膨脹固化土材料在頂管灌漿施工中的應(yīng)用研究

鄧寧

【摘 要】本文以南寧市亭洪路延長(zhǎng)線（壯錦大道-規(guī)劃七路）污水管道工程施工為例，論述了頂管施工要點(diǎn)及控制措施。

【關(guān)鍵詞】膨脹固化土;頂管技術(shù);施工;應(yīng)用

中圖分類號(hào)： S156.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A文章編號(hào)： 2095-2457（2019）02-0056-002

【Abstract】Taking the sewage pipeline construction of the extension line of Tinghong Road（Zhuangjin Avenue-Planning Seven Road）in Nanning City as an example，this paper discusses the key points and control measures of pipe jacking construction.

【Key words】Expansion solidified soil; Pipe jacking technology; Application

長(zhǎng)期以來(lái)，城市建設(shè)過(guò)程中，由于排水、煤氣、電力、通信等管道施工，城市道路被頻繁開(kāi)挖，嚴(yán)重影響了人民的生活。頂管施工技術(shù)不需開(kāi)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。

管道施工結(jié)束后，在施工過(guò)程中造成管道與土層之間的空隙需要進(jìn)行填充，目前普遍采用的填充材料是水泥漿，采用水泥漿進(jìn)行管隙填充存在幾個(gè)問(wèn)題：第一，由于水泥漿體密度大、流動(dòng)性能好，在填充的過(guò)程中可以填充各種縫隙，造成水泥的用量不可控;第二，水泥漿體水化后會(huì)收縮，由于在填充的過(guò)程中不能保證管道空隙的均勻性，故水泥漿體硬化后在管道長(zhǎng)度范圍內(nèi)的收縮率不同，導(dǎo)致管道以上土體發(fā)生不均與沉降;第三，水泥漿體硬化后強(qiáng)度較高，管道在使用的過(guò)程中一旦發(fā)生損壞，修補(bǔ)工作很難進(jìn)行。綜合以上頂管施工管隙水泥漿體灌漿的弊端，迫切需要一種新的填充材料解決以上問(wèn)題。

膨脹固化土是理想的頂管施工管隙灌漿土體復(fù)合材料，加入固化劑、膨脹劑的土體強(qiáng)度略高于未開(kāi)挖前的強(qiáng)度，但不會(huì)太高，不會(huì)改變土體內(nèi)部的受力，方便管道進(jìn)行維修檢查，由于加入膨脹劑，固化土在固化后不會(huì)收縮，不存在管道以上土體的不均勻沉降問(wèn)題;同時(shí)，灌漿的主要材料—土壤取于管道開(kāi)挖的廢料，不需要棄土，具有較好的經(jīng)濟(jì)環(huán)保效益和推廣應(yīng)用價(jià)值。

1 頂管施工技術(shù)原理

1.1 頂管施工原理

頂管施工的基本原理為：從地面開(kāi)挖兩個(gè)基坑井，然后管節(jié)從工作井安放，通過(guò)主頂千斤頂或中繼間的頂推機(jī)械的頂進(jìn)，推動(dòng)管節(jié)從工作井預(yù)留口穿出，穿越土層到達(dá)接收井的預(yù)留口邊，然后通過(guò)接收井的預(yù)留口穿出，形成管道的施工。同時(shí)，在施工過(guò)程中，緊隨著鉆桿管的管道或掘進(jìn)機(jī)后的管道將埋于兩個(gè)坑之間，以達(dá)到順利完成施工任務(wù)的目的。在長(zhǎng)距離頂管施工中，由于主缸頂管推力不足，為了克服管壁周圍的阻力，通常采用分段施工的方式施工。在不同管道之間設(shè)置中繼站，在管壁周圍添加抗磨劑，方便長(zhǎng)距離頂管施工的順利進(jìn)行，使其在市政工程建設(shè)中發(fā)揮更好的作用。

1.2 頂管施工技術(shù)優(yōu)勢(shì)

與開(kāi)挖方法相比，頂管施工具有顯著的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)。例如，頂管施工僅采用工作基坑和接收基坑。整個(gè)施工過(guò)程安全可靠，對(duì)交通影響小，有利于市政工程車輛安全順利通過(guò)。在頂管施工中，工程量相對(duì)較小，只需要挖出管段的土層即可。施工任務(wù)少，能有效減少對(duì)周圍建筑物的破壞，有利于實(shí)施安全文明的施工要求。同時(shí)可以節(jié)省人工和機(jī)械成本，達(dá)到節(jié)約施工成本的目的。

1.3 頂管施工不足

但需要注意的是，與開(kāi)挖法相比，頂管法也存在明顯的缺陷和不足。例如頂管施工中曲率半徑小，頂管施工過(guò)程中會(huì)結(jié)合各種曲線，增加施工難度，給工程施工帶來(lái)不利影響。頂管施工通過(guò)軟土層時(shí)，如果質(zhì)量控制不到位，很容易發(fā)生偏差，加大施工控制難度，糾正這種偏差也很困難。如果忽視改進(jìn)措施，很容易導(dǎo)致管道沉降不均勻，不利于提高工程質(zhì)量。

2 性能測(cè)試分析

為了進(jìn)一步了解和掌握固化劑的性能和使用方法，選擇了有代表性的土壤排水段匹配測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如表1所示，結(jié)果表明，當(dāng)固化劑的劑量按照0.25%，即6000g的黏土摻加15g的固化劑的條件下可以得到的固化土的28d抗壓強(qiáng)度最大，可以達(dá)到1.92MPa，當(dāng)固化劑的劑量為0.1%時(shí)得到的固化土的28d的浸水抗壓強(qiáng)度最大，可以達(dá)到1.13MPa。試驗(yàn)結(jié)果表明，使用水泥固化膨脹土的28d抗壓強(qiáng)度主要取決于水泥的摻量，固化劑的劑量對(duì)28d抗壓強(qiáng)度影響不大。而浸水后的強(qiáng)度并不是隨著固化劑的劑量的增加而增大，而是劑量為0.1%的28d浸水抗壓強(qiáng)度最大，原因可能是固化劑的摻量增加后導(dǎo)致試件的吸水率增加從而降低了強(qiáng)度。因此，性能測(cè)試中選擇使用固化劑的摻量為0.1%的材料摻和比例。

3 頂管施工技術(shù)在市政工程中的應(yīng)用

3.1 施工前技術(shù)準(zhǔn)備

施工前應(yīng)試圖了解土壤的物理性質(zhì)（粒度、水分、塑性指數(shù)和滲透系數(shù)），分布（分布范圍和深度），力學(xué)參數(shù)（內(nèi)摩擦角、凝聚力和標(biāo)準(zhǔn)貫入值）等等。了解地下水的狀態(tài)及其變化規(guī)律、地下水位、水源及是否受潮汐影響。如果砂層存在，就有必要查明砂的含量以及砂的級(jí)配關(guān)系和細(xì)度。巖石圈是否有裂縫發(fā)育應(yīng)明確;如果風(fēng)化巖層需要定義為強(qiáng)風(fēng)化、中風(fēng)化或弱風(fēng)化，其抗壓強(qiáng)度和抗剪強(qiáng)度是多少，屬于砂巖或粉質(zhì)泥巖，是整體結(jié)構(gòu)還是條狀結(jié)構(gòu)。

3.2 頂升線確定及井位設(shè)計(jì)

頂升距離由設(shè)備條件和周圍環(huán)境決定。考慮到工作井成本高，有必要盡可能減少工作井的數(shù)量。目前，管道設(shè)計(jì)院主要按照露天礦設(shè)計(jì)模式進(jìn)行管道設(shè)計(jì)。因此，在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研后，應(yīng)盡可能優(yōu)化線路設(shè)計(jì)，避免土層對(duì)頂管施工的不利影響，盡量避免建筑物和樹(shù)木。在每一口工作或接收井的設(shè)計(jì)中，最好檢查井的位置。線路與周邊結(jié)構(gòu)的距離設(shè)計(jì)時(shí)要考慮到未來(lái)檢查井的方便和空間，避免沖突。根據(jù)設(shè)計(jì)單位的研究成果，可以根據(jù)目前的技術(shù)要求適當(dāng)延長(zhǎng)探井間距。土層頂進(jìn)深度范圍較復(fù)雜的，應(yīng)與設(shè)計(jì)部門協(xié)商標(biāo)高。

3.3 頂推推力及管道設(shè)計(jì)

頂力的計(jì)算方法和模型很多，但只能考慮定性分析和綜合評(píng)價(jià)。傳統(tǒng)上頂推推力主要與土質(zhì)及頂推推力是否注漿有關(guān)，但實(shí)際上頂推推力與設(shè)備形式等諸多因素有關(guān)。采用管材形式、土層變化、靠背剛度、是否有偏差校正、工作形式好、頂升速度快、實(shí)踐表明，整個(gè)三維模型和多參數(shù)系統(tǒng)主要用于頂進(jìn)過(guò)程的仿真在加工過(guò)程中對(duì)結(jié)構(gòu)的各個(gè)部分施加應(yīng)力。關(guān)于鋼管設(shè)計(jì)、鋼管配筋量、混凝土強(qiáng)度、混凝土端部處理、鋼筋布置等。

3.4 現(xiàn)場(chǎng)施工管理

在現(xiàn)場(chǎng)施工中，管道經(jīng)常含有污垢或施工殘留物，應(yīng)及時(shí)清理，否則會(huì)給閥門、儀表和設(shè)備帶來(lái)嚴(yán)重?fù)p壞。管道鋪設(shè)、焊接零件清洗前后，可大大減少系統(tǒng)清洗完畢后的工作量。清洗后，可對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行分壓或整體壓力試驗(yàn)，并對(duì)系統(tǒng)強(qiáng)度和密封性進(jìn)行試驗(yàn)。

3.5 測(cè)量線設(shè)置和現(xiàn)場(chǎng)電平

在槽的底部，根據(jù)槽高設(shè)計(jì)對(duì)固定樁進(jìn)行測(cè)量和找平。渠段兩側(cè)敷設(shè)后，溝槽底部應(yīng)比墻基礎(chǔ)高30～40mm。清除粒徑大于40mm的石頭、雜草、根莖等雜物。槽底砂應(yīng)疏松、均勻、均勻，特別是底部的墻土應(yīng)填土，嚴(yán)禁破碎。

3.6 土壤類型和含水量的測(cè)定

含水率適宜在12%～18%之間，但不宜超過(guò)25%，土壤含水率過(guò)小或過(guò)大應(yīng)灑水或烘干。

3.7 鋪裝、混合、固化劑

按確定的比例計(jì)算每100平方米的用量，并將固化土放入袋中。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，它是均勻分布的。然后用（或手扶拖拉機(jī)）多拉齒耙4次以上拌勻，手工用鐵耙局部找平或拌勻墻腳。深層攪拌溫度一般控制在15攝氏度左右，攪拌均勻。

3.8 軋制養(yǎng)護(hù)

石磨的尺寸可根據(jù)施工方便而定。軋制的密實(shí)度應(yīng)控制在90%以上。軋制后，及時(shí)用薄塑料膜或草皮覆蓋1～2d，并根據(jù)氣候條件適當(dāng)噴施養(yǎng)護(hù)。應(yīng)注意保護(hù)已形成的凝固部件。不要使用重型車輛或重物。

4 市政工程頂管施工技術(shù)中應(yīng)注意的問(wèn)題

4.1 水文地質(zhì)勘查

頂管施工前，必須嚴(yán)格按照要求進(jìn)行水文地質(zhì)調(diào)查，掌握工程施工的基本條件，制定施工方案，有效指導(dǎo)工程施工。為了解土層地質(zhì)變化，應(yīng)對(duì)回填土帶采取加固措施，注意沉降觀測(cè)，防止地表沉降范圍過(guò)大的發(fā)生，保證地基的穩(wěn)定性和可靠性。

4.2 頂起計(jì)算

在整個(gè)施工過(guò)程中，應(yīng)重點(diǎn)進(jìn)行頂升計(jì)算，熟練運(yùn)用計(jì)算公式，準(zhǔn)確計(jì)算頂升推力。有必要選擇合適的缸型，計(jì)算最大頂進(jìn)力，然后運(yùn)用改進(jìn)和控制對(duì)策，提出合理的加固方案。

5 結(jié)語(yǔ)

市政工程施工，膨脹固化土材料施工技術(shù)具有明顯的優(yōu)勢(shì)，它不僅可以徹底解決管道開(kāi)挖混亂的問(wèn)題，也可以有效應(yīng)對(duì)最糟糕的地下土壤條件，同時(shí)，減少對(duì)其他專業(yè)工程的影響，針對(duì)復(fù)雜地形和交通布局建設(shè)規(guī)劃的城市有許多特點(diǎn)，如經(jīng)濟(jì)、快速、準(zhǔn)確和安全。因此，施工單位在市政工程中要合理利用膨脹固化土頂管施工技術(shù)，把握其施工特點(diǎn)，采取有效措施石長(zhǎng)虹控制了整個(gè)施工行為，最終推動(dòng)了市政工程的快速發(fā)展。

【參考文獻(xiàn)】

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