軟土地區(qū)大口徑長(zhǎng)距離頂管施工技術(shù)

1、軟土地區(qū)大口徑長(zhǎng)距離頂管施工技術(shù) 1 工程概況 天津海河兩岸綜合開發(fā)改造工程是為了解決海河兩岸污水排放問題的一項(xiàng)工程，該工程設(shè)計(jì)為一條直徑2600mm的污水截流管線，為天津市最大口徑污水管道。本次施工管道全長(zhǎng)1977m，其中直徑聲2600mm的管道1957m，直徑2200mm倒虹管道20m。直徑2600管道一次頂進(jìn)長(zhǎng)度為150220m，埋深為地下3.5，管道所經(jīng)過地段的土質(zhì)為灰色淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、灰色淤泥質(zhì)粘土及灰色粘土，各類檢查井共計(jì)17座。 為了保證路面不發(fā)生沉降和周圍建筑物的平安，所有管線全部采用頂管施工。采用土壓平衡式頂管設(shè)備，根據(jù)現(xiàn)狀土質(zhì)的不同，使用大刀盤和多刀盤2種機(jī)具。 2 頂管施

2、工藝 施工前需對(duì)工作坑的尺寸、擋土樁人土深度、抗傾覆穩(wěn)定性、頂力及后備承載力進(jìn)展計(jì)算，作為施工技術(shù)可行性的論證參數(shù)和控制指標(biāo)。同時(shí)，還要對(duì)頂管路面、工作坑、附近建筑物等進(jìn)展沉降估算，并布設(shè)監(jiān)控點(diǎn)，由專業(yè)測(cè)量技術(shù)人員負(fù)責(zé)工程監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)處理。 工作坑完成后，預(yù)覽調(diào)試各種設(shè)備，并做好各項(xiàng)準(zhǔn)備工作。 洞口止水措施采用攪拌樁帷幕止水，頂管機(jī)頭頂進(jìn)時(shí)，將攪拌樁用人工開挖成圓孔。直徑蛇600mm頂管圓孔直徑為，即形成攪拌樁帷幕止水。 為了減少頂進(jìn)壓力，排管順序按機(jī)頭后跟10節(jié)帶注漿孔管、7節(jié)普通管，第1節(jié)管的注漿孔設(shè)閥門。 頂管施工工藝的主要步驟如下。 (1)拔樁、初頂、刃機(jī)頭。 用80t起重機(jī)將機(jī)

3、頭吊至井內(nèi)，平穩(wěn)放在導(dǎo)軌上，保證管外皮與導(dǎo)軌之間接觸嚴(yán)實(shí)，并使其靠近洞口。用起重機(jī)將工作坑洞口范圍內(nèi)的鋼樁拔起，使鋼樁底比管外皮高20cm即可。此時(shí)，立即將導(dǎo)軌上的機(jī)頭頂?shù)蕉纯?，使機(jī)頭正面和洞外土體嚴(yán)密頂嚴(yán)，然后迅速頂機(jī)頭人土。為預(yù)防刃機(jī)頭時(shí)下跌，需加強(qiáng)機(jī)頭與第1節(jié)管及第1、2、3節(jié)管之間的連接。采用了4組M30螺栓。 (2)機(jī)械出土。 用工作井內(nèi)油缸將機(jī)頭向前方頂進(jìn)，同時(shí)刀盤旋轉(zhuǎn)攪土到底部，通過螺旋輸送機(jī)將底部的土提升后卸至運(yùn)土車運(yùn)走(見圖1)。一般頂進(jìn)開動(dòng)前應(yīng)先轉(zhuǎn)動(dòng)刀盤。 運(yùn)土車在混凝土管內(nèi)鋪設(shè)的輕型軌道上運(yùn)行，輕軌由8#槽鋼焊接而成，每節(jié)長(zhǎng)2m，用螺栓連接。由于管線較長(zhǎng)，管內(nèi)運(yùn)土采用卷揚(yáng)

4、機(jī)和人工配合推動(dòng)運(yùn)土車，將土運(yùn)到工作坑內(nèi)，用起重機(jī)將土吊至地面的運(yùn)輸車上運(yùn)走。 (3)回動(dòng)缸、下頂鐵，繼續(xù)頂進(jìn)，出土。 當(dāng)頂進(jìn)油缸伸出約時(shí)，應(yīng)將油缸回縮，下1塊頂鐵，然后繼續(xù)頂進(jìn)、出土。 (4)注漿。 當(dāng)機(jī)頭頂進(jìn)土內(nèi)約8m時(shí)，開場(chǎng)注漿。根據(jù)計(jì)算，注漿壓力以0.5MPa為宜，注漿量控制為理論計(jì)算值的1.5倍左右，實(shí)際壓漿量需根據(jù)具體情況測(cè)定。如果壓漿量超過理論壓漿量數(shù)倍，那么應(yīng)改變泥漿配方，增加泥漿的粘度和穩(wěn)定性，如提高含土率，摻加粉煤灰、木屑，增加化學(xué)漿糊等。注漿孔一般設(shè)置在環(huán)形套筒的下面，套筒向后開口，環(huán)向連通，同一斷面上設(shè)置4個(gè)，環(huán)向均勻布置。注漿時(shí)要遵循“先壓后頂，隨頂隨壓的程序。頂管機(jī)

5、注漿及管子接口見圖2。 曲線長(zhǎng)線頂管時(shí)，管道還受到土層的被動(dòng)土壓力，所以需要減小土體對(duì)管道的阻力，注入減阻泥漿是減小阻力的重要措施。頂進(jìn)時(shí)要及時(shí)有效地同步跟蹤注漿，確保形成完整的泥漿套，同時(shí)在管道四周定時(shí)補(bǔ)壓漿，確保泥漿套不流失破壞。由于頂進(jìn)過程中會(huì)遇到暗冰，泥漿需特殊配制，其比重/cm3、膠體率100%，狀態(tài)略稀疏。泥漿配合比(重量比)為膨潤(rùn)土：水：堿=25：83.7：0.75。 (5)頂進(jìn)測(cè)量。 頂管時(shí)測(cè)量非常重要，要勤頂勤測(cè)，隨時(shí)校正。一般在下管前和下管頂進(jìn)一次后都應(yīng)測(cè)1次，此時(shí)發(fā)現(xiàn)偏移容易校正。正常頂進(jìn)時(shí)每頂進(jìn)1m測(cè)1次。測(cè)量采用激光經(jīng)緯儀和水準(zhǔn)儀配合進(jìn)展，機(jī)頭前方有固定光靶。測(cè)量時(shí)將

6、油缸縮回。 (6)回油缸、下管節(jié)。 下管節(jié)前，將頂進(jìn)油缸全部縮回，管道內(nèi)所有的工藝管路全部臨時(shí)斷開，切斷管內(nèi)及坑內(nèi)所有電源，坑內(nèi)人員全都走進(jìn)管內(nèi)或上至地面。下管需由專人指揮，管節(jié)要注意插口朝前，承口朝后，在插口安裝膠圈時(shí)要涂抹油脂，以使油缸頂緊管接口時(shí)膠圈均勻壓縮，防止漏漿漏水。 (7)回油缸、下頂鐵、頂進(jìn)出土(重復(fù)步驟3)。 管節(jié)穩(wěn)定好后，先下弧形頂鐵，再下U型頂鐵，然后頂進(jìn)，將剛穩(wěn)定好的管節(jié)與前1管節(jié)頂緊。同時(shí)連接各種管路、電路及送土車輕軌。 (8)拔樁、進(jìn)副坑。 當(dāng)機(jī)頭頂?shù)浇咏笨訒r(shí)，采用25t起重機(jī)或振動(dòng)錘拔副坑進(jìn)洞口范圍內(nèi)的鋼樁，樁拔起至比管外頂稍高即可。當(dāng)機(jī)頭全部頂進(jìn)副坑內(nèi)，再將樁

7、拔出，倒換木板。 最后將機(jī)頭吊至地面，運(yùn)回主頂坑，開場(chǎng)施工另一排頂管。 圖1 機(jī)頭裝置及出洞口示意圖 3 頂管常見問題的防治 3.1 管道軸線偏差過大 管道頂進(jìn)軸線與設(shè)計(jì)軸線偏差過大，使管道發(fā)生彎曲，甚至造成管節(jié)損壞，接口滲漏。 (1)原因分析。 a.地層正面阻力不均勻，使工具管受力不均勻，形成 HYPERLINK o 導(dǎo)向 t _blank 導(dǎo)向偏差。 b.頂管后背發(fā)生位移或不平整，使頂力合力線偏移。 c.千斤頂不同步，或千斤頂問頂力相差較大，或安裝精度不夠，造成頂力合力線偏差。 (2)預(yù)防措施。 a.頂管施工前應(yīng)對(duì)管道通過地帶的地質(zhì)情況認(rèn)真調(diào)查，設(shè)置測(cè)力裝置，指導(dǎo)糾偏。糾偏應(yīng)按照勤測(cè)量、勤

8、糾偏、小量糾的操作方法進(jìn)展。 b.采用同種規(guī)格的液壓千斤頂，使其頂力、行程、速度一致，保持頂力合力線與管道中心線相重合。 c.加強(qiáng)頂管后背施工質(zhì)量的控制，確保后背不發(fā)生位移，并應(yīng)使后背平整，以保證頂進(jìn)設(shè)備的安裝精度。 d.頂進(jìn)過程中應(yīng)隨時(shí)繪制頂進(jìn)曲線，指導(dǎo)頂進(jìn)糾偏工作。 3.2 地面沉降與隆起 頂管施工過程中或施工后，在管道軸線兩側(cè)一定范圍內(nèi)發(fā)生地面沉降或隆起，使管道周圍建筑物和道路交通及管道等公用設(shè)施受到影響，甚至危及到正常使用和平安。 (1)原因分析。 a.開挖端面的取土量過多或過少，使工具管推進(jìn)壓力與開挖土體壓力不平衡，造成地面沉降或隆起。 b.管道軸線偏差，或糾偏不當(dāng)造成的地層土體損失

9、。 c.管道外圍環(huán)形空隙(工具管外徑與管節(jié)外徑之差)引起的地層上體損失，或頂管完成后未置換泥漿造成的損失。 d.管道接口不嚴(yán)密，造成水土流失。 (2)防治措施。 a.施工前應(yīng)對(duì)工程地質(zhì)條件和環(huán)境情況進(jìn)展周密細(xì)致的調(diào)查，制定切實(shí)可行的施工方案，正確選用工具管，并對(duì)距離管道較近的建筑物和其他設(shè)施采取相應(yīng)的加固保護(hù)措施。 b.設(shè)置測(cè)力裝置，掌握頂進(jìn)壓力，保持頂進(jìn)力與前端土體壓力的平衡。 c.嚴(yán)格控制頂管軸線偏差，執(zhí)行勤測(cè)量、勤糾偏、小量糾的操作方法。 d.在頂進(jìn)過程中應(yīng)及時(shí)足量地注入符合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的潤(rùn)滑支承介質(zhì)，填充管道外圍環(huán)形空隙。施工完畢后及時(shí)用水泥或粉煤灰等置換潤(rùn)滑泥漿。 e.嚴(yán)格控制管道接口的

10、密封質(zhì)量，防止?jié)B漏。3.3頂力突然增大 (1)原因分析。 a.土層塌方或工具管前端遇障礙物，使阻力增大。 b.管道軸線偏差形成彎曲，使摩阻力增大。 c.減阻介質(zhì)膨潤(rùn)泥漿配比不當(dāng)或注入不及時(shí)，或注入量缺乏，減阻效果降低，使摩阻力增大。 d.頂進(jìn)設(shè)備油的泵、油缸或油路發(fā)生故障。 e.頂進(jìn)施工中因故停頂時(shí)間過久，潤(rùn)滑泥漿失水使減阻效果降低。 (2)防治措施。 a.頂進(jìn)過程中應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行勤測(cè)量、勤糾偏、小量糾的操作要求，使管道軸線被控制在允許偏差范圍以內(nèi)。 b.按不同地質(zhì)條件配制適宜的泥漿，并采取同步注漿的方法，及時(shí)足量地注入泥漿。 c.頂進(jìn)施工前應(yīng)對(duì)頂進(jìn)設(shè)備進(jìn)展認(rèn)真的檢修保養(yǎng)。 d.停頂時(shí)間不能過久，

11、發(fā)生故障應(yīng)及時(shí)加以排除。 3.4 工具管旋轉(zhuǎn) 工具管沿圓周方向旋轉(zhuǎn)，使頂進(jìn)操作發(fā)生困難。 (1)原因分析。 a.工具管前端土層軟硬不均勻，使工具管受力不均，造成工具管向土層軟的方向旋轉(zhuǎn)。 b.頂進(jìn)千斤頂及油路布置不合理，千斤頂之間存在著頂進(jìn)時(shí)間差，使頂進(jìn)合力線偏移，造成工具管旋轉(zhuǎn)。 c.頂管軸線發(fā)生偏差時(shí)，糾偏量過大，使工具管發(fā)生旋轉(zhuǎn)。 d.管道向左、向下糾偏，管道反時(shí)針扭轉(zhuǎn)。 e.后座或后背不穩(wěn)或主油缸與管軸線不平行，使i油缸在工作時(shí)方向變化，對(duì)管道形成一個(gè)扭矩，使管道扭轉(zhuǎn)。 f.刀盤單方向旋轉(zhuǎn)，使管道反方向扭轉(zhuǎn)。 g.管道內(nèi)施工設(shè)備布置不對(duì)稱，構(gòu)成一個(gè)固定方向的扭矩，使管道按某一方向扭轉(zhuǎn)。

12、 (2)預(yù)防措施。 a.遇前端土層軟硬不均勻，應(yīng)采取多挖硬、少挖軟的方法。 b.頂進(jìn)前應(yīng)逐臺(tái)調(diào)試千斤頂，應(yīng)采用同種規(guī)格，并使液壓泵到各千斤頂之間的距離相等、管徑一致。 c.嚴(yán)格控制頂管軸線偏差，執(zhí)行勤測(cè)量、勤糾偏、小量糾的操作要求。 d.工具管設(shè)置測(cè)力裝置，以便測(cè)定平衡力的大小指導(dǎo)糾偏。 e.管內(nèi)設(shè)備布置重量要對(duì)稱；主油缸安裝要平穩(wěn)，并且與管軸線平行；刀盤要經(jīng)常變換方向；盡量采用小角度糾偏，其次是糾扭。可采用壓重的方法糾扭，即管道單邊壓重，使管道相反扭轉(zhuǎn)。 采用反向扭轉(zhuǎn)方法，應(yīng)注意軸線的控制，以免造成軸線偏差過大形成彎曲，給以后的施工造成困難。 3.5 鋼筋混凝土管道接口滲漏 (1)原因分析。

13、 a.管節(jié)和密封材料質(zhì)量不符合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)或在運(yùn)輸、裝卸、安裝過程中管節(jié)被損壞。 b.管道軸線偏差過大、造成接口錯(cuò)位、間隙不均勻、填充材料不密實(shí)。 c.接口或止水裝置選型不當(dāng)。 (2)治理方法。 可采用環(huán)氧水泥砂漿或化學(xué)注漿的方法進(jìn)展處理。 3.6 鋼筋混凝土管節(jié)裂縫 管節(jié)縱向和環(huán)向有明顯裂縫，造成管道滲水、漏水。 (1)原因分析。 a.管節(jié)質(zhì)量不合格。 b.頂進(jìn)過程中頂力超過管節(jié)的承壓強(qiáng)度，或軸線偏差過大，致使管節(jié)應(yīng)力集中而損壞。 c.運(yùn)輸、裝卸、碼放安裝方法不當(dāng)，造成管節(jié)損壞。 (2)治理方法。 認(rèn)真分析裂縫產(chǎn)生的原因和性質(zhì)，根據(jù)不同受力情況，分別采取不同的治理方法，處理后應(yīng)能保證構(gòu)造原有的承

14、載能力和整體性。 3.7 頂管前端正面上體坍塌 頂管施工中實(shí)際出土量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于理論出土量，地面有明顯塌陷。 (1)原因分析。 a.前端土層性質(zhì)發(fā)生變化，頂進(jìn)量過小，沒有起到防護(hù)和平衡的作用。 b.敞開式頂進(jìn)時(shí)挖土量過大，或封閉式頂進(jìn)時(shí)推進(jìn)力小于上體壓力。 c.遇有流砂情況。 (2)預(yù)防措施。 a.頂進(jìn)施工中應(yīng)采取短開挖、勤頂進(jìn)的方法，嚴(yán)禁超挖，并隨時(shí)注意到土質(zhì)的變化情況，以便采取相應(yīng)措施防止坍塌。 b.認(rèn)真做好土體的降水工作。 4 頂管糾偏考前須知 (1)糾偏應(yīng)在頂進(jìn)過程中進(jìn)展。在靜止?fàn)顟B(tài)糾偏，首先糾偏力大，土質(zhì)越硬糾偏力越大。其次，靜止糾偏測(cè)點(diǎn)偏差有時(shí)反而增大，而頂進(jìn)中糾偏，糾偏量逐漸增加。第三，靜止糾偏對(duì)第1段鋼筋混凝土管會(huì)產(chǎn)生較大的不均勻應(yīng)力。 (2)鋼筋混凝土管糾偏比擬靈敏，所以頂管的糾偏角不宜過大，否那么會(huì)造成軸線較大彎曲。 (3)第1節(jié)管段的質(zhì)量要好，因?yàn)樵摱纬惺芄ぞ吖芗m偏的反復(fù)應(yīng)力。故長(zhǎng)距離或超長(zhǎng)距離頂管時(shí)第1節(jié)管段可采用鋼質(zhì)管段代替鋼筋混凝土管段。 (4)第1段管段的長(zhǎng)度不宜過長(zhǎng)。管段越短越有利于糾偏，管段長(zhǎng)會(huì)影響糾偏的靈敏度。 (5)工具管糾偏的效果滯后。因?yàn)楣ぞ吖艿臏y(cè)點(diǎn)至端面有一定距離，糾偏效果至少要頂進(jìn)這