淺析頂管排水涵工程施工技術(shù)

李春和

(唐山興達(dá)交通工程有限公司　唐山　063300)

淺析頂管排水涵工程施工技術(shù)

李春和

(唐山興達(dá)交通工程有限公司唐山063300)

摘要隨著頂管法施工技術(shù)在公路工程中的大量應(yīng)用,頂管施工技術(shù)也日趨完善。文中以唐曹公路改建工程第七標(biāo)段中的頂管排水涵工程為例，對頂管施工工序、頂管測量技術(shù)，以及頂管注漿技術(shù)等進(jìn)行了探討和闡述。

關(guān)鍵詞頂管施工注漿土力學(xué)質(zhì)量控制

1　施工組織及方法

1.1工程概況

唐曹公路改建工程第七標(biāo)段涵洞共布設(shè)一道，正線ZDK25+080.748處設(shè)一孔直徑2.0m管涵，采用頂管法施工，頂管排水涵全長為291.53m，由56.792,66.835,167.903m3段直線段組成，2直線段在相接的轉(zhuǎn)角處設(shè)工作井，共有工作井3個。入口段30m、中間段32.738m和出口段59.792m采用明挖施工(含工作井)，其余采用頂進(jìn)施工。頂進(jìn)相接端1.9m采用暗挖施工，采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。

1.2施工進(jìn)度計劃及勞動力安排

頂管涵開工日期為2013年9月20日，完工日期為12月5日。總工期90d。頂管排水涵2段各設(shè)1個工作井，按每天頂進(jìn)速度4m計算，管涵頂進(jìn)段施工時間約為65d，考慮工作井施工時間5d和養(yǎng)護(hù)期5d，以及出入口附屬工程15d。排水頂管涵施工工期可考慮為90d。

2　頂管施工程序

2.1頂進(jìn)井工作基坑土方開挖

根據(jù)頂進(jìn)井工作基坑的設(shè)計尺寸6m(長)×5m(寬)和該地段的地質(zhì)條件和現(xiàn)場的施工條件，采用人工配合風(fēng)鎬對頂進(jìn)井工作基坑的土方，分層分段開挖，盡量減少擾動原狀土，并及時進(jìn)行C25鋼筋混凝土支護(hù)。當(dāng)達(dá)到基坑底標(biāo)高以上0.5m時采用人工開挖，盡量減少對基底原狀土的擾動。

2.2工作井制作原理與方法[2]

(1) 根據(jù)地形與設(shè)計施工要求，本標(biāo)段頂管采用部分明挖和頂進(jìn)施工。

(2) 為防止頂進(jìn)時工作坑的滑移與左右傾覆的事故發(fā)生，必要時采用降水，減少淤泥層的水位，改變土層的支撐力，保證在無水的工作井基坑下施工。

(3) 工作井開挖后，如基底土質(zhì)較差，將工作井基坑底板換填50～100cm厚的碎石砂層，加大地面摩擦力，在底板的兩端設(shè)地梁，必要時打槽鋼入地下作地梁的錨，保證反滑力與反傾覆力。

(4) 后墻(頂力的后座)施工采鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，基坑較深，整個工作井成矩形。利用3個工作井來施工頂進(jìn)段，減少了施工造價與施工時間，保證了工期與質(zhì)量。

2.3頂管施工流程

頂管施工流程見圖1[1]。

圖1　頂管施工流程圖

3　頂管頂進(jìn)施工工藝

3.1推力計算(直徑2 000mm)[3]

式中：F為總推力；F1為端阻力；F2為側(cè)壁摩阻力。

式中：D為管外徑；p為控制土壓力。

式中：Ko為靜止土壓系數(shù)；一般取0.55;Ho為地面至掘進(jìn)機(jī)(工具頭)中心的高度，取值8 m;γ為土的重量，取20kN/m3。

式中：f為管外表面綜合摩擦阻力，取值14kN/m2;D為管外徑;L為頂距，取值為66m。

頂管工作井允許最大頂進(jìn)力1 000t，安全系數(shù)取1.25，最大控制頂力為8 000kN。因此，無須加設(shè)中繼間接力頂進(jìn)。考慮地下工程復(fù)雜性及不可預(yù)見因素，設(shè)備頂進(jìn)能力應(yīng)達(dá)到8 000kN，采用2個4 000kN的千斤頂可滿足要求。

3.2管材接口、下管就位[4]

(1) 頂進(jìn)段頂管管材采用φ2000F型接口管材。選用優(yōu)質(zhì)合格的管材并處理好管節(jié)接口對頂管施工是十分重要的。要按有關(guān)規(guī)范對管材作現(xiàn)場檢查驗(yàn)收，如發(fā)現(xiàn)不合格堅決予以退回。頂管管節(jié)的第一節(jié)和最后一節(jié)進(jìn)行特殊處理。

(2) 針對現(xiàn)場實(shí)際情況，鋼筋混凝土管下管就位采用吊車吊裝，人工配合的方式進(jìn)行，下管時工作坑內(nèi)嚴(yán)禁站人。

(3) 管節(jié)起吊時應(yīng)保持水平狀態(tài)，起吊要緩慢平穩(wěn)，施工作業(yè)人員用麻繩牽引，避免管節(jié)來回晃動。管節(jié)下吊速度均勻，低速輕放。當(dāng)管節(jié)距導(dǎo)軌小于50cm時，操作人員方可近前工作。管節(jié)將至井底時，平穩(wěn)放置在軌道面上。

3.3頂管測量與控制[5]

頂管工程的測量工作是整個頂管工程質(zhì)量的關(guān)鍵，測量工作的準(zhǔn)確性將直接影響到管線實(shí)際軸線的平順，甚至影響到頂管的順利貫通。因此，要嚴(yán)格按照測量規(guī)范和設(shè)計要求精心實(shí)施，確保無誤。

在頂進(jìn)中堅持“勤測、勤糾、緩糾”的原則。當(dāng)工具管開始頂入土層中，每頂進(jìn)0.3m測量1次；正常頂進(jìn)后每頂進(jìn)1m測量1次；當(dāng)出現(xiàn)偏差時，應(yīng)停止頂進(jìn)，分析原因，再及時糾正，糾偏逐步進(jìn)行，堅持“緩糾、慢糾”，小角度慢慢糾偏，糾偏角度控制在10～20s之間，并且增加測量次數(shù)。鋼筋混凝土頂管最大偏角≤ 0.5°。

管線軸線偏差≤50mm。

標(biāo)高偏差+30～-40mm。

相鄰管節(jié)錯口≤10mm無碎裂。

內(nèi)腰箍不滲漏，橡膠止水圈不脫出。

近接口抗?jié)B試驗(yàn)應(yīng)達(dá)0.5MPa，頂管在糾偏過程中應(yīng)勤測量，多微調(diào)。

3.4頂管機(jī)進(jìn)出洞口技術(shù)方案

(1) 對進(jìn)出洞口土體采用壓密注漿進(jìn)行加固，加固的范圍：在深度方向，洞口上下各2m，左右各2m；長度方向?yàn)?m。

(2) 為使進(jìn)出洞口頂進(jìn)過程中不發(fā)生泥水流失，在進(jìn)出洞口里安裝橡膠止水法蘭。

(3) 進(jìn)出洞措施。①作好進(jìn)洞前的準(zhǔn)備工作，包括人員設(shè)備；②工具管出洞后，及時將工具管吊出井外,并抓緊處理井內(nèi)泥漿和進(jìn)行洞口封門止水;③工具管出洞后止水工作抓緊做好，就可避免洞口處土體流失、管節(jié)沉降等現(xiàn)象，從而確保頂管質(zhì)量;④如兩端頂進(jìn)，工具管將用鋼筋焊接處理，再澆注混凝土，形成鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)連接2段管段。

3.5頂管注漿[6]

注漿是最大限度降低頂進(jìn)阻力的關(guān)鍵。注漿使管周外壁形成泥漿潤滑套，從而降低了頂進(jìn)摩擦阻力，形成支撐作用。注漿原則是先注漿，后頂進(jìn)；隨頂進(jìn)，隨注漿。注漿時還要滿足以下幾點(diǎn)要求。

(1) 選擇優(yōu)質(zhì)的觸變泥漿材料，對膨潤土取樣測試，主要指標(biāo)為造漿率、失水量的動態(tài)比。

(2) 在混凝土管上預(yù)埋壓漿孔，壓漿孔的設(shè)置要有利于漿套的形成。注漿前通過注水檢查注漿設(shè)備，確認(rèn)設(shè)備正常后方可灌注。

(3) 膨潤土的貯藏及漿液配制、攪拌、膨脹時間按照規(guī)范進(jìn)行，攪拌均勻的泥漿靜置一定時間后再灌注。

(4) 壓漿方式要以同步注漿為主，補(bǔ)漿為輔。在頂進(jìn)過程中，要經(jīng)常檢查各推進(jìn)段的漿液形成情況。

(5) 注漿設(shè)備和管路要可靠，具有足夠的耐壓和良好的密封性能。注漿遇有機(jī)械故障、管路堵塞、接頭滲漏等情況時，經(jīng)處理后方可繼續(xù)頂進(jìn)。

(6) 注漿泵的流量與頂進(jìn)速度相匹配。

攪拌時間：不小于3min，漿液中不得混有水泥結(jié)石、水泥袋紙等雜物。

3.5.1頂管注漿終止條件

(1) 注漿總量和注漿壓力均達(dá)到設(shè)計要求。

(2) 注漿總量已達(dá)到設(shè)計的70%，且注漿壓力達(dá)到設(shè)計注漿壓力的150%并維持5min以上。

(3) 注漿總量已達(dá)到設(shè)計的70%，且管頂或地面出現(xiàn)明顯上抬。

3.5.2頂管注漿施工中出現(xiàn)的問題和相應(yīng)措施

(1) 閥門打不開。壓力達(dá)到10MPa以上仍然打不開壓漿閥，說明閥門已經(jīng)損壞，不要強(qiáng)行增加壓力，可在另一根管中補(bǔ)足壓漿數(shù)量。

(2) 出現(xiàn)注漿壓力低于正常值。應(yīng)改為間歇壓漿，間歇時間可為30～180min，間歇壓漿時可適當(dāng)降低水灰比，當(dāng)間歇時間超過60min宜壓入清水，清洗導(dǎo)管和管閥。

(3) 出現(xiàn)冒漿。注漿時常會發(fā)生水泥漿沿著管側(cè)或在其他部位冒漿的現(xiàn)象，若水泥漿液是在管或者地面上冒出，說明管底已經(jīng)飽和，可以停止壓漿；若從管側(cè)壁冒漿，壓漿量也滿足或接近了設(shè)計要求，可以停止注漿；若從管側(cè)壁冒漿且壓漿量較少，可將該注漿管用清水或用壓力水沖洗干凈，等到第2天原來壓入的水泥漿液終凝固化、堵塞冒漿的毛細(xì)孔道時，再重新壓漿。

3.6頂進(jìn)[2]

頂進(jìn)利用千斤頂出鎬，在后背不動情況下將被頂進(jìn)管節(jié)推向前進(jìn)，其操作過程如下。

(1) 安裝好頂鐵并擠牢，管前端已入土一定長度后，啟動油泵，千斤頂過油，活塞伸出一個工作行程，將管節(jié)推向一定距離。

(2) 停止油泵，打開控制閥，千斤頂回油，活塞回縮。

(3) 添加頂鐵，重復(fù)上述操作，直至安裝下一節(jié)管子為止。

(4) 卸下頂鐵，下管，用鋼套環(huán)連接混凝土管，在混凝土管接口處放一圈木墊層，以保證接口縫隙密封和受力均勻，并采用橡膠止水圈防滲漏，保證管與管之間的連接安全。

(5) 重新裝好頂鐵，重復(fù)上述操作。

3.7頂管跟蹤注漿與頂管結(jié)束后補(bǔ)漿控制沉降

為防止頂管頂進(jìn)過程中地面沉降的發(fā)生，在原配漿的基礎(chǔ)上，將水的摻量降低6%，來提高觸壁泥漿的稠度，起到控制觸壁泥漿的流失，可防止地面沉降的發(fā)生。

4　結(jié)語

頂管施工技術(shù)是一門對施工管理要求高，綜合技術(shù)全面的技術(shù)。通過這項(xiàng)技術(shù)創(chuàng)造出了較大的社會經(jīng)濟(jì)效益，對環(huán)境的保護(hù)及安全施工起到了積極的作用。隨著頂管技術(shù)的不斷成熟和完善，它將成為被施工單位廣泛采納并推廣應(yīng)用的技術(shù)。

參考文獻(xiàn)

[1]高鵬舉.頂管技術(shù)在市政地下管道施工中的應(yīng)用[J].科技資訊,2010(30):107-108.

[2]王波.管道中頂管施工關(guān)鍵技術(shù)問題[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報,2010(9):84.

[3]薛振興.頂管施工頂力計算與力學(xué)特性研究[D].北京：中國石油大學(xué),2010.

[4]何大鵬,陳 磊.頂管施工工藝及質(zhì)量控制[J].山西建筑,2010(9): 152-154.

[5]蔣文路.頂管工程施工中關(guān)鍵性技術(shù)環(huán)節(jié)的控制[D].合肥:合肥工業(yè)大學(xué),2009.

[6]楊燁旻.頂管施工注漿作用及環(huán)境效應(yīng)研究[D].上海:上海交通大學(xué),2010.

收稿日期：2015-02-12

DOI10.3963/j.issn.1671-7570.2015.04.010