題，頂管出洞，即頂管機(jī)和第一節(jié)管子從工作井中破出洞口封門進(jìn)入土中。開始正常頂管前的過程，是頂管技術(shù)中的關(guān)鍵工序，也是容易發(fā)生事故的工序。為防止管線出現(xiàn)偏斜，應(yīng)采取工具管調(diào)零，在工具管下的井壁上加設(shè)支撐，若發(fā)現(xiàn)下跌立即用主頂油缸進(jìn)行糾偏，工具管出洞前預(yù)先設(shè)定一個(gè)初始角彌補(bǔ)下跌等措施。③注漿減阻：在頂管施工中還有一個(gè)重要的技術(shù)措施就是通過壓注觸變泥漿填充管道周圍的空隙，形成一道泥漿保護(hù)套，起到支撐地層，減少地面沉降，減少頂進(jìn)阻力的作用。在施工中，首先對(duì)頂管機(jī)頭尾部壓漿，并要與頂進(jìn)工作同步，然后在中續(xù)間和混凝土管道的適當(dāng)位置進(jìn)行跟蹤補(bǔ)漿，以補(bǔ)充在頂進(jìn)中的泥漿損失。注漿工序一般多應(yīng)用于長(zhǎng)距離頂管施工中。④頂管糾偏：糾偏是指機(jī)頭偏離設(shè)計(jì)軸線后，利用設(shè)置在后部的糾偏千斤頂組，改變機(jī)頭端面的方向，減少偏差，使管道沿設(shè)計(jì)軸線頂迸。頂進(jìn)糾偏是采用調(diào)整4臺(tái)糾偏千斤頂組方法，進(jìn)行糾偏操作，若管道偏左則千斤頂采用左伸右縮，反之亦然。

3  膨潤(rùn)土懸浮液在疏松土層中的應(yīng)用
在無粘性的疏松土層中以及在粘性很小的土壤中，例如在砂礫土中，若不采取其它輔助措施，土層由于本身極不穩(wěn)定，以致在刃腳推進(jìn)之后立刻就會(huì)坍落在管壁上。所以對(duì)這類土壤來說，膨潤(rùn)土懸浮液的支承作用尤其具有重要意義。為了起到這種支承作用，先決條件是要盡可能準(zhǔn)確地掌握膨潤(rùn)土懸浮漓在砂礫上中的特性。膨潤(rùn)上懸浮液將滲人土層的孔隙內(nèi)，充滿孔隙，并繼續(xù)在其中流動(dòng)。流速取決于孔隙的橫斷面與懸浮液的流變特性，同時(shí)也取決于壓漿壓力。因此為了在同樣的壓漿壓力下達(dá)剄相同的滲入深度，在孔隙橫斷面很小的細(xì)粒土層中便需要低流限的懸浮液，面孔隙橫斷面較大的粒粒土層則需要高流限的懸浮液。在克服流動(dòng)阻力的過程中，壓漿壓力隨著滲入深度的增加而成比例地衰減，所以相應(yīng)每一種壓漿壓力，都有一個(gè)完全確定的滲入深度。
盡管就某種場(chǎng)合來說，隨著管子的推進(jìn)同時(shí)在管子整個(gè)圓周上和管路全部長(zhǎng)度上均勻地壓漿證明是相宜的，而在另一些場(chǎng)合下，正確的方法則又可能是分段壓漿。例如現(xiàn)已得知，在管子下半部，膨潤(rùn)土在頂進(jìn)過程中比靜止?fàn)顟B(tài)下更容易流出，而上半部的壓漿則是在管路靜止的情況下更容易進(jìn)行。因此最好是將管子下半都的注漿孔和上半部的注漿孔分別組合起來。這種半側(cè)壓出韻原因在于，靜止?fàn)顟B(tài)的管道以其全部很大的重量沉落于底部。這樣便在管道的頂部形成了小空隙，或者至少是形成了一個(gè)壓力較低的區(qū)域。因而在這種狀態(tài)下，膨?yàn)懲猎诠茼斕幈仍诠艿撞扛菀琢鞒觥７粗?，在頂壓力和浮力同時(shí)作用下，管道有向上拱起的傾向。這時(shí)管道離地升起，于是管底下方便形成了一個(gè)低壓區(qū)，致使膨潤(rùn)土更加容易滲入其中并均勻地散開。
4  頂進(jìn)管在膨潤(rùn)土懸浮浪中受到的浮力
只要頂進(jìn)管在整個(gè)圓周上被膨潤(rùn)土懸浮液所包圍，浮力定律便對(duì)它有效，即使懸浮液層的厚度很小也同樣如此。在鋼筋混凝土管情況下，浮力均為管子自重的1.4倍。這樣，只要通過正確地壓人膨潤(rùn)土懸浮液，從而在土層中圍繞頂進(jìn)管形成一個(gè)支承環(huán)帶，并保持懸浮液壓力等于土壓力，于是管子就會(huì)在膨潤(rùn)土懸浮液中漂浮起來。為此必需的前提在于懸浮液應(yīng)是液體狀態(tài)的，亦即呈現(xiàn)為表觀流限相應(yīng)較低的溶膠狀態(tài)。在懸浮液的膨潤(rùn)土含量低到接近運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的穩(wěn)定極限時(shí)，這個(gè)條件便能得到滿足。浮力可使管外璧摩阻力減小，因?yàn)楣艿撞坑捎谧灾禺a(chǎn)生的法向力減少了。這一效果首先會(huì)對(duì)大直徑管子的長(zhǎng)距離推頂產(chǎn)生有利的影響
5  結(jié)語
頂管設(shè)計(jì)在市政工程中，特別是深覆土大管徑的管道工程和交通繁忙的城市主干道改造工程設(shè)計(jì)中顯得尤為重要。在特定工程條件下，相對(duì)與開槽埋管更具優(yōu)越性。時(shí)代要前進(jìn)，城市要發(fā)展。市政設(shè)施配套完善，地下各種管道建設(shè)將會(huì)大量增加，頂管設(shè)計(jì)和施工也會(huì)增多。管徑加大，長(zhǎng)度加長(zhǎng)，有直有曲，種類繁多，這將是今后大城市頂管施工的發(fā)展趨勢(shì)。因此，我們要重視這個(gè)良機(jī)，進(jìn)一步地完善和提高我們的頂管設(shè)計(jì)和施工技術(shù)，使之綜合施工技術(shù)達(dá)到國際水平。
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