|
顶管是一种占地面积较小，对环境影响少的先进的地下管道敷设施工技术。在车水马龙的交通要道，建筑林立的城镇厂矿，管线如网的城市地下，常规的大开挖敷设地下管道的方法已越来越难以实施。此外，深埋管开挖措施费用庞大，导致工程造价居高不下。顶管技术就是在这种情况下应运而生并不断发展。顶管的材料有很多种类，如钢管、墨球铸铁管、玻璃纤维增强塑料夹砂管（FRPM）、陶土管、塑料管（PVC）、石棉水泥管、混凝土管。 1 顶管工程的特点 与一般土建工程相比，顶管有其独有的特点： 1.1设备的专用性较高，工程对设备的依靠程度较大 每一项顶管工程均需根据其管径、壁厚和地质水文情况等设计制造该工程的专用设备。即使是同一直径的顶管，也会因地质条件不同而选用不同工艺流程、不同切土形式和不同止水结构的顶管机。故顶管设备的专用性较高。没有合适的专用设备，顶管工程难以实施。故工程对设备的依靠程度较大。 1.2 具有一定的风险性 顶管是地下工程，而工程地质具有不均匀性，一旦遇到地质与设计不符、顶管机头故障或渗漏进水等意外情况，处理起来与地面相比，无论是复杂程度、还是时间和资源的投入，都会更大。有的甚至不可收拾而导致整个工程失败。故顶管工程风险比一般土建工程更大，要求技术人员除能准确选择顶管施工工艺和专用设备外，还要善于总结、技术超前、能事前分析到可能出现的各种问题，从而避免意外和风险出现。 2 顶管工艺选择 根据抵抗和平衡顶管机开挖面土体压力的介质不同，顶管工艺可分为气压平衡工艺、泥水平衡工艺和土压平衡工艺。 顶管工艺及顶管机的选择是否合理，对保证工程质量、控制地面沉降、降低工程成本及组织文明施工等都有着重要影响。顶管工艺主要根据地质条件、地下水情况、对地面及周边环境的影响要求以及施工现场情况选择。 3 顶管关键技术 3.1顶管测量技术 3.1.1测量控制网及井下测量平台的建立 根据业主提供的测量控制点布置整个工程的控制网，在井周围布设一个高精度的控制网，用以测放、检查和修正工作井井区和井下的测量点，如轴线点、井下的测量起始点和后视点等。 测量平台置于井下顶管轴线上，靠近后靠背处，通过控制网将顶管测量起始点测放其上，并在井中布设2~3个稳固的后视点，以便互相校核。起始点对顶管测量精度至关重要，故井下测量平台要单独设置，不与管道、设备、后靠背接触，不受顶管操作影响，以保持其稳定性。 3.1.2 顶管轴线与标高控制 直线顶管方向与高程控制可直接用置于井下测量平台起始点上的激光经纬仪对顶管机上方的光靶即可。激光经纬仪发射的激光束偏离光靶中心的距离，即顶管的偏差值，但方向相反。为消除顶管机旋转而造成的偏差值的显示误差，光靶设计为可调式，使其始终在顶管机的垂直中心线上，随着顶管进尺的增加，激光发射距离的增长，激光会发生散射，即打在光靶上的激光点会扩大，影响目视精度。此时顶管轴线采用支导线法控制，标高采用支水准线路控制。 3.1.3顶管测量注意事项： （1）由于顶管的部分操作在工作井内进行，顶管过程中起始点和后视点发生位移是完全可能的，故每周均需对其进行检查校核，发现偏移过大需查明原因并及时修正。 （2）地面测量控制网上的部分点在顶管轴线上或工作井附近，可能因地面沉降等原因而移动，故也需不定期进行校核检查。 （3）顶管测量计算全部用自编程序在计算机上计算、分析，速度快，精度高。 3.2顶管出洞技术 顶管出洞，是指顶管机和第一节管子从工作井中破封门进入土中，开始正常顶管前的过程。是顶管施工中的关键工序，也是容易发生事故的工序。 顶管要求顶管机和管道既要能从工作井内穿过出洞口进入土中并沿设计轴线顶进，又要求井外泥水不能流入井内，故要求工作井出洞口安装可靠的密封装置，一般是在洞口预埋钢环或螺栓，用钢环夹压橡胶止水圈制成。橡胶圈内径略小于管节外径，紧紧地包裹住管子外壁，阻止泥水流入井内。管径较大、埋深较深的出洞口外侧土（水）压力较大，密封止水圈应安装2~3道，以确保安全。必要 时出洞还需辅以井点降水、土体加固等措施，以保万无一失。 由于工作井施工与出洞口封门拆除不可避免会使洞口外土体挠动，使顶头出洞时正面阻力及周围摩阻力都较小。而使顶头出洞的主顶站千斤顶顶力是巨大的，因此控制操作哪怕是出现少量的供油不均，使各千斤顶行程不等，也足以使顶头和第一节管子偏离设计轴线。此时，绕动过的土体难以对顶头产生较大反力，也难以对顶头起到导向约束作用，故此时产生的偏差很难纠正，甚至纠不过来。因此，出洞顶进时，一定要不断地测量，保证顶头和第一节管子位置正确。出洞和初顶时，顶头和后续几节管子最好用螺杆连成整体，这在约束导向能力很差的软土中尤为重要。顶头与第一节管顶出后，后续几节管子顶进仍需仔细操作，加强测量与控制。 3.3长距离顶管技术措施 由于顶管主千斤顶顶力总有一定限度，作为千斤顶后背，承受顶管反力的工作井井壁的承受能力也有一定限度，故若不采取相应措施，顶管长度就会受到很大限制，难以实现长距离顶管。 3.3.1顶管中继站的应用 中继站由若干个小千斤顶、钢环等组成，安装于两管节间。其作用是将长距离顶管分解成若干个短距离顶管，采用分段接力顶进的方式实现长距离顶管，每个中继站只负责该站至前站间的管节顶进。 中继站沿顶管轴线，每隔一定距离布设一个，布设间距根据中继站顶力、土质、膨润土润滑效果，顶头正面阻力等经计算确定，并要留有足够的富余系数。中继间在管道顶进中要反复伸缩，其结构必须可靠、橡胶圈必须有抗磨损措施，因中继间出问题可能会导致顶管全线失败。 3.3.2 膨润土泥浆减阻措施的应用 优质膨润土泥浆具有良好的触变性和润滑性，将其压到管外壁，包裹住管子，形成一层触变性好，摩擦系数小的泥浆套，可大大减少管外壁与土壤间的摩阻力，使顶力一定的中继站或主顶站可顶进更长的管道。 膨润土泥浆按规定配合比拌制储存，用压浆泵通过泥浆总管、支管、球阀及管节上的预留注浆孔压到管外。 注浆孔沿管线分布不同，机头尾部的注浆及时填充管壁与土间的空隙（顶头机外径比管外径大1~2cm），而后的20~30节管每节有一圈注浆孔，及时补充顶进过程中损失的浆。再往后逐步过渡到每4节管设一圈注浆孔。这样顶管全线各处均可适时注浆，使全线管壁所裹的泥浆套均匀，减阻效果好。 如在上海饱和粉细砂土层中顶管，若不用膨润土泥浆，理论摩阻力值为20~30kN/m2，使用优质膨润土泥浆并仔细压浆后，实测摩阻力降至3.5~5.0kN/m2。管节顶进836m后从接收井取出，管壁上的油漆编号还清晰可见，证明了膨润土泥浆润滑减阻的明显效果。 3.4曲线顶管技术 曲线顶管主要是利用顶管机内安装的四组八个用于曲线转弯的千斤顶不同步顶进来实现的。千斤顶对称布置在与垂线成45°夹角的直径上。 管道转弯，只需调整左右千斤顶的行程差即可实现。如需顶管轴线向左转弯，则将右侧两组千斤顶多顶一些，左侧两组少顶一些，顶头就会向左侧偏转。左右两侧千斤顶行程差的大小视曲线转弯半径大小而定，并根据轴线测量结果调整。用上述方法可让顶头向上、下、左、右任意转弯，实现曲线顶管。 顶管曲线的形成，一靠曲线千斤顶的行程差，二靠土对顶头及管节的反作用。一般在较硬的土中，只要顶头沿设计曲线顶进，后续管道就会沿顶头轨迹曲线前进。但若土质太软，土对顶头的后续管形不成足够的反力，使后续管间的缝隙形不成左右两侧的管缝差，曲线顶管就难以成功。次时，需在后续的若干节管子端部与顶头转弯千斤顶对应位置埋入转弯千斤顶盒，在需要张开管缝时放入小千斤顶强行顶开曲线外侧的管缝，使管间接缝形成与顶头一致的管缝差，并在张开的缝中嵌入胶合板填充。顶头与这些形成管缝差的后续管形成“组合弯道”再往后的管节就会沿“组合弯道”的轨迹顶进，形成整个管道的曲线顶进。 3.5顶进过程中的压力平衡 无论采用何种工艺施工，顶管操作时都必须强调机头与开挖面土体的压力保持动态平衡状态。这对顶管质量和对地面的影响至关重要。机头对开挖面的压力（即气压力、泥浆压力或土压力）不足，开挖面会滑移或坍塌，造成地面沉降；机头对开挖面的压力过大，产生的挤压可能使地面隆起。 螺旋输送机（或排泥管）取土时，机头内压力会减小；机头向前推进时，地层的土挤入机头，机头内压力会增加。只有保持机头顶进与排土同步进行，而且机头切入的土量与取土设备排出的土量应大致相等，才能保持机―土界面的压力平衡。顶管只有在界面压力保持在这种动态平衡状态，才能保证对地面影响最小，顶管质量最好，工作效率最高。 4、顶管施工中可能出现的问题及处理方法 4.1 顶管机旋转 顶管机在顶进过程发生旋转几乎在每条顶管中都会出现，将影响管内设备的使用，甚至使液体外溢等。控制旋转的方法主要有两种： （1）顶管时控制刀盘的旋转方向，将刀盘向机体旋转的反向转动，使顶管机受反向扭矩，从而纠正机体，顶进过程中，不断正、反转刀盘，顶管机的旋转就可得到有效控制。 （2）采取配重法，顶管机内的设备布置注意了重量对称分布，以防顶管机旋转，但顶进中的机体旋转仍常有发生，处理方法是在顶头内摆放配重，若顶管机左旋，即在机内右侧摆放配重，若右旋，配重就摆左边，效果良好，因顶管机内设备已考虑了重量对称分布，故所用配重的数量较小，配重一般用废铁板、钢筋等。 此外，中继站千斤顶稍微倾斜放置也是纠正管道旋转的一种措施，此法仅作为备用保证措施。 4.2 管节接头漏浆 管节接头渗漏多出现在膨润土压浆孔处（因膨润土泥浆压浆压力过大挤入管内），施工中应予避免。万一出现，可用专用止水钢环止水。 专用止水环用三片120°园弧钢环组成，外贴止水橡胶片，之间用螺杆连接。拧紧螺母，园环直径会增大，使止水钢环外橡胶片紧贴管缝，制止泥浆渗入，顶管结束时再作永久性止水处理。 4.3地面沉降或隆起 地面沉降或隆起值的大小，体现了顶管水平的高低。控制沉降与隆起的主要技术措施有： （1）精心操作，控制出土与顶进的量与速度，避免超量出土或顶管机的过量挤进，使出土与顶进始终处在动态平衡状态。 （2）加强膨润土泥浆压浆。泥浆在顶管中起润滑与支护双重作用。在管外壁与土间始终充满膨润土泥浆，支护着管周土体不挤向管外壁，是减小沉降的措施之一。 施工中采取有效措施保证进、出洞阶段的安全将直接关系到整个工程的成败；注浆减阻技术是顶管施工中的一个重要环节，良好完整的泥浆套将大大减小顶进阻力，减少中继间的使用数量，节约投资，简化工序，大幅提高顶进速度；要控制 具管推进速度与出土量，保持连续施工；要控制好顶进时的注浆量，顶进结束后，立即进行水泥浆置换，以填充管外触变泥浆固结后体积缩小所产生的空隙，保证地面安全；要严格控制纠偏量，以减少纠偏对土体的扰动而产生的沉降。 5 结束语 顶管是随着城市建设发展应运而生的一项非开挖铺设地下管线的施工新技术，随着城市市政建设的发展，顶管的施工方法将在许多地下管线工程中得到运用，该技术定会有广阔的发展前途。 |
|
|
