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解析管道顶管施工的质感调节,顶管施工关键后背

点击: 123 次  来源:http://www.010zws.com 时间:2020-01-26

摘 要:随着我国现代化城市建设的不断发展,水利工程基础建设步伐的逐步加快,地下空间开发工程逐步增多,各种地理环境的特殊性也增加了地下工程建设的难度。本文结合工程实例对水利工程中的顶管施工技术进行了阐述。

分析管道顶管施工的质量控制具体内容是什么,下面本网为大家解答。

下面是本网给大家带来关于顶管施工后背的相关内容,以供参考。

关键词:水利工程;顶管技术;设计;施工

所谓顶管法施工,即是在工作坑内借助于顶进设备产生的顶力,克服管道与周围土壤的摩擦力,将管道按设计的坡度顶入土中,并将土方运走。一节管子完成顶入土层之后,再下第二节管子继续顶进。其原理是借助于主顶油缸及管道间、中继间等推力,把工具管或掘进机从工作坑内穿过土层一直推进到接收坑内吊起,与此同时,把紧随工具管或掘进机后的管道埋设在两坑之间。

一。后背的选取

顶管技术又称非开挖管道敷设技术,它具有不需要开挖面层,就能穿越地面构筑物和地下管线吸公路、铁路、河道的特点,相比开挖敷设技术,投资和工期将大大节省。同时,顶管施工技术可以降低噪音,减少粉尘,减轻对城区的交通条件和环境状况的干扰和破坏,属于真正的无污染、高效率的施工技术,故顶管施工必将在城市建设中得到广泛的应用和发展。为了更好地保护城市环境,方便居民,生活,减少施工造成的交通影响,目前各个城市都在积极推行顶管施工技术。

1顶管技术的必要性

后背是工作坑内抵抗顶力的一个措施,主要是为千斤顶顶出时后面有足够的支撑力,后背的质量是其能完成顶管整个过程的重要技术措施。其质量应满足下面三个“要求”:

1 工程实例

1)城市交通的需要。对于繁忙而脆弱的城市交通系统,开挖敷设地下管道势必会造成交通中断,特别是敷设横穿城市主干道下的管道,大开挖埋管必然带来交通阻断,造成巨大的经济损失。在非开挖状态下对这些管道进行修复和敷设,浅埋顶管技术有了用武之地。2)当地面建筑物较多,无法采用槽工艺进行地下管线施工,或开槽施工支护费用过大,易造成建筑物的破坏,以及碴土堆放、外运造成市区污染,给市民工作、生活带来不便时,宜采用顶管施工工艺,进行地下管网施工。

强度和刚度应足够大;

正坑排洪渠整治工程三标松山湖大道处,因渠道经过松山湖大道,需下穿松山湖大道而建。涵管下穿的渠道水力要素为:Q设=30m3/s,i=1.5/10000,h设=3.4m,△h超=0.75m,H总=4.15m。工程地质为坡残积砂质黏土,外堤为利用渠道开挖的砂质黏土人工夯填而成。涵管管材为钢筋砼管,涵管内径2.4m,每节长3.0m,总长度66.0m,涵管管顶距渠底2.5m,工作坑形状为方形,采用沉井法施工,后座墙采用现场浇筑整体式混凝土墙,施工顶进方向从工作井向接收井进行。

2.顶管施工关键质量控制

后背英语顶进管道平面垂直且紧密接触;

2 主要工程技术

2.1在顶管施工前应对场地进行详细的勘察

宽度、长度、厚度应满足规范和实际需要。

顶管施工是一种不开挖沟槽而敷设管道的工艺,它运用液压传动产生强大的推力使管道克服土壤摩阻力顶进的施工技术,主要难点是临近渠道水体,渠道水下渗引起的开挖面涌水或塌方破坏问题。 2.1 施工工序 现场调查→工程降水→测量放线→工作井定位与开挖→工作井基础、导轨及附属设施施工→后背设计与施工→顶进设备与设施准备→渠道必要的加固或停水→下管→挖土→顶进→测量校对→接口→附属工程施工→压浆。 2.2 前期准备 顶管施工属于地下工程,影响施工的因素很多,施工前应探明地质,组织施工人员认真学习施工技术文件,了解施工范围、管道沿线的地形、地质水文地质条件,完成作业范围内地下管线等调查并保护,编写好顶管施工技术组织设计,制定好可靠的进洞措施。 顶进施工前应根据设计资料,结合地形、地质情况,对涵管位置、方向、长度、出入口高程等进行校对,施工期应避开渠道供水高峰期和雨期。 工作井要保证施工期间连续排水要求,顶进作业应采取降水措施,地下水位应降至基底以下0.5~1.0m,经常保持顶管掘进机底部无积水现象,如遇积水,应及时排除,以防止土体基底软化,雨期施工还应做好地面排水。 对涵管同时布置监测点,必要时监测顶进施工期间的渠底沉降量。管道接口形式选择钢承口管接口形式,钢套环与混凝土管处采用水膨胀橡胶止水圈止水,以防止结合面产生渗漏。施工前应检查管道接口处护口铁和承插口,钢套环接口无疵点,焊接接缝平整,并经防腐处理,承插口处不得有缺棱掉角,对外观质量及回弹强度不合格的管材应予立即退场。 2.3 总推力复核 总推力的大小确定,是以工作井能承受的最大推力、管材所能承受的最大推力和全程顶进所必须具有的推力这三者中的最小值为依据的,顶进施工前应进行复核。 根据地质勘探的结果确定管线穿越的土层的最大顶力计算公式为: P=frD[2H+tan2(45°-φ/2)+ε/]L 式中:P为计算总顶力,kN;r为管道所处土层的重力密度,kN/m3;D为管道的外径,m;H为管道顶部以上覆盖土层的厚度,m;φ为管道所处土层的内摩擦角,°;ε为管道单位长度的自重,kN/m;L为管道的计算顶进长度,m;f为管壁与土间的摩擦系数。 考虑到顶管顶进采用人工在管前端开挖,因此,计算最大顶力时只考虑管道自重及土的侧面土压力和管道与土的摩擦力即可。 核算后背1m宽度上土壤的总被动土压力,使土壁单宽上受力不大于土壤的总被动土压力,1m宽度土壤的总被动土压力计算公式为: P=0.5rh2tan2(45°+φ/2)+2Chtan(45°+φ/2) 式中:r为土壤的重度,kN/m3;h为天然土壁后背的高度,m;φ为土壤的内摩擦角,°;C为土壤的黏聚力,kN/m2。 管材所能承受的最大顶进力计算公式为: 式中: [Fr]为许用顶力,kN; σc为管体抗压强度,kN/m2; A为加压面积,m2; S为安全系数,取S=2.5~3.0。

勘察内容包括工程地质和水文地质情况,了解土层变化情况及地下水位情况;对地下管线的探查;穿越建筑物时对建筑物基础的探查。顶管机械的选择应根据所经过场地的地质情况合理选用。泥水平衡、土压平衡、气压平衡及人工掏土等型式的机头各有其适用范围,不同型号的机头各自的特点也不一样,在顶管机械设备的选择上,应事先做好充分的勘察探测工作,区分不同类土质选用合适的机械设备。

后背的形式种类多,就其使用来说,基本分为三类:

3 技术要点

2.2选择合理的施工工艺

覆土浅或土体松散时,就得依靠自己修筑足够强度的人工后背。

管涵顶进采用前高后低,坡度控制在3%左右,地下水位以下顶进时,工作坑要设在涵管下游,逆管道坡度方向顶进,有利于施工期间管道排水需要。 顶管采用在管前先挖土,后顶进的手工掘进顶管法作业,开挖从上往下开挖,开挖面的坡度控制在1:0.75,轴线超挖量≤0.3m,渠底下适当减短,管节上部超挖量≤15mm,管节下部135°范围内不应超挖,严禁扰动基底土壤,在顶进过程中应采取随挖随顶的原则和“勤测量、多微调、紧封闭”的操作方法。 为控制顶进方向,应在涵管外50~100m处设置导向墩,控制点应设在不易扰动、视线清楚、方便校核、易于保护处。管节顶进中,每一顶程都要对中线和高程进行观测,发现偏差及时纠正,左右偏差可采用挖土校正法和千斤顶校正法调整,上下偏差可采用调整刃脚挖土量或铺筑石料等方法调整。 液压设备启动时应空转一段时间,检查系统无异常后顶,顶进开始时,应缓慢进行,待各接触部位密合后,再按正常顶进速度顶进,液压千斤顶顶紧后(顶力约为0.1倍结构自重),应检查顶进设备、后背设施和工作坑周围土体稳定情况,无异常后分级加压(5~10MPa为一级)试顶,并严密监测,当顶力达到0.8倍结构自重时涵管未启动,应停止顶进,待找出原因采取措施后才可以重新加压顶进,顶进中若发现油压突然增高,应立即停止顶进,检查原因并经处理后方可继续顶进,顶进作业面上还应设专人监护。 顶进作业应昼夜三班不间断连续进行,不得长期停顿,防止造成阻力增大,增加顶进难度,或因中途停置地下水渗出,造成坍塌破坏。涵管顶进作业停顿时应使刃角有足够的吃土量,当停顿时间较长,为防止开挖面的松动或坍塌,应对挖掘面及时采取正面支撑或全部封闭措施。 在管道顶进施工中,应不间断的测量并详细记录以下工艺参数:①顶进力;②管道在垂直高程和侧向位置的偏离情况;③管道顶进长度等。记录数据中必须包括如下信息:施工时间、施工现场的详细位置、地层和地下水条件等,异常应停止顶进,分析原因并处理后方可继续顶进。顶进中的施工记录是提高顶进质量的保证,每班组按规范要求真实、清晰、完整地填写好顶管记录表格和施工中的情况,交接班时,必须认真交接清楚记录,交清管道轨迹和纠偏趋向,并说明在顶进操作中所出现的问题及处理情况。 为了顺利完成顶管接收工作,进洞口土体应采用门式加固法进行加固封门,即对所顶管道破堤处两侧和顶部一定宽度和长度范围内的土体进行加固,以提高这部分土的强度,从而使涵管在进洞中不发生坍洞或涵管管顶不带出土方现象。洞口加固采用低标号混凝土砌堵砖封门,也可用低标号的混凝土取代砖头,涵管到达时把封门拆除。

施工工艺是否合理对顶管施工的成败起关键性的作用。顶管施工工艺是指从机械设备开始进入场地到顶进全部结束的整个过程。其包括顶进机械的选择,顶进线路的选型,机头的进出洞技术及注浆减摩技术等。要根据顶管直径选用工具管,可采用顶部前伸式,网格加密式等。塌方的另一个原因是操作失误。例如,盲目超前开控,停顶后没有防塌的措施等诸如此类的操作、管理不当,造成地面沉降。

覆土深时可以利用天然的土体作为后背。

4 结束语

2.3顶管施工线形控制技术

在混凝土或钢筋混凝土竖井内修筑的现浇钢筋混凝土后背。

顶管是非开挖埋设地下管道的工程技术之一, 对于开槽埋管从社会效益与经济效益上来讲更具有优越性。不需要修建围堰或断水进行施工,不破坏环境,施工受气候和环境的影响较小,不影响管道的段差变形,降低工程造价显著等优点,加强对工程实施过程中的监督管理,抓住关键问题和重要工序,严格遵守设计,旨在不断地加强施工技术水平及保证工程的质量。

控制好顶管的线形,既满足了设计的要求,又避免了过大纠偏造成的地面较大的沉降。一般来说,直线顶进较曲线顶进对周围土体及环境扰动较小。但实际工程中往往由于使用位置及工程地质条件的限制,必须绕开地下构筑物或由于土质不好顶管较难顶进,就需要选择合适的曲线顶进线路。

当采用原土作为后背时,我们需要根据顶力对后背进行安全核算,必要时应采取加固措施。当原土不可以作为后背时,应设计简单、稳定、拆装方便的人工后背。

参考文献 [2] 马奋涛等. 市政给排水工程中的顶管施工技术[J].科技创新报,2009,

2.4顶推动力控制技术

二。后背强度、刚度

1)顶推后座设计:精心设计顶推的反力墙,确保顶推时后座安全。2)泥浆减阻、中继站的采用:配制优质泥浆,压力注入管体与岩土之间有效地降低两者间的摩阻力,从而降低了顶推力,有利于顶进系统安全、减小管体偏移、降低地面沉降。3)在管道顶进过程中要处理好管道接头的密封问题。密封不好会产生渗漏,增加地层损失,也给施工带来不便。解决密封问题首先要选择合适类型的管道。4)适速顶进,顶进速度过快,其极易造成地面隆起。顶进过后及时注浆,一方面填充了管体与岩土间的空隙,有效的减小了地面沉降,另一方面起到了注浆减阻的作用。

后背的强度、刚度足够大是保证顶管顶进的基本要求,是千斤项发挥出效率的前提条件。强度大,能承受很大的反作用力而不被破坏。刚度大,使其受压缩变形,能及时恢复原状。后背强度需要值,是由顶管顶进过程中阻力传到千斤顶后作用于后背的最大值决定的,影响因素较多,可分两个角度来分析。

2.5顶进纠偏

1、客观因素主要有管材种类、管径及管节重量、顶进距离、覆土深度、土体种类、地下水位等。

顶进施工中的方向控制,最主要在于做好预防控制措施,如根据顶力不平衡,加强顶进系统的检查和监控,可基本消除顶力不平衡的现象,在很大程度上预防了管道的偏位。可采用以下方式进行纠偏:a.当轴线偏差在10 mm~30 mm,采用挖土纠偏法;b.当轴线偏差30 mm以上,采用顶木纠偏法;c.还可采用千斤顶纠偏,即配合挖土纠偏法,在超挖的一侧管端壁支上小千斤顶,利用小千斤顶的顶力来纠正工具管端部的方向。纠偏时,采取逐步顶进逐步纠偏,限制每一次纠偏量,禁止一次纠偏量过大,防止反向偏差产生。

管材种类土质一样,当所用管道材料不同,管道材料与周围土的摩擦力会有不同,摩擦阻力越大造成顶力增大,从而所需要后背强度值增大。

2.6关于穿越密集建筑群的顶管施工控制

管径和管节重量管径越大,管节重量越大,管节水平投影的面积也增大,土压力值也越大,这时需要克服的摩擦阻力也越大,顶力也越大。

顶管埋深要达到足够的要求,这样才能在开挖时形成拱效应,使开挖面上部的土体不至于在地面较大的荷载下发生坍塌。对于某些情况当地表建筑物或地下管线基础与顶管距离较近时,为保证建筑物和构筑物的安全,就需要对建筑物和管线下面的土体进行加固。一般采取压密注浆的方式,将浆液注入上中,改善结构物周围的土体力学性质,以减小施工对结构物的影响。

土的种类土的种类也是很受影响的,当为粘土时,一般能形成一定的拱形,而对下面管道压力减少;当为砂粒土或粉土时,很难形成拱形,从而塌落在管道上方,增大了压力,项力也越大。

2.7重视安全事项

地下水的影响水位低时,土层自然围在管道周围,水位高时,水与土混合形成泥浆紧紧地裹在管道周围,对管道前进形成巨大的阻力,从而顶力也越大。

1)施工区域应设置警示牌和警戒线,提示过往车辆要减速通过施工区域。2)地质为石方时,采用风钻先将套管前端的石方击碎,然后人工将碎石由管道内拖运出。3)一次清进工作面宜在0.2~0.3m,碎石清理完毕后,启动管后端的液压顶进设备向前顶进套管。如此循环,直到将套管全部顶进。4)人员在套管内施工时应采用风机加长风管的方式向管道内强制通风。5)单个人工作时间不要超过1h.6)操作人员应佩戴防护镜和防尘口罩以及其它的必要防护用品。7)管内通风。长距离顶管的顶进时间比较长,人员在管内要消耗大量的氧气,管内氧气含量本来就非常低,久而久之就会因缺氧影响作业人员的健康。为保证管内空气达标,可采用二路供气的形式或在其头部安装接力抽吸式风机进行接力。

顶进距离顶管顶进距离越长所承受的管道周围与土体的摩擦阻力越大,造成顶力越大。

覆土厚度顶管管道覆土层厚度越深,单位面积下给管道形成的土压力也就越大,在摩擦系数不变的情况下,所遇到的摩擦阻力也就越大,从而造成项力越大。

2、主观因素对顶力的影响主要是人为造成的,这些事件的发生都没有事先预料到,所以这些主观带来的影响不能事先计算,只能在过程中小心防范。

顶进误差误差来源于人员操作的失误。当人员操作不娴熟,又未能及时发现其中误差且发展趋势越来越大而不能加以校正,使顶管线路发生很大的偏差以致形成了非直线的顶进,这都会给顶进阻力带来非常大的影响,从而使后背遭到破坏。

中途停工中途停工可能由很多原因造成,如油泵损坏要更换等,顶管顶进过程是不允许长时间停工的,因为被扰动的土体一旦重新完成固结将给顶管带来非常大的阻力。

挖土方法在挖土的工作面上,当土质一定的条件下,顶部有超挖或管前先挖出洞后再顶进,这样可以降低阻力。但如先项进管道,再挖土,这样增加了工具管的迎面阻力,会比之前阻力增大许多,因而顶力比先挖土要大很多。

施工的方法和措施同样条件下,采用水冲法要比不出土挤压法的顶力小得多;而出土挤压又比不出土挤压的顶力减小。同时为了减小顶进阻力,常采用注入润滑剂减阻的方法顶进。

一般客观因素造成的阻力大小可以通过理论计算得知,但由主观因素带来的影响,只有在计算得到的阻力基础上,乘以一个保障安全系数,防止主观因素带来的损坏,且同时严格操作规程,才不因此而造成后背墙体的破坏,以致顶管工程的失败。

千斤顶顶进是通过重复顶进、回缩来完成任务的。但千斤顶的行程是有限制的,行程短的一半为200mm.这里要提高千斤顶的效率,就要是后背拥有足够的刚度,当刚度小时,后背承受项力作用后就会产生很大的弹性变形,且这种变形在顶力消失后恢复较小,在下一次顶进时又要压缩,因其残余变形大,因而每次顶进都要浪费一段千斤顶行程。比如后背压缩量为20~30mm,千斤顶行程为200mm,这样千斤顶顶进时的利用效率为70~80%,每次顶进一节2m的管子,需要12~14个行程。为提高顶进效率,一般不采用刚度小的材料作为后背,同时也可以改用行程较长的千斤顶来弥补行程次数多带来的损失。