深圳石巖-松崗供水工程d標段頂管施工的淺析

深圳石巖—松崗供水工程D標段頂管施工的淺析關鍵詞：頂管中繼頂糾偏觸變泥漿減阻深圳石巖至松崗供水網絡工程D標段從大凼水庫至甲子塘水廠，全長2473.05m。該工程途經水庫、魚塘、水溝、河道、公路，且沿途架有高壓電纜和光纜，地處低洼，地下水源豐富；其中，穿越美科電子廠、街道及松龍公路510.31m，跨越道路寬度55.8m；給施工帶來較大的難度。原地貌為殘丘、溝渠、坡地，地面較平坦、坡度平緩，大致呈東高西低之勢。據(jù)鉆探，場內地層大致為：新近人工挖土，第四系耕植土層，第四系沖洪積層，第四系殘積土層及震旦系混合巖。故在穿越美科電子等廠區(qū)和松龍公路長度為510.31m段采用頂管施工，頂管直徑為φ1500鋼管。一．頂管施工程序頂管施工是先制作工作井，且在井內安裝主頂油缸系統(tǒng)提供水平推力，然后將管道一節(jié)一節(jié)地從工作井的前墻預留洞口中推出進入井外土層中，直到接收抗。本次頂管分三段頂管，設置工作井和接收井各三個。在管道的前端設置一節(jié)頂管機頭，頂管正面土體靠機頭維持平衡，并將土體挖掘進入管道內，然后運輸?shù)胶蠓焦ぷ骶⑻嵘恋孛鏃壸摺．敼ぷ骶畠戎黜斢透紫到y(tǒng)水平推力不夠時，再安裝中繼間（見下頂管示意圖）。其施工程序如下：工作井制作——安裝頂管設備——頂管出洞——出土——頂進、注漿——測量糾編——頂管進洞——管內處理——閉水試驗——驗收二．工作井及井內頂推設備及安裝1．工作井和接收井2．工作井的尺寸和結構形式工作井尺寸：擬采用矩形工作井，其平面尺寸確定如下：寬度=鋼管外徑+操作寬度=1.5+2.6=4.1m長度=L1+L2+L3+L4+L5+L6=10.5m式中：L1—單節(jié)鋼管長度6.0m；L2—千斤頂長度2.4m；L3—后背鋼梁和砼后墊墻0.8m；L4—預留鋼管焊接長度0.6m；L5—分壓環(huán)厚度0.5m；L6—下管富裕量0.2m。

3．工作井施工為減少對路面的開挖面和控制挖土量，施工采用逆做法施工。工作井施工程序如下：基坑土方——開挖——綁扎鋼筋——預埋穿墻鋼套管處——制?！獫簿陧拧ぷ骶诘轿弧獫仓装?．選用2臺400T的油壓千斤頂，供油用電動油泵，兩臺并聯(lián)供油，千斤頂最大行程120cm。其他設備包括：導軌、千斤頂臺架、替頂分壓環(huán)、后承壓板、操作平臺、直爬梯等。三．工作井地面設施及機頭選用工作井地面設施需布置一系列與頂管施工有關的設備。如：液壓站、氣壓站、泥漿站、臨時發(fā)電站、井口起重設備及頂鐵等。根據(jù)本工程的實際地質和水文情況，采用手掘式機頭，增設氣壓密封門并采用氣壓式頂進，它適用多種土層中的頂管施工，是我司根據(jù)多年的頂管實踐經驗反復多次應用成功研制，具有成本低，加工制作快，適用性強，易操作等優(yōu)點。在頂管頂進過程中，如遇硬質土層，則采用手掘式，如遇流砂則采用氣壓平衡法。四．頂管出洞當井內、井外的準備工作全部準備完善以后，可將機頭吊放到井內軌道上，調整方向，開始頂管出洞，工作井壁前墻有機頭及管道出洞的預留洞口。為防止井外水土從預留洞口與機頭外壁之間的縫隙流入工作井內，預留洞口與管道間設有洞密封裝置。其施工工藝如下：制作橡膠密封圈制作橡膠密封圈頂頭安裝推頂頭進密封圈關閉機頭倉門推進機頭出洞入土層頂頭制作破部分封墻土轉至倉門后倉內除土留50cm機頭在軌道上1．洞口密封結構出洞口密封結構的作用是阻止在頂管過程中泥水從管節(jié)與洞口間的間隙流入井內，同時也起定位作用。2．破墻出洞當機頭前端進入洞口密封圈后，即可破墻出洞，工作井預留洞口是采用磚砌體臨時封堵，在頂前采用風鎬鑿除內層一部分封堵墻體，然后將機頭推進，依靠機頭前端刃口破除外層墻體，隨即進行頂管正常推進。3．方向監(jiān)測頂管出洞方向控制必須嚴格控制頂管出洞精度，采用跟蹤測量，且在機頭上安置一臺隨時觀察機頭走向的水平傾斜儀，隨時調整機頭出洞的方向及高程偏差。工具管在進入土層過程中，每頂進30cm，測量一次。五．頂進施工當工具管頂入土體后，留其尾部約50cm長擱在導軌上，收回千斤頂活塞桿，卸走替頂和分壓環(huán)，下管安裝第一節(jié)管節(jié)。在下管時，嚴格進行頂進鋼管質量檢查。頂進鋼管制作與質量檢驗如下：1．頂進管材及管節(jié)檢驗第一節(jié)管節(jié)采用了與機頭糾編分壓環(huán)密封活接頭裝置，第一節(jié)管頂進后，留約50cm長擱在導軌上，在第一節(jié)管的尾端與第二節(jié)管的前端需要進行焊接；在頂完每一節(jié)管，管節(jié)口在焊接完成檢驗合格后，才能正常頂進。2．手掘式頂管當土層比較堅硬，工具管前方土體穩(wěn)定性好，則采用人工挖土頂進。挖土前應將工具管前端刃口部分切入土層中，然后自上而下分層開挖，嚴禁自下而上開挖，防止正面塌方。挖土時，可將開挖面挖成鍋底形狀，其向前的鍋底開挖深度不大于30cm。暫停作業(yè)時，應將工具管切入土層中，使工具管內充滿一定的土塞長度，以確保正面土體穩(wěn)定，并關閉好密封門。3．氣壓法頂管當遇地下水產生流砂時，則采取氣壓法頂管。氣壓法頂管在頂進管道的前方設置兩道氣壓密封門。關閉第一道門，向前艙充入壓縮空氣，由于壓縮空氣向正面土層的孔隙中滲透，將工具管前方土層中的地下水從土壤的孔隙中排擠出去，給工具管作業(yè)面提供一個無水穩(wěn)定的作業(yè)環(huán)境。氣壓法頂管的工藝流程：關閉1號門前艙加壓——工人進入后艙——關閉2號門后艙加壓與前艙平衡——打開1號門前倉——挖土轉入后艙——管道向前頂進——工人退入后艙關閉1號門——后艙減壓與大氣平衡——打開2號門工人出艙——轉運后艙土方至工作井——吊離工作井至地面外運4．長距離頂管施工本區(qū)段長距離頂管，需采取壓注觸變泥漿阻減和使用中繼間兩項措施。1）觸變泥漿減阻將膨潤土泥漿注入管道的外周，使管道外壁形成泥漿套，減少管道外壁與周圍土層之間的摩擦阻力，膨潤土泥漿是在地面泥漿站拌制好，然后通過注漿管向管道內泵送。頂管過程中，應專人交替打開注漿孔閥門，不斷地向管外壁注漿。機頭尾端要緊隨管道頂進同步壓漿，后方各注漿點必須跟蹤補漿。壓漿數(shù)量和壓力：一般壓漿量是管道外周環(huán)形空隙的1.5-2.0倍，本工程擬用指針為1.5RH，R為土的重度，H為土的覆蓋深度。2）中繼間鋼管中繼間內的單作用千斤頂組在輸油管提供的設定液壓作用下，以其后面的管段為后座支承，將其前面的管段向前頂進約300mm，然后主站千斤頂再頂推向前約300mm，采用這種方法將管道分段逐次頂進。鋼管中繼間在管道上的安裝位置，擬在機頭后30m設置中繼間，以克服較大的機頭迎面阻力和方便糾編操作。3）泥漿置換當頂管完成后，應在管道的上方注漿孔注入水泥漿，將管道外壁的膨潤土泥漿從打開的下方注漿孔擠出，直至水泥漿將管道外壁與周圍土體之間環(huán)形孔填實。使管道在地下的穩(wěn)定性更好。拆除注漿管路后，應將管道上的注漿孔封堵嚴密。六．頂管測量與糾偏1）測量本工程為直線頂管，采用水準儀測定標高，采用經緯儀測定軸線偏差。頂管機頭出洞前和出洞后頂進第一節(jié)鋼管時，應特別注意做好測量工作，在正常頂進過程中，每節(jié)鋼管測量次數(shù)為4次，糾編時應增加測量次數(shù)。2）糾編頂進糾偏采用調整機頭糾偏千斤頂?shù)姆椒?，進行糾偏操作，若機頭偏左則千斤頂采用左伸右縮方法，反之亦然，如同時有高程和方向偏差，則應先糾正偏差大的一面。糾偏是在頂進動態(tài)情況下實現(xiàn)的，在糾編時，隨時注意機頭上糾編顯示儀的變化，應根據(jù)測量資料，分析偏差發(fā)展趨勢，采用分次逐步糾偏。3）頂管允許偏差本鋼管頂管參照上海市《市政工程施工及驗收技術規(guī)程》“頂管允許偏差表”列標準，建議本工程頂管施工執(zhí)行下表所列允許偏差：管徑軸線位移（mm）管內底標高DN1500鋼管150+80，-1004）長距離頂管工程的頂力計算：本次頂管工程采用單向頂進方案；即軸心頂進和高精度控制。頂管的頂力隨長度的增大而增大；若采用尾頂進方式必然會受距離限制；千斤頂?shù)捻斄σ膊豢赡軣o限制的增大，其將直接導致頂管破壞；常采取的解決方法為中繼環(huán)接力頂進技術措施。下面為頂管受力計算及方案選擇：方案之一，無注漿頂進方案的頂力計算：由公式：F=f[k(Pv+Ph)DL+P]和Pv＝γＨP=L×D×π×δ×γi(γi=78KN/m3)及Ph＝Pvtg2(45-φ/2)計算公式中：F——頂管頂力（KN）f——摩擦系數(shù)，取值范圍0.4—0.6，本次計算選為0.5k——與頂進長度有關的頂力折減系數(shù)Pv——豎向土壓力Ph——側向土壓力D——管外徑L——一次頂進總長度P——管自重γ——土容重H——管頂覆土厚度假定頂管上層土呈良好拱形，降水良好，則取k＝１fkδmmγKN/m3ＨmPKNLmDmPvKN/m2PhKN/m2FmaxKN0.51.01419.54.0586170.821.5078.032.914501顯然，無注漿頂進方案不可行。方案之二，注漿頂進方案的頂力計算：由公式：F=fπDL計算公式中：F——頂管頂力（KN）f取值范圍4—１２KN/m2，本次計算選為８KN/m2D——管外徑L——一次頂進總長度Fmax=８×3.14×1.5×170.82=6568(KN)鋼管尾端最大應力驗算由fymax=kFmax/A0取k=1.4A0——頂管截面積則Fmax＝139.44（N/mm2）<[fk]=140N/mm2基本符合要求方案選型：根據(jù)上述的受力計算，本次頂管方案選用注漿頂進方案；頂進深度到85—100m后采用中繼環(huán)的方式頂進，千斤頂選用4000KN千斤頂沿管軸心頂進。施工安全監(jiān)測：1．頂管施工過程中，保持良好的通訊系統(tǒng)，定時監(jiān)測管內、特別是氣密倉區(qū)的空氣指數(shù)；發(fā)現(xiàn)異常隨時調整空壓機和通風系統(tǒng)。2．隨時監(jiān)測千斤頂?shù)膲毫?shù)據(jù)；發(fā)現(xiàn)異常時及時處理（增大膨潤觸變泥漿量或加大糾偏措施等）。3．監(jiān)測主干道路面；采取措施控制路面沉降及結構開裂等。小結：綜上所