頂管技術(shù)在工程中的應用論文
頂管技術(shù)在工程中的應用
摘 要：隨著(zhù)我國現代化城市建設的不斷發(fā)展，水利工程基礎建設步伐的逐步加快，地下空間開(kāi)發(fā)工程逐步增多，各種地理環(huán)境的特殊性也增加了地下工程建設的難度。本文結合工程實(shí)例對水利工程中的頂管施工技術(shù)進(jìn)行了闡述。
關(guān)鍵詞：水利工程；頂管技術(shù)；設計；施工
頂管技術(shù)又稱(chēng)非開(kāi)挖管道敷設技術(shù)，它具有不需要開(kāi)挖面層，就能穿越地面構筑物和地下管線(xiàn)吸公路、鐵路、河道的特點(diǎn)，相比開(kāi)挖敷設技術(shù)，投資和工期將大大節省。同時(shí)，頂管施工技術(shù)可以降低噪音，減少粉塵，減輕對城區的交通條件和環(huán)境狀況的干擾和破壞，屬于真正的無(wú)污染、高效率的施工技術(shù)，故頂管施工必將在城市建設中得到廣泛的應用和發(fā)展。為了更好地保護城市環(huán)境，方便居民，生活，減少施工造成的交通影響，目前各個(gè)城市都在積極推行頂管施工技術(shù)。
1 工程實(shí)例
2 主要工程技術(shù)
頂管施工是一種不開(kāi)挖溝槽而敷設管道的工藝，它運用液壓傳動(dòng)產(chǎn)生強大的推力使管道克服土壤摩阻力頂進(jìn)的施工技術(shù)，主要難點(diǎn)是臨近渠道水體，渠道水下滲引起的開(kāi)挖面涌水或塌方破壞問(wèn)題。
2.1 施工工序
現場(chǎng)調查→工程降水→測量放線(xiàn)→工作井定位與開(kāi)挖→工作井基礎、導軌及附屬設施施工→后背設計與施工→頂進(jìn)設備與設施準備→渠道必要的加固或停水→下管→挖土→頂進(jìn)→測量校對→接口→附屬工程施工→壓漿。
2.2 前期準備
頂管施工屬于地下工程，影響施工的因素很多，施工前應探明地質(zhì)，組織施工人員認真學(xué)習施工技術(shù)文件，了解施工范圍、管道沿線(xiàn)的地形、地質(zhì)水文地質(zhì)條件，完成作業(yè)范圍內地下管線(xiàn)等調查并保護，編寫(xiě)好頂管施工技術(shù)組織設計，制定好可靠的進(jìn)洞措施。
頂進(jìn)施工前應根據設計資料，結合地形、地質(zhì)情況，對涵管位置、方向、長(cháng)度、出入口高程等進(jìn)行校對，施工期應避開(kāi)渠道供水高峰期和雨期。
工作井要保證施工期間連續排水要求，頂進(jìn)作業(yè)應采取降水措施，地下水位應降至基底以下0.5～1.0m，經(jīng)常保持頂管掘進(jìn)機底部無(wú)積水現象，如遇積水，應及時(shí)排除，以防止土體基底軟化，雨期施工還應做好地面排水。
對涵管同時(shí)布置監測點(diǎn)，必要時(shí)監測頂進(jìn)施工期間的渠底沉降量。
管道接口形式選擇鋼承口管（F型）接口形式，鋼套環(huán)與混凝土管處采用水膨脹橡膠止水圈止水，以防止結合面產(chǎn)生滲漏。施工前應檢查管道接口處護口鐵和承插口，鋼套環(huán)接口無(wú)疵點(diǎn)，焊接接縫平整，并經(jīng)防腐處理，承插口處不得有缺棱掉角，對外觀(guān)質(zhì)量及回彈強度不合格的管材應予立即退場(chǎng)。
2.3 總推力復核
總推力的`大小確定，是以工作井能承受的最大推力、管材所能承受的最大推力和全程頂進(jìn)所必須具有的推力這三者中的最小值為依據的，頂進(jìn)施工前應進(jìn)行復核。
根據地質(zhì)勘探的結果確定管線(xiàn)穿越的土層的最大頂力計算公式為：
P=frD[2H+（2H+D）tan2（45°-φ/2）+ε/（rD）]L
式中：P為計算總頂力，kN；r為管道所處土層的重力密度，kN/m3；D為管道的外徑，m；H為管道頂部以上覆蓋土層的厚度，m；φ為管道所處土層的內摩擦角，°；ε為管道單位長(cháng)度的自重，kN/m；L為管道的計算頂進(jìn)長(cháng)度，m；f為管壁與土間的摩擦系數。
考慮到頂管頂進(jìn)采用人工在管前端開(kāi)挖，因此，計算最大頂力時(shí)只考慮管道自重及土的側面土壓力和管道與土的摩擦力即可。
核算后背1m寬度上土壤的總被動(dòng)土壓力，使土壁單寬上受力不大于土壤的總被動(dòng)土壓力，1m寬度土壤的總被動(dòng)土壓力計算公式為：
P=0.5rh2tan2（45°+φ/2）+2Chtan（45°+φ/2）
式中：r為土壤的重度，kN/m3；h為天然土壁后背的高度，m；φ為土壤的內摩擦角，°；C為土壤的黏聚力，kN/m2。
管材所能承受的最大頂進(jìn)力（許用頂力）計算公式為：
式中：
[Fr]為許用頂力，kN；
σc為管體抗壓強度，kN/m2；
A為加壓面積，m2；
S為安全系數，取S=2.5～3.0。
3 技術(shù)要點(diǎn)
管涵頂進(jìn)采用前高后低，坡度控制在3%左右，地下水位以下頂進(jìn)時(shí)，工作坑要設在涵管下游，逆管道坡度方向頂進(jìn)，有利于施工期間管道排水需要。
�。�1）頂管采用在管前先挖土，后頂進(jìn)的手工掘進(jìn)頂管法作業(yè)，開(kāi)挖從上往下開(kāi)挖，開(kāi)挖面的坡度控制在1：0.75，軸線(xiàn)超挖量≤0.3m，渠底下適當減短，管節上部超挖量≤15mm，管節下部135°范圍內不應超挖，嚴禁擾動(dòng)基底土壤，在頂進(jìn)過(guò)程中應采取隨挖隨頂的原則和“勤測量、多微調、緊封閉”的操作方法。
�。�2）為控制頂進(jìn)方向，應在涵管外50～100m處設置導向墩，控制點(diǎn)應設在不易擾動(dòng)、視線(xiàn)清楚、方便校核、易于保護處。管節頂進(jìn)中，每一頂程都要對中線(xiàn)和高程進(jìn)行觀(guān)測，發(fā)現偏差及時(shí)糾正，左右偏差可采用挖土校正法和千斤頂校正法調整，上下偏差可采用調整刃腳挖土量或鋪筑石料等方法調整。
�。�3）液壓設備啟動(dòng)時(shí)應空轉一段時(shí)間，檢查系統無(wú)異常后頂，頂進(jìn)開(kāi)始時(shí)，應緩慢進(jìn)行，待各接觸部位密合后，再按正常頂進(jìn)速度頂進(jìn)，液壓千斤頂頂緊后（頂力約為0.1倍結構自重），應檢查頂進(jìn)設備、后背設施和工作坑周?chē)馏w穩定情況，無(wú)異常后分級加壓（5～10MPa為一級）試頂，并嚴密監測，當頂力達到0.8倍結構自重時(shí)涵管未啟動(dòng)，應停止頂進(jìn)，待找出原因采取措施后才可以重新加壓頂進(jìn)，頂進(jìn)中若發(fā)現油壓突然增高，應立即停止頂進(jìn)，檢查原因并經(jīng)處理后方可繼續頂進(jìn)，頂進(jìn)作業(yè)面上還應設專(zhuān)人監護。 （4）頂進(jìn)作業(yè)應晝夜三班不間斷連續進(jìn)行，不得長(cháng)期停頓，防止造成阻力增大，增加頂進(jìn)難度，或因中途停置地下水滲出，造成坍塌破壞。涵管頂進(jìn)作業(yè)停頓時(shí)應使刃角有足夠的吃土量，當停頓時(shí)間較長(cháng)，為防止開(kāi)挖面的松動(dòng)或坍塌，應對挖掘面及時(shí)采取正面支撐或全部封閉措施。
�。�5）在管道頂進(jìn)施工中，應不間斷的測量并詳細記錄以下工藝參數：①頂進(jìn)力；②管道在垂直高程和側向位置的偏離情況；③管道頂進(jìn)長(cháng)度等。記錄數據中必須包括如下信息：施工時(shí)間、施工現場(chǎng)的詳細位置、地層和地下水條件等，異常應停止頂進(jìn)，分析原因并處理后方可繼續頂進(jìn)。頂進(jìn)中的施工記錄是提高頂進(jìn)質(zhì)量的保證，每班組按規范要求真實(shí)、清晰、完整地填寫(xiě)好頂管記錄表格和施工中的情況，交接班時(shí)，必須認真交接清楚記錄，交清管道軌跡和糾偏趨向，并說(shuō)明在頂進(jìn)操作中所出現的問(wèn)題及處理情況。
為了順利完成頂管接收工作，進(jìn)洞口土體應采用門(mén)式加固法進(jìn)行加固封門(mén)，即對所頂管道破堤處兩側和頂部一定寬度和長(cháng)度范圍內的土體進(jìn)行加固，以提高這部分土的強度，從而使涵管在進(jìn)洞中不發(fā)生坍洞或涵管管頂不帶出土方現象。洞口加固采用低標號混凝土砌堵磚封門(mén)，也可用低標號的混凝土取代磚頭，涵管到達時(shí)把封門(mén)拆除。
4 結束語(yǔ)
頂管是非開(kāi)挖埋設地下管道的工程技術(shù)之一， 對于開(kāi)槽埋管從社會(huì )效益與經(jīng)濟效益上來(lái)講更具有優(yōu)越性。不需要修建圍堰或斷水進(jìn)行施工，不破壞環(huán)境，施工受氣候和環(huán)境的影響較小，不影響管道的段差變形，降低工程造價(jià)顯著(zhù)等優(yōu)點(diǎn)，加強對工程實(shí)施過(guò)程中的監督管理，抓住關(guān)鍵問(wèn)題和重要工序，嚴格遵守設計，旨在不斷地加強施工技術(shù)水平及保證工程的質(zhì)量。
參考文獻
[2] 馬奮濤等. 市政給排水工程中的頂管施工技術(shù)[J].科技創(chuàng )新報，2009，（19）
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