关于市政给排水顶管施工技术及发展趋势探讨

分类：水利论文发表 时间：2012-12-05 10:22 关注：(1)

摘要:在市政工程中,不可避免要对管道及管线进行改造。由于地下管线众多且复杂,且相关的竣工资料不齐全,给管道的施工和开挖造成很大的困难,文章结合 工程 实践对顶管施工技术做简要的介绍。

关键词:市政工程 顶管施工技术 给排水

1顶管施工的基本原理

顶管施工就是借助于主顶油缸以及中继间的顶进力,把工具管或顶管掘进机从工作坑内穿过土层一直顶进到接收坑内吊起。与此同时,把紧随在工具管或掘进机后的管道埋设在两个工作坑之间。在顶管施工中主要有三种工作面平衡理论：气压、土压和泥水平衡理论。本文主要介绍泥水平衡顶管工法。泥水平衡顶管的工作原理：通常把用水力切削泥土,采用机械切削泥土而采用水力输送弃土,同时有的利用泥水压力来平衡地下水压力和土压力的这一类顶管形式都称为泥水平衡顶管施工。在泥水平衡顶管施工中,要使挖掘面上保持稳定,就必须在泥水仓中充满一定压力的泥水,泥水在挖掘面上可以形成一层不透水的泥膜,以阻止泥水向挖掘面里渗透。同时,该泥水本身又有一定的压力,因此它就可以用来平衡地下水压力和土压力,这就是泥水平衡顶管最基本的原理。

2市政给排水管线工程施工要点

2.1开挖施工。市政管道穿越市政各种建筑物,为避免不必要的麻烦,大多沿路铺设。在非主干道或路边不大影响交通的情况下可采用明挖施工。

2.2顶管施工。市政管道在跨路施工开挖存在影响交通等各方面困难时,顶管施工是一种可行的方案选择。顶管施工从考虑人员在管道内施工作业考虑,管径一般在0.8m以上,有钢管和水泥管两种管型,市政排污管多用水泥管,自来水和煤气管道多用钢管。

3顶管施工工序

3.1穿墙

打开穿墙闷板将工具管顶出井外，并安装穿墙止水装置，主要技术施工措施如下：

3.1.1穿墙管内填夯压密实的纸筋粘土或低强度水泥粘土拌和土，以起到临时性阻水挡土作用;

3.1.2为确保穿墙孔外侧一定范围内土体基本稳定并有足够强度，工作井工具管穿墙前，对穿墙管外侧采取注浆固结措施;

3.1.3穿墙前对可能出现的问题进行分析并制定相应处理措施;

3.1.4闷板开启后迅速推进工具管，同时做好穿墙止水，本工程采用止水法兰加压板，中间安入20mm厚的天然优质橡胶止水板环，要求具有较高的拉伸率和耐磨性，借助管道顶进带动安装好的橡胶板形成逆向止水装置，应防止因穿墙管外侧的土体暴露时间过长而产生扰动流变。

3.2顶管出洞

顶管出洞是顶管作业中一个很值得注意的问题，顶管出洞，即顶管机和第一节管子从工作井中破出洞口封门进入土中。开始正常顶管前的过程，是顶管技术中的关键工序，也是容易发生事故的工序。为防止管线出现偏斜，应采取工具管调零，在工具管下的井壁上加设支撑，若发现下跌立即用主顶油缸进行纠偏，工具管出洞前预先设定一个初始角弥补下跌等措施。

3.3注浆减阻

在顶管施工中还有一个重要的技术措施就是通过压注触变泥浆填充管道周围的空隙，形成一道泥浆保护套，起到支撑地层，减少地面沉降，减少顶进阻力的作用。在施工中，首先对顶管机头尾部压浆，并要与顶进工作同步，然后在中续间和混凝土管道的适当位置进行跟踪补浆，以补充在顶进中的泥浆损失。注浆工序一般多应用于长距离顶管施工中。

3.4顶管纠偏

纠偏是指机头偏离设计轴线后，利用设置在后部的纠偏千斤顶组，改变机头端面的方向，减少偏差，使管道沿设计轴线顶进。顶进纠偏是采用调整4台纠偏千斤顶组的方法，进行纠偏操作，若管道偏左则千斤顶采用左伸右缩，反之亦然。如果同时有高程和方向偏差，则应先纠正偏差大的一边。纠偏应做到在顶进中采用小角度分级逐步进行，勤调微纠。当顶管机头发生旋转时，可采取在管内的相反方向增加压重块或在中间站提供旋转纠正力矩等方法纠正。

4顶管施工技术方案选择

4.1经调查分析研究及结合本公司在设备和施工及相关的技术能力，采用了密封泥水平衡式顶管工艺进行施工。

4.2泥水式平衡顶管机相比于土压式平衡顶管机，能有效平衡地下水、对付流沙和淤泥质地层。同时泥水式平衡顶管施工比土压式平衡顶管施工具有以下优点：

4.2.1可连续顶进作业，施工速度快：

4.2.2人员不用进入管道作业，安全性高;

4.2.3在淤泥质和砂层中顶进，对地质环境影响小，能有效控制施工精度，而且成本低等。

4.3顶管施工工艺流程

施工前期准备→测量放样、复核→工作井施工→搅拌桩施工→工作井上下设备安装准备→工具头吊装下井、全套设备调试→工具头穿墙顶进→后续吊放管道一管道顶进、测量控制及纠偏→管道排泥和废泥浆外运→下→管节吊放就位→下段顶管顶进一管道贯通、回收工具头→闭水试验→竣工验收、清场。

5顶管选择

顶进管一般选用钢筋砼管，如没有腐蚀要求可选用钢管。顶进管的直径选择是首先根据工程需要、工程性质确定内径，根据顶进管所受荷载确定砼管的壁厚及配筋，进而确定外径。顶进管的长度对顶管过程的经济性和可控性有很大的影响。在直线推顶的情况下使用长管可以减少装管的次数，达到良好的效果，但随着管长度的增长，容易偏离原定顶进的路线，比使用短管恢复正确路线更加困难。同时建造顶压坑时顶压坑的长度也要增大，挖坑、支护、回填、修复的费用将相应地增加。反之，短管比较容易向周围土层中挤入，致使整个管列呈蛇形弯曲，这便降低了管路顶进的可控性，因此很短的管利用直线上推顶也较困难。一般情况下，管长度须相对于管径来衡量，当L/D外≤1.10时，为短管;当L/D外=1.15时，为标准管;当L/D外≥2.10时为长管。

6顶管工作井设计及设备安装

6.1确定工作井尺寸

工作井应有足够的空间和工作面，保证下管、安装顶进设备和操作间距，井底长、宽尺寸可按如下公式计算：井底长度：L=L1+L2+L3+L4+L5。

式中：L—工作井底长， m;

L1—管子顶进管尾端留置长度，混凝土管一般留0.3m;

L2—每节管长度，m;

L3—出土工作间隙，一般为1.0 m～1.5 m;

L4——千斤顶长度， m;

L5—靠背厚度， m。

坑底宽度：W=D+ (2.4～3.2)，

式中： W—工作坑底宽度, m，

D—顶进管子外径, m。

6.2工作井设备安装

工作井设备安装包括：导轨的安装、后座垫铁的安装、油缸支架及油缸的安装、穿墙止水设备的安装、激光导航系统安装和泥浆循环系统安装。地面设备安装工作井地面设备安装包括：监测设备安装、主控制室及主顶装置安装、泥浆棚搭设及泥浆系统设备安装。安装千斤顶时，应保证千斤顶的顶力位置和顶进抗力位置在同一轴线上，并确保四个千斤顶用力均衡，避免产生顶进力偶。同时工作井的起重采用龙门吊。

7市政排水管应用趋势分析

7.1往柔性接口型式戴在发展用平口管安装成管道，用水泥砂浆封缝或用套环连接防不了污水外溢，随着社会的发展，它必将被淘汰。未来发展趋势是使用柔性结合的承接口式排水管。

7.3低压力排水管发展趋势带低压运行的排水管不仅是设计需要，而且可以减少内壁腐蚀的出现。低压排水管可以用压力管的生产工艺来生产。综合成本可以与排水管同比接近。

7.4绿色混凝土管发展趋势在排水管的混凝土中可以应用很多有利于环保的 工业 废料，从而促进绿色混凝土在排水管材中的应用。

7.5高耐久性方向发展趋势我国使用排水管时间不长，在其设计寿命的验证方面尚缺少数据，但污水对混凝土管的腐蚀是一个不争的事实。不仅仅是排放有腐蚀介质的管道，普通生活污水管也存在耐腐蚀问题，而耐腐蚀管的生产技术关键是突破以往水泥作为混凝土胶凝材料的观念，通过掺合料来改变混凝土的生成产物从而达到耐腐蚀的目的。这种排水管的应用将进一步拓广排水管的应用领域。

8结语

随着我国城市经济的不断发展,城市城下建设工程将越来越多,顶管施工技术的优越性越来越突出,在市政管网建设中,采用顶管施工技术,能够有效地降低对附近城市构筑物和道路、管网的影响,取得安全、环保、高效、经济的效果。