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在目前的城市市政管网工程中,仍有相当一部分是采用路面反复开挖的形式进行施工,这既严重扰乱了市区的交通秩序和市民的生活环境,又缩短了道路的使用寿命。非开挖技术的应用使得地下管线的铺设和更新能在路面少开挖甚至不开挖的情况下完成，并提供安全经济的施工方法,避免了对地面交通的影响,同时对路面破坏小且环保,解决了城市施工中的难题。 顶管技术是非开挖技术的重要组成部分,适用范围较广,随着顶管工程的不断增多,其技术和工艺也不断得到改进和完善。由于各地的工作环境及条件不同,施工方法也有多种,如普通顶管、机械化顶管、挤压顶管等方法,本文就普通顶管在工程施工中存在的问题进行探讨。 1 施工工艺及设备选择1.1 施工工艺顶管施工的常用工艺包括手掘式、土压平衡式、泥水平衡式、气压平衡式等四种,其中手掘式属于非压力平衡式,施工时机头内不含机械掘进机,只有一个工具管,通过人工将土体挖除,其掘进断面是开放式的。顶管施工的出土方式对应于泥水平衡式、土压平衡式和手掘式这三种顶管工艺,分别有泥水循环式、螺旋式和人工式等[1]。 1.2 顶进设备顶管工程使用的顶进设备主要包括千斤顶、高压油泵、顶铁、工具管及运出土设备。 1)千斤顶：液压千斤顶可两台并列布置在工作井内,顶力全力作用点与管壁反作用力作用点应在同一轴线,防止产生顶时力偶，造成顶进偏差。 2)高压油泵：由电动机带动油泵工作,经分配器、控制阀进入千斤顶,各千斤顶的进油并联在一起,以保证各千斤顶活塞的出力和行程一致。 3)顶铁：顶铁是顶管过程中传递顶力的工具,它可延长千斤顶的行程,并且扩大管节端部的承压面积,要求顶铁能承受压力而不变形且便于移动。 4)辅助设备：工作井顶面设活动式工作台,平台可用工字钢梁,上铺钢筋网片,工作井处安装滑动平台作为下管及出土之用。工作井上搭设轻质盖棚,以遮挡雨水和阳光,便于人员在不同气候条件下正常操作。 1.3 顶进施工校测工具头的水平和垂直高度,符合要求后即可顶进工具头,安装第1节混凝土管,再次测量标高并核对无误后,开动油泵进行试顶,待调整好各项参数后即可正常顶进施工。顶进施工主要利用工具头在管前端取土,千斤顶在背后不动的情况下将污水管向前推进,其操作过程如下： 1)准备阶段：下管前应先对管子进行外观检查,在施工人员进管前必须先用气体检测仪器进行有毒气体检测,无异常方可进入管内施工。 2)安装操作：将第1节管子放至导轨上,测量管子中心及前端的管底高程并确认安装合格,安装好顶铁并挤牢管子,在其前端进入一定长度后,启动油泵,千斤顶进油,活塞伸出1个工作行程,将管子推进一定距离。第1节管作为工具管,顶进方向与高程的准确是保证整段顶管质量的关键。 3)停泵,打开控制阀使千斤顶回油,活塞回缩。 4)添加顶铁,重复上述操作,直至需要安装下一节管子为止。 5)卸下顶铁,下管并用钢套环连接混凝土上管,在混凝土上管接口处放一止水胶圈,以保证接口缝隙和受力均匀。 1.4 施工注意事项1)顶进施工前应对所有机械设备检查,机械工需要进行交接班手续,将记录的设备运转情况表交给下一个班组的机械工,并进行口头的设备运转状况交班,刚上班的机械工需要对控制台、各个泥浆泵、管道、测量系统、工具头等进行例行检查。交班和例行检查完毕后,接通电源,将工具头的刀盘转动,当设备的参数稳定后,开进出渣浆泵,开始泥浆循环。 2)调整进出渣浆泵流量达到平衡。操作全部采用在管道外(工作井上)控制台控制,只需1个机手操作,可实现对工具头刀具的转动、纠偏控制、压力显示、实时监控(工具头安装了摄像头、控制台上安装了电视机)。顶进千斤顶,观察工作仓的土压力表,调节渣浆泵的流量达到工作仓的泥水平衡。其平衡的原理是,当进泥和吸泥泵稳定工作时,调节进泥和吸泥的泵量,使工作仓内保持一定压力,仓内泥水压力应与地下水压力相平衡,泥水压力过大,地面隆起；泥水压力过小,地面沉陷,所以控制顶进与出泥的速度相当关键。 3)泥水处理系统处理好砂土、装车、外运,采用泥水平衡式工具头出土,需要在工具头中注入含有一定泥量的泥浆,通过大刀盘切削工具头前方的原状土,与注入的泥水搅拌,泥水通过吸泥泵排到地表泥水处理系统处理,泥浆可以反复循环使用,处理好的泥沙用泥浆车外运。 4)测量工具头的偏位、作好记录，在工作井后座位置设置测量基座,测量基座由地面引入地下,避免工作井的变形引起的误差,将全站仪放置在其上调平后,使全站仪发射的激光沿着顶进方向水平射出,打在工具头的测量靶位上,通过望远镜读出工具头的偏差。每隔0.5 m记录一次。 5)每个行程顶完后,整体式顶进构架调节顶块。当顶完1个行程后,停止顶进,调节整体式顶进构架顶块,可继续顶进下一个行程。 6)触变泥浆系统的顶进过程中,需要经常进行压触变泥浆工作,以减少顶进的阻力,触变泥浆系统由拌浆、注浆和管道三部分组成。拌浆是把注浆材料兑水以后再搅拌成所需的浆液(造浆后应静置24 h后方可使用)。注浆是通过注浆泵进行的,根据压力表和流量表,它可以控制注浆的压力(压力控制在水深的1.1～1.2倍)和注浆量(计量桶控制)。管道分总管和支管,总管安装在管道内一侧,支管则把总管内压送过来的浆液输送到每个注浆孔上去。注浆孔布置为：工具头后3节管各设一道，之后每间距5 m设一道补浆孔(间隔2节混凝土管)。 注浆流程：造浆静置→注浆→顶管推进(注浆) →顶管停顶→停止注浆。 7)顶完一节管后,拆开所有管线(电力电缆、信号线、油管、进出泥浆管、触变泥浆管),进行钢管吊装焊接后,安装好所有管线,继续顶进。 2 测量与校正1)顶管测量一般采用经纬仪和激光水准仪进行,第1节管施工时每顶进300 mm测1次,以保证管道入土的位置准确,正常顶进时每项顶进800 mm测1次。全段顶完后,应在每个管节接口处测量其中心位置和高程,有错口时应测出错口的高差。 2)顶管误差校正的常用方法有以下3种：①超挖纠偏法：适用于偏差仅10～20 mm的情况,在管子偏向的反侧适当超挖,而在偏向侧不超挖甚至留坎而形成阻力,使管在顶进中向阻力小的超挖侧偏向,逐渐回复到设计位置；②顶木纠偏：适用于偏差>20 mm且超挖纠偏失效的情况,用圆木或方木的一端顶在管子偏向的另一侧内管壁上,另一端斜撑在钢板或木板的管前土壤上,支顶牢固后即可顶进,在顶进中配合超挖纠偏法,边顶边支,利用顶进时斜支撑分力产生的阻力,使顶管向阻力小的一侧校正；③千斤顶纠偏法：与顶木纠偏法基本相同,只是在顶木上用小千斤顶强行将管缓慢移位校正。 3)本工程顶进中的管道纠偏采用上述方法中①、③,当施工中发现管道下沉或管位偏离轴线约10 mm时即进行校正。当轴线出现偏差时,将管道两边挖空20 mm且一边垫以木板,用手动千斤顶逐渐将管子纠正。当发现管道下沉时则在出土后将前端管顶上方的土多挖,而管底少挖,边顶进边用千斤顶在管内端将管顶起,使其回复到水平方向。如下沉量太大,则将第1节管前端的管底泥挖空500 mm,挖深400 mm,然后浇筑混凝土并待其达到一定强度后再顶进。 4)顶管误差校正应缓慢进行,一旦形成误差不可快速地将已顶好的管子校正到位,更不得用力过度,以防产生相反的结果。 3 注意事项3.1 工程地质和水文地质条件沿线的土层可能变化频繁,所以在顶管施工前必须了解土层的变化情况,此外当经过回填土地段时需提前处理,以防顶管施工后地面出现过大的下沉。 3.2 有毒气体的检测与防护顶管施工顶进时一般会穿过淤泥层,由于腐烂的动物、植物会在地下形成有毒气体的聚集,危害施工人员的健康,因此在操作时,需要定时监测管内有毒气体的含量,并使用通风装置予以解决。 3.3 顶进计算首先要准确计算顶进推力,并根据计算结果选定相应的千斤顶,顶力最主要是要克服顶管顶壁与土的摩擦力而把管道顶入土中,一般顶进距离较短,管壁外周不采取注入触变泥浆措施,而手掘式工具管的正面基本上是敞开的,其侧切入阻力一般可以忽略不计,只需考虑管道壁外周的土压力引起的摩擦阻力；其次是工作井设计,应根据计算得到的最大顶力提出工作井的加固方案,并验算沉井后依靠土体来承受顶管顶力是否会产生滑动现象。 3.4 淤泥流砂的处理在地质资料反映的淤泥及流砂地段,采用铁格栅工具,利用千斤顶向前顶进,对顶进过程中流入管内的流砂和淤泥以人工装车外运,该段顶完后在接收井拆除铁格栅再换上手掘式工具继续施工。 3.5 管道渗漏处理对管道中的渗漏点,用双快水泥封闭管周,待水泥具有一定强度后用手动泵压入水泥水玻璃浆液封堵。 4 结 语采用顶管法施工技术可不开挖地面,被铺设管道的上部土层未被扰动,管道的管节端不易产生段变形,管道寿命大于开挖法埋管,同时具有较大的社会经济效益,是保护环境的一种安全有效的施工方法。 顶管过程是一个复杂的力学过程,它涉及材料力学、岩土力学、流体力学、弹塑性力学等诸多学科。但顶管施工必须严格控制好顶管推力,而对顶管计算复核能够准确估计顶管的推力。顶管的推力就是顶管过程管道受的阻力,包括工具头正面泥水压力、管壁摩擦阻力。泥水平衡压力：在封闭的工作仓内加泥水压力平衡地下水压力,是防止泥砂涌入的重要方法。泥水压力一定要合理。压力较小,大量的泥砂涌入,会造成路面破坏,地表设施受损；压力过大,会增大主千斤顶负荷,严重的可能产生冒顶现象。应通过严密的顶管计算,完善施工方案,采用先进的顶管设备,成功高效地完成顶管施工的工作,同时注意在顶进施工中严格按技术规程操作,确保施工质量。 参 考 文 献 [1] 项晓东.中空间节约型污水处理工程施工探析[J].广东土木与建筑,2015(2):1112.
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