几种顶管施工方法的比较及应用.doc

几种顶管施工方法的比较及应用第21卷第4期2004伍非开挖技术TrenchlessTechnologyVo1.21.NO.4Aug,2004几种顶管施工方法的比较及应用刘国华乌效鸣(中国地质大学(武汉)if_程学院,武汉,430074)摘要:介绍了几种顶管施工方法,包括静压式顶管,水力冲刺静压式顶管和回转式顶管方法.结合工程实践对这三种施工方法进行了比较.关键词:非开挖,顶管,静压,回转J刖舌目前,非开挖铺管施工的分类方法很多.按成孑L时对周围岩土的影响,非开挖方法可分为:挤土法,部分挤土法和非挤土法.其中的挤土成孑L铺管又包括静压挤土法(小口径顶管法),振动挤土法,冲击器挤土法(冲击矛和夯管锤)和滚压挤土法等.按非开挖工艺和设备分类有夯管锤法,气动矛法,振动冲抓法,顶管法,跟管法以及热钻法等多种.在目前常用的10余种非开挖铺管方法中,根据设备,施工环境,施工地质条件以及目标管线种类不同,每种方法都有其适应性.这里重点讨论水平孑L顶管施工方法.2顶管法2.1顶管法简介顶管施工主要应用于级以下土层.在顶管施工中,通常采用大吨位的顶管机直接顶入管道或边排土边顶入,为了减小阻力,第一节管的前端一般制成楔形,对于大直径的管道施工时,人可直接进入前部进行排土作业,楔形面处于上部,有利于防止地层坍塌,保护作业人员安全.如图1所示.排土作业时,根据土层的稳定程度,可以进行一定程度的超挖,以减小顶入阻力和加快顶管速度.对于小直径顶管,可以采用螺旋钻,水力等方法辅助排土.该方法铺管精度较难控制,特别是管道较重时问题尤为突出.2.2顶管法分类及比较根据顶进时的工艺方法,传统的顶管法可以分为以下几种:(1)静压式顶管,即单纯利用给进油缸顶推及后拉套管;图1大直径顶管人工进入排土的减阻及安全防护(2)水力冲刺静压式顶管,即采用高压水力冲刺破土,油缸顶推套管,管外少量排渣;(3)回转式顶管,即钻头切削土层,套管同步跟进,管内排渣,它可分给水钻进和无水钻进两种,又可分套管回转和不回转两种.静压式顶管工法最为简单,设备要求具有一定的顶推力和拔力即可.静压式顶管一般顶进深度为50m-70m,还可以进行多级顶管.其顶管力刘国华,l980年生,男,汉族,中国地质大学(武汉)研究生院硕士在读,地质工程专业.地址:中国地质大学(武汉)1200207班,邮编:430074.第21卷第4期刘国华乌效鸣:几种顶管施工方法的比较及应用35计算公式为:F=T0+1TD(q+c)L(1)式中:F顶管阻力(kN);T.:顶管端部起始阻力(kN);D:顶管外径(m);q:管周边均布荷载(KPa);:管与土层之间摩擦系数;c:管与土层之间的粘着力(kPa);L:顶管长度(m).从上式可以看出:顶管直径和顶管长度越大,顶管阻力越大;水平管埋设越深,顶管阻力越大.此外,在工程实践中发现顶管速度与顶管阻力之间也存在有正比关系.若取静压式顶管管径127mm,深20m,顶管长度20m,顶管阻力达720KN.可见由于静压式顶管不排渣,对土层产生挤密压实作用,顶管的阻力较大.水力冲刺静压式顶管施工,即钻头部位给高压水冲削土层,油缸给进推力顶进套管,水力冲削的土屑一部份从管外流入井内,套管内保持干净.水力冲刺静压式顶管施工设备相对静压式顶管较为复杂.关键是钻头的加工及水力给与问题.钻头应大于套管,起扩孑L和封堵冲削下来的土层进入套管.钻头的前端装有给水喷头,喷头四周均布有3mm4mm,810个向心角为30.45.的喷嘴,高压水泵将水通过钻杆,由喷嘴射入土中,高压水压力一般为0.5Mpa-3.0Mpa.高压水具有两个作用:(1)冲削土层,对土层起着暂时的扰动和液化,以减少阻力;(2)高压水能带动管周的尾砂流动,起排渣降阻作用.水量,水压应根据顶进的深度而进行调节.一般0m-5m以内水压为0.5Mpa;5m15m以内水压为1.0Mpa2.0Mpa;15m以上水压为2.0Mpa-3.0Mpa.水量大约为25L/min-100L/min.回转式顶管工作原理与跟管钻进方法有许多相似之处,设备一般包括掘进机工作头,控制系统,泥水输出系统,后方顶进系统等.被顶推的管道接在掘进机工作头后,顶进系统一般为一套4,v6只成规律布置的液压千斤顶,需设置反力墙.其适用管径为2503000mm.该工法具有以下特点:(1)顶管机前端部分采用条幅刀盘进行偏心回转,从而能破碎岩石,因而能在粘土,淤泥,砾石等地层施工;(2)顶管机具有纠偏功能,操作员通过定位系统来预测顶管机偏离顶进计划线的偏差值,从而进行方向修正.偏差在30mm以内;(3)一次顶进距离可达100m以上,顶进速度为70200mm/min.在顶管施工技术中顶力是选用施工工法,确定后背墙加固方案和确定施工进度的重要依据.根据施工实践,静压式顶管阻力最大,需要的顶力最大,水力静压式次之,回转式最小.但回转式工法对机具要求最高,静压式顶管对机具的要求最简单.因此,在选择顶管施工时,应根据顶进需要的顶力和设备能力来选择合适工法.3工程应用为降低某灰坝灰场内的地下水对初期土坝的影响,在距初期坝93米处平行布置四口内径3m,间距60m的辐射井,井间铺设127导流钢管相连,进行辐射井对接.工程采用顶管施工方法.开始采取静压式顶管,但导流钢管大量挤土,排渣困难,管径摩阻力大,施工困难.因此改用水力冲刺静压式顶管施工,但水力冲蚀导致施工地层涌灰严重.最后采取钻机和顶管机结合作业的施工方法,完成对接井施工.3.1顶管工艺方法及工序(1)进行初次顶管,按照设计图纸及现场平面布置图,在一号井内测定开孑L位置后用空压机开孑L;测定顶管机的安装位置和走向,安装,固定顶管机;将顶管就位.尤其要注意第一节管作为工具管,其顶进方向与高程准确与否是保证整段顶管质量的关键;顶进时控制压力在8-12MPa.顶进困难时,回抽一段顶管后再顶进,施工时需反复多次顶进25-35m.(2)换用钻机以低于40r/min的转速均匀钻进,钻进25-35m.压力控制在7-8MPa.钻进过程中应保证均匀给进.一旦进尺缓慢,可能导致钻孑L偏斜.(3)吊起钻机,将顶管机下到工作井定位后,顺着钻杆进行顶进,以到达二号井.在二号井内通过变径接头将需铺设的127导流管连接在顶管后,缓慢回拖完成导流管铺设.3.2注意事项在实际施工中应注意,顶进时,为防止涌灰,采用一块钢板固定在井壁上.钢板中央开孑L保证顶管穿过;遇到地下水时,可以选择适当提高开孑L位置,以避开地下水位.由于辐射井水平孑L施工阻力大,套管顶进后需反拔出来,套管系采用丝扣方式连接,而丝扣部位的抗扭,抗压,抗拉强度相对要小得36非开挖技术TrenchlessTechnology2004年多.因此,顶管施工的管材需根据施工的最大顶推力和反拔力来选择,管材选择包括:材质,管径,壁厚,丝扣类型,规格和尺寸.实际施工中选择了厚壁的优质地质钢管.4结束语顶管施工是非开挖施工中的一种重要工法.各种顶管施工方法各有其优缺点,在实际施工中,应结合工程实际,选取合适的顶管施工方法.在同一工程中,也可以根据施工地层的变化特点选取不同的顶管施工方法.参考文献:【1】窦斌,蒋国盛,侯树刚,非开挖顶杆一扩孔铺管技术中顶杆力的确定,地质科技情报,1999.6.【2】韩静,周金钢,曹长龙,水力静压式顶管施工在尾矿坝辐射井排渗加固工程中的应用,矿产与地质,2003.8.【3】胡郁乐,乌效呜,非开挖铺管施工中几个问题的探讨,地质科技情报,1999第18卷.【4】胡郁乐,乌效呜,液压坑道钻机在非开挖施工中的应用,岩土钻凿工程,2o0l-2.TheComparisonandApplingoftheSeveralKindsofthePipejackingLiuGuohuaWuXiaoming(EngineeringFaculty,ChinaUniversityofGeosdences)Abstract:Thepaperintroducestheseveralkindsofthepeakingpipe,includingthestillnesspressurepeaking,thewaterpowertiltstillnesspeakingandtheturningpeaking.Thenthesemeasuresarecomparedcombiningtheengineeringpractice.Keywords:PeakingPipe,StillnessPressure,TurningPeaking七七七七北京地铁五号线盾构施工进