淺談給排水管道的頂管施工技術應用

1、淺談給排水管道的頂管施工技術應用    摘要：本文通過對廣東某開發(fā)區(qū)內(nèi)規(guī)劃路沿線頂管施工段的工程實踐經(jīng)驗，闡述了頂管施工技術在給排水管道工程中的應用，并取得了顯著的成效。關鍵詞：頂管  平衡  泥水  工作井        0 引言        該市政規(guī)劃路給排水施工項目位于廣東某開發(fā)區(qū)內(nèi)，該工程中的W334W337設計為頂管

2、施工段。管材采用帶橡膠圈III級鋼筋混凝土承插管，管徑為1500mm，總長270m。其中工作井、接收井均采用矩形鋼筋混凝土沉井結(jié)構(gòu)。        1 頂管施工技術方案選擇        1.1 經(jīng)調(diào)查分析研究及結(jié)合本公司在設備和施工及相關的技術能力，采用了密封泥水平衡式頂管工藝進行施工。        1.2 泥水式平衡頂管機

3、相比于土壓式平衡頂管機，能有效平衡地下水、對付流沙和淤泥質(zhì)地層。同時泥水式平衡頂管施工比土壓式平衡頂管施工具有以下優(yōu)點：可連續(xù)頂進作業(yè)，施工速度快；人員不用進入管道作業(yè)，安全性高；在淤泥質(zhì)和砂層中頂進，對地質(zhì)環(huán)境影響小，能有效控制施工精度，而且成本低等。        1.3 頂管施工主要設備 該工程選取了GTNS1500泥水平衡頂管機，50T吊機1臺、25T吊機1臺，后座泵站2套、整體式頂進構(gòu)架2套、泥水處理系統(tǒng)2套、激光水準儀1臺、全站儀1臺、水準儀1臺、經(jīng)緯儀1臺，另外還有通用設備電焊機、

4、水泵等。        1.4 頂管施工工藝流程 施工前期準備測量放樣、復核工作井施工攪拌樁施工工作井上下設備安裝準備工具頭吊裝下井、全套設備調(diào)試工具頭穿墻頂進后續(xù)吊放管道管道頂進、測量控制及糾偏管道排泥和廢泥漿外運下一管節(jié)吊放就位下段頂管頂進管道貫通、回收工具頭閉水試驗竣工驗收、清場。        1.5 施工順序 頂管法施工采取先施工頂管工作井及接收井，后頂進管道，然后施工檢查井的施工順序。

5、頂管工作井及接收井施工、管節(jié)制作、頂進施工、檢查井施工盡可能平行交叉進行，以縮短工期。        2 頂管工程力學參數(shù)確定        2.1 頂力計算        本工程采用頂管總頂力計算的經(jīng)驗公式進行計算：        F=F0+F1 

6、       F0=peBC2/4        F1=RSL        F0初始頂力（kN）        F1管壁摩擦力（kN）        綜合系數(shù)，本工程取淤泥質(zhì)土系數(shù)值1  

7、      pe土倉的壓力（kpa），pe=150kpa        BC=管外徑（m），取2.238m        R綜合摩擦阻力（kpa），本工程取淤泥質(zhì)土值2；        S管外周長（m），=3.1415*2.2387.03m；     

8、;   L推進長度（m），本工程考慮L=400m。        初始頂力：F0=1.5*150*2.2382*/4=885kN        管壁摩擦力：F1=2*7.03*400=5624kN        總推力：F=885+5624=6509 kN=651T    

9、60;   說明：以上的管壁摩擦力計算沒有考慮觸變泥漿減摩效果，施工是采用觸變泥漿減摩，可以有效折減管壁摩阻力。        工具頭正面泥水壓力：F1=×D2/4×P其中         F1頂管泥水阻力(t)        D頂管外徑(m)    

10、0;   頂管泥水最大壓力(t/m2)        與土層密實度、土層含水量、地下水位狀況有關。根據(jù)有關工程統(tǒng)計資料和本工程的分析，估算工具頭正面泥水壓力為50t/m2左右，F(xiàn)1=×D2/4×P×2.2382/4×50196T        管壁摩擦阻力： F2=S×L×f其中     

11、    S頂管外周長(m)        L最長一段頂管長度(m)        f綜合摩擦力系數(shù)(T/ m2)        f與管道的埋設深度、土質(zhì)、地下水位等因素有關。根據(jù)有關工程統(tǒng)計資料和本工程的分析，估算綜合摩擦力系數(shù)f=1.3T/m2。F2=S×L×f=×2.238&

12、#215;60×1.0421T        在考慮一次頂進距離為60-70m時，頂管總阻力為以上阻力之和：F=F1+F2617t根據(jù)該管徑鋼管的要求，其不能承受的以上頂力，頂力較大，需要增加中繼環(huán)，頂進的后座采用4個200T的千斤頂，中繼環(huán)采用10個30T千斤頂，共計300T。頂管中繼環(huán)布置按照“工具頭20m中繼環(huán)后座60m”來布置。另外，頂管過程還要采用減阻措施，通常減少管壁摩擦阻力的措施有：管壁與泥土間壓觸變泥漿減阻(優(yōu)質(zhì)膨潤土拌制而成)，注漿需要管節(jié)間的密封良好，否則漿體會在管節(jié)間泄漏起不到應有的

13、作用，減阻效果好時，f綜合摩擦力系數(shù)可以降低到0.3-0.8T/m2左右，將觸變泥漿的減阻作為保險系數(shù)。        2.2 管材受力計算 鋼管內(nèi)徑d=2220mm，厚度t=18mm，每節(jié)管長度6000mm，管的端頭采用焊接接頭。端面受力面積s=× (2.238×2.238-2.22×2.22)/4=0.063m2        可承受的最大頂力為：F=s×5000

14、T/m2/4=78.8T。        3 各主要工序施工方法        3.1 頂進前準備所有機械設備交班檢查 頂進前，機械工需要進行交接班手續(xù)，將記錄的設備運轉(zhuǎn)情況表交給下一個班組的機械工，并進行口頭的設備運轉(zhuǎn)狀況交班，剛上班的機械工需要對控制臺、各個泥漿泵、管道、測量系統(tǒng)、工具頭等進行例行檢查。    3.2 工具頭刀盤轉(zhuǎn)動、開進出渣漿泵

15、0;交班和例行檢查完畢后，接通電源，將工具頭的刀盤轉(zhuǎn)動，當設備的參數(shù)穩(wěn)定后，開進出渣漿泵，開始泥漿循環(huán)。        3.3 調(diào)整進出渣漿泵流量達到平衡 工具頭的操作全部采用在管道外(工作井上)控制臺控制，只需1個機手操作，可實現(xiàn)對工具頭刀具的轉(zhuǎn)動、糾偏控制、壓力顯示、時時監(jiān)控(工具頭安裝了攝像頭、控制臺上安裝了電視機)。頂進千斤頂，觀察工作倉的土壓力表，調(diào)節(jié)渣漿泵的流量達到工作倉的泥水平衡，其平衡的原理是，當進泥和吸泥泵穩(wěn)定工作時，調(diào)節(jié)進泥和吸泥的泵量，使工作倉內(nèi)應保持一定壓力，倉內(nèi)泥水壓力

16、應與地下水壓力相平衡，泥水壓力過大，地面隆起；泥水壓力過小，地面沉陷，所以控制頂進與出泥的速度相當關鍵。        3.4 泥水處理系統(tǒng)處理好砂土、裝車、外運 采用泥水平衡式工具頭出土，需要在工具頭中注入含有一定泥量的泥漿，通過大刀盤切削工具頭前方的原狀土，與注入的泥水攪拌，泥水通過吸泥泵排到地表泥水處理系統(tǒng)處理，泥漿可以反復循環(huán)使用，處理好的泥沙用泥漿車外運。        3.5 測量工具頭的偏位、

17、作好記錄、糾偏 測量方法，在工作井后座位置設置測量機座，測量基座由地面引入地下，避免工作井的變形引起的誤差，將全站儀放置在其上調(diào)平后，使全站儀發(fā)射的激光沿著頂進方向水平射出，打在工具頭的測量靶位上，通過望遠鏡讀出工具頭的偏差。每隔0.5m記錄一次。        3.6 1個行程頂完后，整體式頂進構(gòu)架調(diào)節(jié)頂塊 當頂完1個行程后，停止頂進，調(diào)節(jié)整體式頂進構(gòu)架頂塊，可繼續(xù)頂進下一個行程。        3.7&

18、#160;觸變泥漿系統(tǒng) 頂進過程中，需要經(jīng)常進行壓觸變泥漿工作，以減少頂進的阻力，觸變泥漿系統(tǒng)由拌漿、注漿和管道三部分組成。拌漿是把注漿材料兌水以后再攪拌成所需的漿液(造漿后應靜置24小時后方可使用)。注漿是通過注漿泵進行的，根據(jù)壓力表和流量表，它可以控制注漿的壓力(壓力控制在水深的1.11.2倍)和注漿量(計量桶控制)。管道分總管和支管，總管安裝在管道內(nèi)一側(cè)，支管則把總管內(nèi)壓送過來的漿液輸送到每個注漿孔上去。注漿孔布置為：工具頭后3節(jié)管各設一道、之后每間距5m設一道補漿孔(間隔2節(jié)砼管)。        注漿流程：造漿靜置注漿頂管推進(注漿) 頂管停頂停止注漿        3.8 頂完一節(jié)管后，拆開各管路、鋼管吊裝、各管路安裝 頂完一節(jié)管后，拆開所有管線（電力電纜、信號線、油管、進出泥漿管、觸變泥漿管），進行鋼管吊裝焊接后，安裝好所有