大直徑管道穿越公路頂管施工技術(shù)的探討

1、大直徑管道穿越公路頂管施工技術(shù)的探討公路穿越的傳統(tǒng)方法是開(kāi)挖路面,管線鋪設(shè)完成后對(duì)路面進(jìn)行恢復(fù),這種方法造價(jià)高,同時(shí)會(huì)對(duì)交通帶來(lái)不便,并造成粉塵等環(huán)境污染。公路頂管穿越施工是在管線需要穿越公路的地方安裝砼套管,主管線穿越套管的一種施工方法。這種方法不破壞路面,能保證正常的交通,安全、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)。因此以山西省萬(wàn)家寨引黃工程北干線PCCP輸水工作安裝標(biāo)公路頂管施工的經(jīng)驗(yàn)為例,探討公路頂管施工技術(shù)。1 頂管施工的特點(diǎn)1.1 能夠在不破壞路面的情況下穿越公路，不影響正常交通。1.2 套管能夠有效保護(hù)穿越公路的主管線，發(fā)生故障時(shí)也便于維修。1.3 土方開(kāi)挖量少，作業(yè)人員少，工期短，節(jié)省投資等諸多優(yōu)點(diǎn)，但

2、頂管施工也存在軟土層中容易發(fā)生不均勻沉降和偏差，且糾偏困難，遇到地下障礙物處理較難等缺點(diǎn)。2 主要施工方法和使用范圍2.1 手掘式適用于能自立的土中，如果在含土量較大的砂土或黏土中，需要采用降水或注漿加固等輔助施工措施。2.2 擠壓式必須在覆土較深且土質(zhì)又較軟的黏土中才能使用，凡是工具管擠進(jìn)土里的體積，與其出土口的排出體積比例在95%100%之間的才可使用。出土量太少，地面就極易隆起；出土量太多，地面就會(huì)沉降。2.3 半機(jī)械式使用范圍和手掘式類似，如果采用局部氣壓的輔助施工措施，則使用范圍會(huì)較廣泛。2.4 泥土式使用的范圍更廣泛，而且在想多條件下不需要采用輔助施工措施。2.5 土壓式使用范圍最

3、廣，尤其是加泥式土壓平衡頂管掘進(jìn)機(jī)的使用范圍最為廣泛，可以稱得上全土質(zhì)型，通常也不用輔助施工措施。3 頂管施工工藝流程 測(cè)量放樣施工準(zhǔn)備放樣復(fù)核挖 坑管材質(zhì)量檢查 坑支護(hù)安裝頂進(jìn)設(shè)備地面設(shè)備安裝下管、接口安裝測(cè) 量管道頂進(jìn)推 進(jìn)頂管進(jìn)洞檢查頂管全線測(cè)量收集資料竣工交驗(yàn)工作坑回填4 頂管頂進(jìn)前的準(zhǔn)備4.1 測(cè)量放樣定位首先對(duì)提供的水準(zhǔn)點(diǎn)和導(dǎo)線點(diǎn)進(jìn)行復(fù)測(cè)，經(jīng)認(rèn)可后，定出頂管中心軸線，建立測(cè)量控制網(wǎng)。同時(shí)在井內(nèi)適當(dāng)位置設(shè)置好臨時(shí)的軸線控制校核點(diǎn)和水準(zhǔn)控制校核點(diǎn)，作為頂管施工的控制依據(jù)。在頂管施工過(guò)程中，需要經(jīng)常對(duì)這些控制點(diǎn)進(jìn)行復(fù)核。4.2 井上地面施工準(zhǔn)備在頂管頂進(jìn)施工前，按要求安裝用電、用水、通道

4、、排水及照明等設(shè)備,并且在工作坑上用鋼板或木板搭設(shè)15m20m的工作平臺(tái)。4.3 井下準(zhǔn)備工作及井內(nèi)布置頂管基座位置按管道設(shè)計(jì)軸線準(zhǔn)備進(jìn)行放樣、就位、安裝、固定。工作井井內(nèi)布置主要是后靠背、頂管設(shè)備、800t、600T千斤頂、枕木。4.4 在頂管施工前，對(duì)參加施工的全體人員進(jìn)行安全和質(zhì)量技術(shù)交底。5 頂管設(shè)備5.1 頂進(jìn)設(shè)備 根據(jù)提供的工程地質(zhì)勘察報(bào)告顯示套管在此處在低液限粉土、卵石混合土層中穿越，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際地質(zhì)條件、施工條件, 決定采用千斤頂頂進(jìn)。5.2 主頂進(jìn)系統(tǒng)主頂進(jìn)系統(tǒng)采用800T千斤頂頂進(jìn)，安裝位置與設(shè)計(jì)圖一致，以使頂進(jìn)受力點(diǎn)和后座受力都保持良好狀態(tài)。 5.3 出土系統(tǒng)本工程采用汽

5、車吊出土，運(yùn)至指定地點(diǎn)。6 管子與接口6.1 管子（1）根據(jù)設(shè)計(jì)，本工程頂管施工所用鋼筋混凝土管節(jié)為內(nèi)徑3000mm管，壁厚280mm頂管，型號(hào)為III3000GR2802500, 管受力性能好，接頭穩(wěn)固性高，接口處止水密封性能好。（2）管材運(yùn)送、起吊均應(yīng)有專用夾具，擱置時(shí)應(yīng)用方木墊高，防止管鋼板受壓變形。6.2 接口頂進(jìn)前應(yīng)對(duì)砼成品管、鋼套環(huán)、橡膠密封圈和襯墊從尺寸、規(guī)格、性能、數(shù)量等均作詳細(xì)調(diào)查，必須符合標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)圖的要求。砼管接頭的槽口尺寸必須正確，光潔平整無(wú)氣泡。橡膠圈的外觀和任何斷面都必須質(zhì)密、均勻、無(wú)裂縫、無(wú)孔隙或凹痕等缺陷，橡膠圈應(yīng)保證清潔、無(wú)油污，不能在陽(yáng)光下直曬。 橡膠圈應(yīng)牢固

6、地粘結(jié)在砼管的槽口上，底部粘結(jié)面不脫膠、不翹邊。7 工作坑、接收坑位置及開(kāi)挖尺寸確定7.1 頂管工作坑是頂管作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置的臨時(shí)性設(shè)施，包括后背、導(dǎo)軌和基礎(chǔ)等，工作坑是人、機(jī)械、材料較集中場(chǎng)所，因此， 選擇工作坑的位置應(yīng)考慮以下原則：（1）有可利用的坑壁原狀土作后背；（2）工作坑處應(yīng)便于排水、出土和交通運(yùn)輸，距電源、水源較近，并且具備堆放少量管材和暫存土的用地；（3）工作坑應(yīng)盡量遠(yuǎn)離建筑物或?qū)ζ湟子诓扇“踩Ｗo(hù)措施處。7.2 頂管坑開(kāi)挖尺寸確定工作坑的尺寸應(yīng)根據(jù)施工方法和設(shè)備尺寸，按實(shí)際布置的情況確定。（1）矩形工作坑底部尺寸應(yīng)符合以下要求：B=D1+S式中B矩形工作坑的底部寬度（m）D1管道外

7、徑（m） S操作寬度取2m（2）工作坑深度（H1、H2）應(yīng)符合下列公式要求：H1=h1+h2+h3、H2=h1+h3式中H1頂進(jìn)坑地面至坑底的深度（m）H2接收坑地面至坑底的深度（m）h1地面至管道底部外緣的深度（m）h2管道底部外緣底部至軌底面的高度（m）h3基礎(chǔ)及其墊層的厚度。8 工作坑、接收坑開(kāi)挖及坑壁支護(hù)8.1 工作坑、接收坑開(kāi)挖視地質(zhì)情況和工作坑深度確定，因本工程地質(zhì)主要為卵石混合土，厚度4.56.5m之間，且土質(zhì)較松散，故在距管道底部4.5m以上對(duì)工作坑及接收坑進(jìn)行開(kāi)挖時(shí)開(kāi)始放坡，坡比1:0.2。坑壁支護(hù)方式主要取決于施工工藝、坑壁土質(zhì)、工作坑深度和地下水情況。根據(jù)本工程實(shí)際地質(zhì)情

8、況，坑壁支護(hù)采用鋼板樁支護(hù)（采用159鋼管配合6mm鋼板組成支護(hù)體系）或磚(MU10)砌體護(hù)壁。板撐支護(hù)主要用于土質(zhì)穩(wěn)定、無(wú)地下水、管道埋深較淺的工作坑及接收坑，磚砌體護(hù)壁用于土質(zhì)不穩(wěn)定、管道埋深較大的工作坑及接收坑，具體支護(hù)方法根據(jù)實(shí)際情況確定。8.2工作坑、接收坑的防護(hù)工作坑、接收坑周圍必須安裝護(hù)欄，護(hù)欄應(yīng)用鋼管制作（鋼管40mm），間距1.5m，當(dāng)在基坑四周固定時(shí)，可采用鋼管并打人地面5070cm深。鋼管離邊口的距離，不應(yīng)小于50cm。當(dāng)基坑周邊采用板樁時(shí)，鋼管可在板樁外側(cè)進(jìn)行焊接。工作坑、接收坑四周采用鋼板6mm封閉圍擋。工作坑上下應(yīng)配有梯子，梯子必須有扶手，其跨度尺寸不大于30cm，

9、作業(yè)人員應(yīng)從規(guī)定的通道上下，不得從非通道進(jìn)行攀登。為了保證不讓雨水流入工作坑及接收坑，工作坑及接收坑周圍開(kāi)挖500500mm的排水溝，將雨水引入不影響施工的低洼地帶。若沒(méi)有合適的排水渠道時(shí)，在排水溝適當(dāng)部位挖一集水坑，采用水泵將集水排至不影響施工的低洼地帶。9 基礎(chǔ)及導(dǎo)軌安裝9.1 基礎(chǔ)的形式取決于基底的土質(zhì)、管節(jié)的重量以及地下水位情況，一般有2種形式可供選用：（1）土槽枕木基礎(chǔ)：適用于土質(zhì)較好，又無(wú)地下水，施工管徑較小且頂進(jìn)方向沒(méi)有變化的工作坑。施工時(shí)在工作坑底部做3：7灰土墊層，厚度為30cm，然后鋪設(shè)方木并聯(lián)接牢固，可在方木上直接鋪設(shè)導(dǎo)軌，方便導(dǎo)軌的安裝。（2）混凝土基礎(chǔ)：適用于地下水位

10、高，但地基土味粉細(xì)砂或砂土近飽和狀，安裝導(dǎo)軌過(guò)程中有可能基礎(chǔ)被擾動(dòng)。施工時(shí)在地基土上直接作混凝土基礎(chǔ)，厚度為30cm，然后將導(dǎo)軌預(yù)埋進(jìn)砼內(nèi)1/2。9.2 工作坑導(dǎo)軌宜選用鋼質(zhì)材料制作，并應(yīng)有足夠的剛度，一般采用鋼軌（槽鋼258）mm，長(zhǎng)度以管材長(zhǎng)度1.5-2倍為宜；兩導(dǎo)軌距離控制在管外徑的0.45-0.6倍之間，安裝導(dǎo)軌時(shí)，應(yīng)首先利用垂球和直尺確定導(dǎo)軌間距和平面位置，然后根據(jù)放樣高程調(diào)整導(dǎo)軌高程，兩導(dǎo)軌應(yīng)順直、平行、等高，其縱坡與管道設(shè)計(jì)坡度相一致；安裝后的導(dǎo)軌應(yīng)當(dāng)牢固，不得在使用中產(chǎn)生位移，應(yīng)經(jīng)常檢查校核。9.3 導(dǎo)軌安裝的允許偏差為：軸線位移：左3mm，右3mm；頂面高程：3mm；兩軌內(nèi)距

11、：2mm。10 后靠背 后靠背是把主頂油缸推力的反力傳遞到工作坑后部土體中去的墻體。根據(jù)工程實(shí)際地址情況，選用以下方法作為后靠背：10.1 利用坑壁原土作后靠背。后背土壁應(yīng)鏟修平整，并使壁面與管道頂進(jìn)方向垂直。具體做法是：在平直的土壁或撐板前橫排15cm15cm方木，與土壁或撐板貼緊，方木前可設(shè)置立鐵，立鐵前再橫向疊放15cm40cm橫頂鐵；方木應(yīng)臥到工作坑底以下一定深度（1m左右），使頂鎬的著力中心高度不小于方木后背高度的13。10.2 利用混凝土墻（厚度為500mm700mm之間）作后靠背。由于主頂油缸較細(xì)，對(duì)于后靠背的混凝土墻來(lái)說(shuō)只相當(dāng)于幾個(gè)點(diǎn)，如果把主頂油缸直接抵在座墻上，則后座墻極易

12、損壞，為防止此類事件發(fā)生，在后座墻與主頂油缸之間，再墊上一塊方木靠背，以免后座墻損壞。11 管道頂進(jìn)管道運(yùn)至施工現(xiàn)場(chǎng)，經(jīng)專職人員檢驗(yàn)合格后，用80t汽車吊把管道從運(yùn)輸車輛上卸下，直接置于工作坑的導(dǎo)軌上就位或有序擺放在工作平臺(tái)周邊。第一節(jié)管道就位后做為工具管，嚴(yán)格測(cè)量管體中心及前后段管底高程，確認(rèn)合格后開(kāi)始頂進(jìn)。管前挖土采用人工進(jìn)行開(kāi)挖，土質(zhì)良好情況下超越管端3050cm，考慮到管道自重因素，挖土?xí)r管底高程在允許偏差+40/-50mm的基礎(chǔ)上適當(dāng)抬高2030mm。頂進(jìn)管道時(shí)，在兩管的接口處加多層膠合板襯墊。橡膠圈表面和插口工作面應(yīng)涂刷無(wú)腐蝕性的潤(rùn)滑劑。管道頂進(jìn)完后，對(duì)每個(gè)管道接口處測(cè)量其中心位置

13、和高程。對(duì)于存在的頂管偏差采用小千斤頂進(jìn)行糾偏。糾偏合格后經(jīng)監(jiān)理工程師檢驗(yàn)同意，拆除靠背、頂管設(shè)施等。 12 頂管頂進(jìn)技術(shù)措施12.1 對(duì)不良地質(zhì)土體段的頂進(jìn)對(duì)于遇到軟粘土、漂石及其它不良地質(zhì)情況，采用暗挖法施工，根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙襯砌斷面做好襯砌后再行頂進(jìn),將襯砌部位進(jìn)行回填灌漿。對(duì)于在頂管施工時(shí)出現(xiàn)地下水的下窯煤礦施工段，不得進(jìn)行帶水作業(yè)，在工作坑及接收坑內(nèi)分別設(shè)置截水坑，根據(jù)水量大小配備水泵等排水設(shè)施，將地下水位降至管底以下不小于0.5m處，且防止其它水源進(jìn)入頂管的管道。12.2 軸線控制工具管出洞后的軸線方向正確與否，對(duì)以后管節(jié)的頂進(jìn)將起關(guān)鍵的作用。實(shí)現(xiàn)管節(jié)按頂進(jìn)設(shè)計(jì)軸線頂進(jìn)，做好頂進(jìn)軸線偏差的控制和糾偏量的控制是關(guān)鍵。 要嚴(yán)格按實(shí)際情況和操作規(guī)程進(jìn)行，微糾不得大于0.5。防止工具管大幅度糾偏造成頂進(jìn)困難 。12.3 頂管頂力控制頂管頂力計(jì)算推力的理論計(jì)算：F=F1+F2其中F-總推力 F1-迎面阻力 F2-頂進(jìn)阻力F1=/4*D2*P（D-管外徑3.56m P-控制土壓力）P=K0*r*HK0一靜止土壓力系數(shù)，取0.35H-地面至千斤頂中心高度，取最