頂管工藝在污水處理工程中的應(yīng)用畢業(yè)論文

1、頂管工藝在污水處理工程中的應(yīng)用【摘 要】：頂管施工技術(shù)非開挖技術(shù)（trenchless technology）是近20年來(lái)國(guó)際上新興的一種地下管線施工技術(shù)。自20世紀(jì)90年代中期以來(lái)，我國(guó)非開挖技術(shù)發(fā)展很快，工程施工量和設(shè)備數(shù)量均以每年3040 的高速度增長(zhǎng)。市政工程中采用頂管施工工藝可以將施工的作業(yè)面轉(zhuǎn)移到地下，避免對(duì)地面交通的影響。在施工前選線、施工方法適當(dāng)?shù)那闆r下，地面構(gòu)筑物不會(huì)妨礙施工。本文就頂管施工工藝以及在城市污水處理系統(tǒng)中的應(yīng)用技術(shù)進(jìn)行闡述，由于它的上述優(yōu)點(diǎn)，可望成為市政建設(shè)中的一種通用工藝方法。【導(dǎo)語(yǔ)】自從上世紀(jì)80年代我國(guó)開始大規(guī)模經(jīng)濟(jì)建設(shè)以來(lái)，城市建設(shè)過(guò)程中，城市道路被頻繁

2、開挖嚴(yán)重影響了人民的生活，尤其是道路開挖被稱為“拉鏈”。我們介紹的此項(xiàng)非開挖施工（trenchless technology）技術(shù)頂管施工技術(shù)，不需開挖地面，并且能夠穿越公路、鐵路、河道、湖泊、建筑物、以及各種地下管線等，解決了市政施工難題。非開挖技術(shù)（trenchless technology）的發(fā)源地主要在日本、，美國(guó)和英國(guó)等國(guó)家。日本和英國(guó)因?yàn)閲?guó)土面積和道路狹小，城市交通擁擠，使用開挖方法來(lái)施工污水管道極為困難，加之法律涉及物權(quán)問(wèn)題，經(jīng)營(yíng)成本非常高，因此，科研單位產(chǎn)生了開發(fā)新的施工方法的想法。在日本，由政府、公共事業(yè)管理部門、科研院所、制造商、承包商和大學(xué)通力合作，研發(fā)出來(lái)微型頂管施工方

3、法。比較典型的象伊勢(shì)機(jī)械株式會(huì)社、rasa和小松等很多公司都生產(chǎn)微型頂管機(jī)設(shè)備，20世紀(jì)80年代后，我國(guó)上海等地使用較多的是伊勢(shì)機(jī)公司的產(chǎn)品。同時(shí)，德國(guó)頂管設(shè)備也發(fā)展很快，象海瑞克公司的頂管機(jī)設(shè)備等在中東阿拉伯國(guó)家和歐洲使用的比較廣泛。頂管管材和其它國(guó)家一樣，大量的是采用鋼筋混凝土管和鋼管，其中鋼管主要用于上水管，混凝土管主要用于下水管。隨著玻璃鋼制管技術(shù)的引進(jìn)，上海周邊地區(qū)玻璃鋼頂管已經(jīng)開始。2001年，在浙江省上虞污水工程中，將直徑1200mm的玻璃纖維增強(qiáng)夾砂鋼管，用頂管法分別穿越一級(jí)公路和運(yùn)河，各頂進(jìn)84m和74m，獲得了成功。隨后在廣州，沈陽(yáng)等地都有采用。事實(shí)表明，頂管施工隨著城市建

4、設(shè)的發(fā)展已越來(lái)越普及，已運(yùn)用到給排水、煤氣、電力、通信等管道的施工。一、頂管施工的方法由于技術(shù)、設(shè)備和地質(zhì)條件、成本等因素影響，頂管施工常采用的施工方法分為敞開人工手掘式和密封機(jī)械式頂管施工方法，其中機(jī)械式頂管施工常用的施工方法又有泥水平衡式和土壓平衡式兩種，頂管施工常用的管材有砼管、鋼管、玻璃夾砂鋼管。施工所采用的主要設(shè)備為信息化及全自動(dòng)化泥水平衡頂管機(jī)。 二、頂管法施工適用條件在污水管道直徑較大（600mm以上），施工現(xiàn)場(chǎng)無(wú)法有采用明溝開挖埋管施工的條件或者成本限制，而管道設(shè)計(jì)的沿線沒(méi)有其它建筑物基礎(chǔ)時(shí)，可采用使用頂管法施工。三、頂管法施工原理頂管法施工原理，是在管道的沿線按設(shè)計(jì)的方案要求

5、，預(yù)先設(shè)置工作井和接收井，工作井內(nèi)設(shè)置堅(jiān)固的后座，吊進(jìn)液壓千斤頂和附屬設(shè)備，要頂進(jìn)的鋼管或混凝土管的材料，接好照明、泥漿管、油管等管線，通風(fēng)降溫設(shè)備、地面支援設(shè)備，施工時(shí)用油壓千斤頂緩慢頂進(jìn)，頂進(jìn)的過(guò)程中，通過(guò)壓漿設(shè)備使管節(jié)周圍形成泥漿套，這樣，使得管道在泥漿套中滑行推進(jìn)，同時(shí)，在頂進(jìn)的過(guò)程中通過(guò)激光經(jīng)緯儀測(cè)量頂管的方向，邊頂進(jìn)邊排土邊調(diào)整，直至將鋼管或混凝土管頂至接收井內(nèi)。這樣，必須解決的問(wèn)題是：1、施工設(shè)計(jì)中頂管管線線路和工作井井位的確定頂管管線定線和施工圖設(shè)計(jì)過(guò)程中主要考慮如下幾個(gè)方面： 1) 要遵循整個(gè)管網(wǎng)系統(tǒng)的總體定線設(shè)計(jì)，符合市政建設(shè)需要；2) 工作井位置確定：沿管線中心線方向，通

6、常是按照所頂進(jìn)管子長(zhǎng)度加木墊圈的整倍數(shù)來(lái)確定，同時(shí)要考慮側(cè)向支管線的連接。還要考慮機(jī)械頂進(jìn)附屬設(shè)備所需場(chǎng)地等因素；3) 在定位時(shí)要盡量避開地下和地面上（包括高低壓電線）設(shè)施，地下設(shè)施往往是最為難以解決的問(wèn)題，如果資料不完整，地下設(shè)施就難以探測(cè)，不可預(yù)見，所以，在確定井位前，要在兩個(gè)方向上挖出足夠深度和足夠長(zhǎng)度的探坑。 2、頂管管材選用根據(jù)頂管技術(shù)規(guī)范，可以使用混凝土管、玻璃鋼夾砂管（簡(jiǎn)稱grp管）和帶有玻璃鋼夾砂管內(nèi)襯的砼管（或者稱砼外包管）。一般來(lái)說(shuō)，污水處理工程使用的頂管直徑從250mm到2000mm共16種規(guī)格，為了經(jīng)濟(jì)有效，可以選用grp頂管和配套頂管機(jī)，將16種頂管分為5大類，即dn

7、500, dn1200, dn1400,dn1600 和dn2000，根據(jù)頂進(jìn)距離和壓力等級(jí)又把同一管徑分成不同厚度的頂管。grp頂管管接頭一般可以選用“f”型連接型式，grp連接管箍帶橡膠密封圈。在施工過(guò)程中，為了減少頂進(jìn)摩擦力，對(duì)于直徑大于1200mm的，可以每三節(jié)設(shè)置一節(jié)帶有注漿孔頂管，注漿孔設(shè)置在頂管中間，同一斷面3個(gè)注漿孔，相互間隔120，注漿孔由外套管、單向閥和絲堵所組成。3、頂管機(jī)選型頂管機(jī)的選型是至關(guān)重要的，根據(jù)各種頂管機(jī)適應(yīng)范圍，一般可以選擇泥水平衡式頂管機(jī)系統(tǒng)。技術(shù)比較成熟的有德國(guó)海瑞克公司，德國(guó)wirth公司，日本伊勢(shì)機(jī)以及日本rasa等公司，從實(shí)際施工經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，因?yàn)槿毡?/p>

8、設(shè)備在價(jià)格和技術(shù)普及上具有一定的優(yōu)勢(shì)，可以考慮選用日本伊勢(shì)機(jī)公司產(chǎn)品。以上述管材施工來(lái)看，比較適合的型號(hào)有四種，即：tcs od546型、tcs od1250型、tcm-s od2190型、tcc id 1620 型。四、頂管的施工1、工作井、接收井、檢查井的施工對(duì)比根據(jù)施工的地質(zhì)情況及現(xiàn)場(chǎng)條件，采用適當(dāng)?shù)闹ёo(hù)方式開挖，盡快做好底板及壁板混凝土防護(hù)，進(jìn)行頂管所需的后座混凝土以及土體的強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)，確定混凝土以及鋼板墊塊的厚度。這是管節(jié)能否順利頂進(jìn)的關(guān)鍵所在。傳統(tǒng)的工作井和接收井施工方法有明挖、灌注樁法，沉井法，現(xiàn)澆砼法，高壓旋噴樁，鋼板樁等方法。灌注樁法成本最貴；沉井法，由于工作井尺寸大，不適用于

9、水下沉井施工；高壓旋噴樁一是水泥消耗量大，成本高，二是旋噴不均勻性，安全性較差。對(duì)于沒(méi)有地下水或者水位較淺的工作井可以采用明挖施工。根據(jù)不同位置，不同的地質(zhì)條件，可以采取不同的施工方法。2、頂管施工工序頂管施工頂進(jìn)的工序，包括設(shè)備的安裝、頂進(jìn)、頂管機(jī)頭回收、灌漿和測(cè)量驗(yàn)收等工序。頂進(jìn)操作，包括調(diào)偏如果設(shè)備技術(shù)達(dá)到，可以全部在地面中控室來(lái)完成。當(dāng)工作井施工就緒后，就可以移交頂管工區(qū)，開始進(jìn)行設(shè)備安裝。首先，要根據(jù)頂管管線設(shè)計(jì)圖進(jìn)行測(cè)量和放線，檢查驗(yàn)收土建移交的工作面質(zhì)量，尤其是強(qiáng)度是否滿足頂管安裝的要求。隨后是依次安裝密封圈、軌道和后頂進(jìn)系統(tǒng)，再次測(cè)量，對(duì)線路中心線進(jìn)行核對(duì)校訂，達(dá)到精度要求后，

10、可加固支撐軌道。此后，再進(jìn)行頂管機(jī)頭吊裝和頂鐵安裝，自此準(zhǔn)備工作完成。接下來(lái)，進(jìn)行頂管推進(jìn)，首先是機(jī)頭“出洞”，即機(jī)頭穿過(guò)砼墻，大部分情況下，機(jī)頭頂入之后，停止前進(jìn)，液壓缸回縮，把后方筒吊入井內(nèi)和頂管機(jī)頭連接上，在沒(méi)有后方筒的情況下，可以直接吊入3m長(zhǎng)grp頂管，進(jìn)行頂進(jìn)，重復(fù)過(guò)程，同樣地把頂管一節(jié)一節(jié)地頂進(jìn)到預(yù)定位置。頂管機(jī)頭最后從接收井里破土頂出來(lái)的過(guò)程叫“進(jìn)洞”，“進(jìn)洞”以后，進(jìn)行中心線測(cè)量、灌漿和復(fù)測(cè)，符合要求即完成一個(gè)頂段施工。實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)證明，在頂進(jìn)過(guò)程中，機(jī)頭調(diào)偏和泥水系統(tǒng)管理是十分重要的，要不斷地通過(guò)實(shí)際操作去摸索總結(jié)。尤其是泥水系統(tǒng)的管理，地質(zhì)條件的不同，泥水濃度也不一樣。3、頂

11、進(jìn)力計(jì)算在泥水平衡式頂管中，為了便于計(jì)算，頂進(jìn)力f采用如下方法進(jìn)行計(jì)算： f=f。+f。l（kn）式中：f。初始頂進(jìn)力（kn），f。每米頂進(jìn)管的綜合阻力（kn/m），l 最大頂進(jìn)長(zhǎng)度（m），l= 150mf。（p1+p2+p）x 3.14 x d x d/4式中：p1挖掘面前土壓力，p1=150kpa； p2地下水壓力，p2=90kpa；p附加壓力，一般取20kpa；dgrp頂管外徑，d2.16m； 則：f。（150+90+20）x 3.14 x 2.16 x 2.16/4=952.25 (kn)f。=rs + wf (kn / m)式中：r綜合摩擦阻力（kpa），對(duì)于砂礫石一般為820，s頂

12、進(jìn)管的外周長(zhǎng)（m），s=3.14 x 2.16=6.78m；w每米頂進(jìn)管的重力（kn/m），根據(jù)grp廠家提供的資料：w12.92kn；f管子重力在土中的摩擦系數(shù)，f0.2；則：f。8x6.78+12.92x0.2=56.82(kn) 即：5.682t/ m （設(shè)計(jì)頂進(jìn)44.5t/m）最大頂進(jìn)力為：dn2000頂管機(jī) f=952.25+56.82 x 150=9475.25 (kn)。4、管節(jié)的選用：管節(jié)必須全面檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)有明顯缺陷的禁止使用。管道吊放之前要提前上好橡膠止水圈。將管節(jié)吊放在軌道上，安放環(huán)形頂鐵，緩慢推進(jìn)，讓接頭平順對(duì)接。 如發(fā)現(xiàn)有破壞、翻轉(zhuǎn)、出槽等現(xiàn)象，必須退出管節(jié)重新更換、調(diào)

13、整橡膠圈，重新安裝對(duì)接。 接頭對(duì)好后，繼續(xù)開動(dòng)設(shè)備將管節(jié)頂進(jìn)。5、管節(jié)頂進(jìn)隨著頂管距離的增加，阻力上升很快。為避免管節(jié)超過(guò)材料強(qiáng)度遭到毀壞，管壁外的減阻是技術(shù)關(guān)鍵。施工時(shí)，采用管節(jié)周圍注觸變泥漿，將管節(jié)與土之間的干摩擦變?yōu)闈衲Σ?，達(dá)到減阻的目的。觸變泥漿可以按膨潤(rùn)土：燒堿：cmc：水=0.3：0.2：0.01：1的配比 配制后靜置24小時(shí)后使用。施工時(shí)通過(guò)壓漿系統(tǒng)從機(jī)頭，前三節(jié)管的注漿孔壓入觸變泥漿， 形成約10mm厚的泥漿套，使頂管在泥漿套中滑行，減少摩阻力。根據(jù)壓力表和流量表，控制 壓漿的壓力約為自然地下水壓的1.11.2倍。在施工操作時(shí)，必須先壓漿，后頂管。邊壓漿、邊頂進(jìn)，停頂進(jìn)要補(bǔ)漿的

14、辦法維持泥漿套良好的潤(rùn)滑性能。6.頂進(jìn)線路的精度控制由于機(jī)頭自身有一段糾偏段，糾編最大角度范圍能夠達(dá)到上下1.7左右1.2。頂進(jìn)線路的精度控制主要依靠設(shè)備的正確操作以及操作人員的預(yù)見性。實(shí)際施工中，為了使管道按照設(shè)計(jì)要求的高程、方向正確頂進(jìn)，在頂進(jìn)的過(guò)程中應(yīng)不斷對(duì)工具管的高程方向、轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行測(cè)量，根據(jù)測(cè)量反饋結(jié)果，調(diào)整糾偏千斤頂，使機(jī)頭改變方向，確保管道按設(shè)計(jì)軸線頂進(jìn)。糾偏貫穿頂進(jìn)施工的全過(guò)程，盡量做到糾偏在偏位發(fā)生的開始階段。對(duì)于精度測(cè)量，主要是采用2激光經(jīng)緯儀進(jìn)行方向測(cè)量，對(duì)于扭轉(zhuǎn)，由機(jī)頭的角度儀測(cè)出。激光經(jīng)緯儀經(jīng)校正后，固定在千斤頂端，然后管道的機(jī)頭端安裝反射玻璃，并將測(cè)量的結(jié)果直接輸出至

15、控制液壓千斤頂?shù)碾娔X上。頂管出洞時(shí)要防止工具管發(fā)生偏差。在出洞的初期，因入土較少，工具管的自重僅由兩點(diǎn)支承，一點(diǎn)是導(dǎo)軌，另一點(diǎn)是較淺的土體。土體支承面由于承載力較低，使機(jī)頭容易產(chǎn)生下沉現(xiàn)象。所以，機(jī)頭進(jìn)洞時(shí)，在穿墻管下部要有支托，工具管的推進(jìn)要迅速，縮短穿墻管內(nèi)的土體暴露時(shí)間。管道出洞及在長(zhǎng)度34m范圍內(nèi)的偏差是影響全段偏差的關(guān)鍵，特別是出墻洞時(shí) ，由于管段長(zhǎng)度短，機(jī)頭重量大，近出洞口土質(zhì)容易受擾動(dòng)等因素的影響，往往會(huì)導(dǎo)致下偏，應(yīng)該綜合運(yùn)用機(jī)頭自身糾偏和調(diào)整千斤頂?shù)淖饔昧狭χ行膩?lái)控制頂管方向。7.其他注意事項(xiàng)：（1）泥土外運(yùn)排出的泥屑由泥水系統(tǒng)隨泥漿管排出，在泥漿池過(guò)濾土渣并及時(shí)外運(yùn)。（2）

16、管內(nèi)動(dòng)力及照明管內(nèi)動(dòng)力主要用來(lái)頂進(jìn)、糾偏、出土，一般是選擇380v動(dòng)力電源。由于管內(nèi)環(huán)境潮濕， 照明必須采用安全36v安全電壓照明。（3）頂管注意事項(xiàng)施工過(guò)程中，必須注意地面的沉降或隆起：在頂管施工沿線按一定間距布設(shè)沉降觀測(cè)點(diǎn)和傳感器，監(jiān)測(cè)頂管頂進(jìn)施工期間的地面沉降量，配合糾偏。其次，開挖端面的取土過(guò)多或過(guò)少，都會(huì)在一定程度上會(huì)造成地面的沉降或隆起。為避免上述情況，可以根據(jù)具體情況采取輔助措施：在壓漿時(shí)要控制好壓力，能平衡泥漿套以上土體的壓力。嚴(yán)格控制管道 接口的密封質(zhì)量，防止?jié)B漏。另外，在某些管節(jié)埋藏較淺的地方，或者距離地面不足1.5米的位置，可采用沿管線局部壓鋼板，上堆砂包加載負(fù)重的方法，

17、防止管節(jié)頂進(jìn)時(shí)觸變泥漿上浮，使泥漿套失效。還要注意的是，工具管糾偏后，刃腳后形成一個(gè)空隙，有一定的真空負(fù)壓，管道頂進(jìn)時(shí)周圍的土體會(huì)塌入空隙，造成地面沉降。為避免這種情況，在頂管頂進(jìn)時(shí)，要及時(shí)測(cè)量，勤測(cè)勤糾，避免大角度糾偏。五、實(shí)際施工案例：（一）、工程概況：某市污水處理廠工程，是國(guó)務(wù)院淮河流域水污染防治重點(diǎn)工程之一，是利用第四批日本協(xié)力基金貸款和國(guó)內(nèi)配套資金進(jìn)行建設(shè)的環(huán)境治理、城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)工程項(xiàng)目，被列為省、市的重點(diǎn)工程。此工程是是淮河流域水污染防治最大的工程建設(shè)項(xiàng)目之一，該廠總的服務(wù)面積可達(dá)105平方公里，50%以上的市區(qū)污水均匯集于此進(jìn)行集中處理。項(xiàng)目總建設(shè)規(guī)模為82萬(wàn)噸/日；其中污水

18、廠一期工程建設(shè)規(guī)模為40萬(wàn)噸/日，工程總投資75749萬(wàn)元，而進(jìn)廠污水干管則按遠(yuǎn)期規(guī)模一次性投資建成，項(xiàng)目投資超過(guò)13000萬(wàn)元。工程要求，進(jìn)入廠區(qū)的污水主干管設(shè)計(jì)，采用土壓平衡法機(jī)械頂管新技術(shù)，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)高、技術(shù)難度大。進(jìn)廠干管全長(zhǎng)8.055km，其中d2600污水管長(zhǎng)約4.585km，d3000污水管長(zhǎng)約3.470km。頂管使用的工作坑，全部采用鋼筋混凝土沉井形式，共設(shè)計(jì)有頂管工作井20座，頂管接收入井21座，平均頂距都達(dá)到200m左右，設(shè)計(jì)最長(zhǎng)頂進(jìn)距離近400m。（二）、設(shè)計(jì)思路：1.設(shè)計(jì)方案選定：污水處理廠進(jìn)廠干管工程設(shè)計(jì)采用特大口徑污水管道，因?yàn)樗俏鬯畯S唯一的輸水干管，所以成為工

19、程項(xiàng)目的重中之重，成為污水廠能否順利建成，并通水使用的制約性因素。干管起端位于市區(qū)的的東出口，還需要穿越107國(guó)道等交通線。由于城市出入口和國(guó)道交通均十分繁忙，遭遇的問(wèn)題是：（1）.國(guó)道及市區(qū)出入口交通路專用線；（2）.地下光纜及其他市政管線；（3）.重要的的建筑和公用設(shè)施；這些問(wèn)題，需要在施工中妥加保護(hù)。同時(shí)，特大直徑和長(zhǎng)度的污水管道，因其體積、重量較大，起吊、運(yùn)輸十分不便。而管線線路較長(zhǎng)，需橫穿多個(gè)行政區(qū)界。沿線的自然條件、地質(zhì)狀況等變化較大；地下水位偏高，土壤含砂量大，管道埋設(shè)較深（4-9m)。工期緊，任務(wù)量大，工程質(zhì)量要求高等困難并存。以上種種不利因素，使工程的設(shè)計(jì)、施工難度極大的增加

20、。傳統(tǒng)施工方法如開槽、人工掘進(jìn)頂管等施工技術(shù)簡(jiǎn)單的方法因?yàn)闄C(jī)械化及文明施工程度低、受地下水及天氣變化等外界因素影響較大。同時(shí)，由于溝槽的支撐與下管（d2000英寸)等方面的問(wèn)題目前尚無(wú)法解決等原因,因傳統(tǒng)方法所存在的致命缺陷,所以，本工程用傳統(tǒng)施工方法，根本無(wú)法順利實(shí)施。而機(jī)械頂管工藝相對(duì)于本工程則存在著十分顯著的優(yōu)點(diǎn)：（1）、技術(shù)先進(jìn)，施工速度較快，晝夜平均頂進(jìn)10-15m，一次性連續(xù)頂進(jìn)距離最長(zhǎng)可達(dá)500m以上；（2）、施工質(zhì)量好，能自動(dòng)糾偏，其上下和左右的偏差均能控制在規(guī)范允許范圍之內(nèi)；管道采用“f”型柔性接口，接口嚴(yán)密不易滲漏；頂管掘進(jìn)機(jī)頭在頂進(jìn)中間不會(huì)造成超挖；頂進(jìn)過(guò)程中通過(guò)壓注觸變

21、泥漿可形成的漿套使頂進(jìn)阻力大大降低，且漿體可使管壁與周圍土體結(jié)合緊密，不易造成地面塌陷；（3）、施工技術(shù)比較成熟，上海等地已有許多成功的經(jīng)驗(yàn)，并可為施工提供成套的技術(shù)和設(shè)備；（4）、不受地下水位的限制，施工過(guò)程只需局部降水，除沉井施工中需降水外，管線頂進(jìn)過(guò)程則不需要降水，故因降水造成的房屋建設(shè)裂縫、危及居民安全等現(xiàn)象可大為減少；（5）、能大量節(jié)約勞動(dòng)力，一套頂管掘進(jìn)設(shè)備晝夜輪班作業(yè)只需50人左右就可完成，可大大減少周轉(zhuǎn)材料的投入；（6）、文明施工程度高，因所出土泥僅是管道所占的空間，出土量少且無(wú)須溝槽回填，故所出泥土可及時(shí)運(yùn)走，不在現(xiàn)場(chǎng)千萬(wàn)造成泥土堆積；現(xiàn)場(chǎng)干凈利落，不堆放周轉(zhuǎn)材料和其它雜物；

22、 （7）、工程施工占地少，拆遷量小，拆遷賠償大量減少，施工占地和青苗補(bǔ)償費(fèi)用大大降低；幾乎不受地形地貌變化的限制；（8）、能解決一些其他施工方案難以解決的難題；能夠避開一些難以拆遷的地面障礙，如穿超107國(guó)道、鐵路專用線等；施工期間道路不斷行，可基本保證鄭汴路的正常通行等；（9）、能較好解決國(guó)家對(duì)非農(nóng)業(yè)占用耕地控制嚴(yán)格與項(xiàng)目建設(shè)需求間的矛盾；施工期間除必要的運(yùn)輸通道和頂管工作坑需要臨時(shí)占地外，其余的農(nóng)田均可照常耕作；（10）、頂進(jìn)機(jī)械可改徑，改徑時(shí)只需更換外殼，機(jī)械內(nèi)部的主要部件可通用；（11）、工程造價(jià)相對(duì)較低，與大開挖法比較可節(jié)約建設(shè)資金20%左右。但同時(shí)，該工藝也暴露出如下缺點(diǎn)：（1）、

23、施工所需機(jī)械設(shè)備及操作技術(shù)較為復(fù)雜，需購(gòu)置專用頂管設(shè)備并進(jìn)行專項(xiàng)技術(shù)學(xué)習(xí)和培訓(xùn)； （2）、需增加制管設(shè)備和引進(jìn)制、頂管技術(shù)；（3）、頂管工作井、接收入井所占空間較大，單體造價(jià)較高。從以上對(duì)比可以看出：機(jī)械頂管工藝在國(guó)內(nèi)尚屬領(lǐng)先技術(shù)，可有效彌補(bǔ)其他傳統(tǒng)施工方法的不足，加上其經(jīng)濟(jì)適宜、方便快捷的特點(diǎn)，使該工藝設(shè)計(jì)成為首選。根據(jù)工程、地質(zhì)特點(diǎn)和現(xiàn)實(shí)情況，最終確定污水進(jìn)廠干管全部采用土壓平衡法機(jī)械頂管工藝進(jìn)行建設(shè)，頂管機(jī)械選用大刀盤削土土壓平衡式頂管掘進(jìn)機(jī)頭及管疲乏頂進(jìn)設(shè)備。2. 頂力、頂距的確定：頂力要求和頂距限制是一對(duì)矛盾統(tǒng)一體，且均與工程造價(jià)存在著密切的聯(lián)系。這兩項(xiàng)是管道及沉井設(shè)計(jì)的關(guān)鍵性參數(shù)，

24、對(duì)結(jié)構(gòu)計(jì)算將產(chǎn)生直接的影響。同時(shí)也決定了沉井的數(shù)量，從而影響到工程造價(jià)。當(dāng)然，頂進(jìn)過(guò)程最理想的狀態(tài)是以最小的頂力來(lái)實(shí)現(xiàn)最大的頂距，使沉井?dāng)?shù)量減至最低，從而達(dá)到最佳經(jīng)濟(jì)效果。但是，實(shí)際上，隨著頂距的逐漸加大和沉井?dāng)?shù)量的相應(yīng)減少，必然伴隨著頂力的逐步提高。這對(duì)于頂進(jìn)設(shè)備及管、井的結(jié)構(gòu)必然提出更高的要求，從而導(dǎo)致工程費(fèi)用發(fā)生變化。而頂力又是受設(shè)備本身能力和結(jié)構(gòu)極限承壓力限制的，不可能無(wú)限制增大；反過(guò)來(lái)講，頂距及頂力的減小，雖然可以降低對(duì)結(jié)構(gòu)及設(shè)備本身的要求，但將直接導(dǎo)致沉井?dāng)?shù)量的增加；同時(shí)它們還會(huì)受到不同地條件和土壤情況的限制，加上時(shí)間、技術(shù)等其他制約因素限制。因此頂力和頂距及其經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的設(shè)計(jì)要求在

25、可能的情況下達(dá)到一個(gè)最佳契合點(diǎn)或最優(yōu)值。為使優(yōu)化過(guò)程進(jìn)一步簡(jiǎn)化，實(shí)際在工程的運(yùn)用中首先根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)、結(jié)構(gòu)承壓以及設(shè)備能力等系數(shù)，選取一個(gè)相對(duì)合理的固定頂力值，作為實(shí)際控制頂力，再以此為據(jù)，核算管道及沉井結(jié)構(gòu)斷面，最后對(duì)照當(dāng)?shù)氐耐寥滥Σ料禂?shù)等因素，采用動(dòng)態(tài)規(guī)劃的方法來(lái)確定實(shí)際頂進(jìn)的能力：即頂距的大小。 （三）頂進(jìn)采取的技術(shù)措施：從設(shè)計(jì)工期和經(jīng)濟(jì)成本的角度考慮：在控制頂力不變的情況下，使管道頂進(jìn)距離得到有效加長(zhǎng)，是實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離頂進(jìn)和減少沉井?dāng)?shù)量的唯一途徑；這樣，在頂進(jìn)過(guò)程中，采取減阻和接力推進(jìn)措施是兩種行之有效的辦法。兩種方法的共同作用可以將實(shí)際頂力明顯降低或使頂距進(jìn)一步加長(zhǎng)。通常是在頂進(jìn)過(guò)程中壓入

26、觸變泥漿等潤(rùn)滑劑和加設(shè)中繼間。其與頂力及頂距存在如下內(nèi)在關(guān)系：見圖一：待添加的隱藏文字內(nèi)容2如前所述，通過(guò)加注一種以膨潤(rùn)土礦為主要材料配置的頂管專用泥漿復(fù)合材料，即觸變泥漿，可以使管道外壁和土層之間均勻充填一種液體潤(rùn)滑介質(zhì)，形成一個(gè)完整的泥漿套，使土壤摩擦阻力大大減小，增加一次性頂進(jìn)的距離；該工序的關(guān)鍵在于泥漿的配比和注、補(bǔ)漿技術(shù)，以求達(dá)到最好的減阻效果和漿套的完整。見圖二：圖2所示為漿套形成過(guò)程中頂力、頂距的變化情況，一旦形成了完整的漿套，頂力的變化就趨于穩(wěn)定，隨著頂距的增加頂力卻沒(méi)有明顯未增加。另外，為實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離頂管的需要，在不增加頂力的條件下，頂進(jìn)過(guò)程中考慮在每個(gè)井段間加設(shè)中繼間，通過(guò)逐

27、級(jí)接力頂進(jìn)可使頂管距離得到有效的加長(zhǎng)，中繼間是由一組短沖程液壓油缸構(gòu)成的一節(jié)特殊鋼套管或一套專用管件組合，通過(guò)其作用可避免整條管道同時(shí)向前頂進(jìn)，而是將管道分割成兩個(gè)或多個(gè)頂進(jìn)分站，管道頂進(jìn)所需總頂力則分別由各頂進(jìn)分站所分?jǐn)?，借助各頂進(jìn)分站交替接力頂進(jìn)，可使管道頂進(jìn)達(dá)到相當(dāng)?shù)拈L(zhǎng)度；但頂進(jìn)距離過(guò)長(zhǎng)其經(jīng)濟(jì)性也會(huì)隨之下降，因?yàn)橹蛔钋懊娴囊粋€(gè)中繼間啟動(dòng)時(shí)，頂進(jìn)機(jī)頭才處于工作狀態(tài)，隨著頂進(jìn)距離的加長(zhǎng)和中繼間數(shù)量的增加，管道進(jìn)尺將愈加緩慢，同時(shí)出土距離隨之加長(zhǎng)、監(jiān)控測(cè)量難度相應(yīng)增大，頂管的總效率將大為降低；實(shí)踐證明，控制頂進(jìn)距離在250米左右、中繼間個(gè)數(shù)不超過(guò)3個(gè)，無(wú)論是在頂進(jìn)效率方面還是在時(shí)間保障等方面對(duì)

28、本工程而言是合適的。本次管道及工作井的控制頂力，選用900010000kn，均采用鋼筋砼材料。為實(shí)際長(zhǎng)距離頂進(jìn)，在頂管過(guò)程中采取壓漿等減阻措施，通常每個(gè)井段考慮加設(shè)1-2個(gè)中繼間，以實(shí)現(xiàn)逐級(jí)遞進(jìn)接力頂進(jìn)，頂進(jìn)工程程序采用雙向頂進(jìn)，如圖3所示：（四）、尺寸的選擇與確定：對(duì)于d2000以上的大口徑管道材料，我們過(guò)去很少采用，內(nèi)地廠家也基本不生產(chǎn)。對(duì)于頂管所采用的d2600及d3000等大口徑管道的設(shè)計(jì)，由于在頂進(jìn)過(guò)程中其受力情況十分復(fù)雜，管道結(jié)構(gòu)等級(jí)高，接口處理及制作要求均十分精細(xì)和嚴(yán)格，國(guó)內(nèi)也僅有上海、北京等地生產(chǎn)，管道本身價(jià)格和長(zhǎng)途運(yùn)輸代價(jià)昂貴。因此，設(shè)計(jì)制作出既適合施工地區(qū)土質(zhì)特點(diǎn)、又符合管

29、道頂進(jìn)要求的特種管道也是本次設(shè)計(jì)的一個(gè)重要內(nèi)容，它是工程施工的首要環(huán)節(jié)，既要求經(jīng)濟(jì)合理，又要確保萬(wàn)無(wú)一失。沉井，作為進(jìn)行頂管工作的主要實(shí)施地點(diǎn)和出入口，是同外界聯(lián)系的窗口，其形狀、尺寸、受力、洞口處理等均對(duì)頂進(jìn)過(guò)程產(chǎn)生直接的影響，也是頂管工程能否成功的關(guān)鍵所在。通過(guò)分析頂管施工過(guò)程中管道及沉井的受力特點(diǎn)，根據(jù)頂推設(shè)備、掘進(jìn)機(jī)頭的大小、操作寬度以及頂力、頂距等方面的要求，初步擬定出沉井及管道的斷面形式及細(xì)部尺寸，然后通過(guò)各部參數(shù)進(jìn)行框算，再依據(jù)計(jì)算結(jié)果調(diào)整結(jié)構(gòu)斷面及配筋量，經(jīng)過(guò)反復(fù)核算，力求使設(shè)計(jì)產(chǎn)品做到既經(jīng)濟(jì)合理又堅(jiān)固耐用。（五）、最終結(jié)構(gòu)尺寸確定 從沉井設(shè)計(jì)本身來(lái)說(shuō)，根據(jù)沉井的作用不同，可分

30、為頂管使用的工作井和頂管接收井兩種形式（即進(jìn)墻、出墻），按照形狀又分為方形和圓形兩種。根據(jù)頂推設(shè)備、掘進(jìn)機(jī)頭的大小、操作寬度以及頂力、頂距等方面要求，在設(shè)計(jì)中參考有關(guān)規(guī)范及文獻(xiàn)，依據(jù)優(yōu)化以后的頂力、頂距，采用有限無(wú)分析程序和自編的管道計(jì)算程序反復(fù)核算，最終確定沉井及管道的基本結(jié)構(gòu)尺寸如下：（1）、方形頂管工作井內(nèi)尺寸為：90005500mm（用于d2600管道），井壁厚度為800mm 100006000 mm（用于d3000管道），井壁厚度為800 mm； （2）、方形頂管接收入井內(nèi)尺寸為：600065005500 mm（用于d2600管道），井壁厚度為500 mm60006000 mm（用于d3000管道），井壁厚度為500 mm；（3）、圓形頂管工作井內(nèi)尺寸為：10000 mm，井壁厚度為1000 mm（4）、圓形頂管接收入井內(nèi)尺寸為： 75000 mm，井壁厚度為600 mm （5）、d2600管道結(jié)構(gòu)尺寸為：2600（直徑）2500（長(zhǎng)）