顶管施工技术论文

顶管施工技术论文摘要：顶管技术是一门综合性的技术，顶管施工伴随管道建设的发展已越来越普及，应用领域也越来越宽，相信伴随顶管施工的普及和专业化，顶管施工会在不停实践中成熟。引言顶管施工作为一种非开挖敷设地下管道的施工技术，在都市基础设施建设的不停发展中应用日益广泛，尤其在埋深较深、横穿道路、交通干道下埋管或离建筑物较近的状况下，最能体现出顶管技术的优越性。顶管可在可塑至坚硬状态的粘土、不饱和的砂土等稳定土层中顶进，也可在饱和疏松的粉细砂与粉土、淤泥、淤泥质土、干燥的松砂土等不稳定土层中顶进。1顶管施工的常见问题及技术关键对于繁忙而脆弱的都市交通系统，开挖敷设地下管道势必会导致交通中断，尤其是敷设横穿都市主干道下的管道，大开挖埋管必然带来交通阻断，导致巨大的经济损失。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。1.1顶管施工的前期准备及注意事项调查施工现场地上、地下管线分布详细状况：生活区临设搭建及临时用水源、电源铺设或架设；现场施工测量准备工作完毕；施工重要材料设备进场，项目部技术、管理人员、施工人员进驻工地；项目部组织学习施工图纸，进行图纸设计施工交底，监理、监督交底等；组织编写施工组织设计和专题方案，并报上级部门审批；现场封闭围挡，进行施工组织设计交底工作，进入基坑开挖状态。顶进过程中，应严格控制顶力在容许的范围内，并留有足够的安全系数。作好地质勘察及资料整顿工作，认真编制好施工方案和通过不一样土层的技术措施及纠偏措施，保证管道的顺利顶进。加强操作控制，使顶管均匀平稳，受力均匀，尽量减少顶进过程中的倾斜、偏移、扭转，防止管壁出现裂缝、变形。1.2顶管施工技术关键1.2.1顶力问题顶管工程施工前精确计算顶力的大小，不仅有助于合理确定千斤顶的数量和吨位，并且对后背墙体的设计与后背土与否需要加固处理也至关重要。现以泥水平衡式顶管机在顶管顶进过程中的顶力为例，总顶力包括管道外壁摩擦阻力与工具头迎面阻力，估算计算公式[1]为：F0=∏D1LfK+NF式中：D1为管道外径；L为管道设计顶进长度；fK为管道外壁与土的平均摩阻力，当采用触变泥浆减阻时，粉性土取6.0kPa；NF为顶管机的迎面阻力，NF=（∏D12γSHS）/4。增长中继环和泥浆润滑，中继环间距20～200m，越靠近工具管间距越小；泥浆作用是润滑和减沉。泥浆材料采用膨润土泥浆，稳定、失水少。注入孔设置为轴向—工具管相邻3～4节为有孔管，之后每隔2～5节设有孔管。环向—周圈均匀设3～4个压浆孔。压浆原则是先压后顶，随顶随压，及时补浆。1.2.2方向控制包括计算机控制、激光导向和三段双铰管。2沉井下沉的标高控制2.1沉井的作业次序安排下沉准备工作→设置垂直运送机械设备→挖土下沉→井内外排水、降水→边下沉边观测→纠偏措施→沉至设计标高→查对标高、观测沉降稳定状况→封底→底板钢筋施工与隐蔽工程验收→底板混凝土浇筑→砖砌井壁→回填土。2.2沉井下沉的重要措施和措施（1）沉井制作完毕后，其混凝土强度必须到达设计强度等级的100%后方可进行刃脚垫架拆除和下沉的准备工作。（2）井内挖土应根据沉井中心划分工作面，挖土应分层、均匀并对称地进行。挖土要点是：先从沉井中间开始逐渐挖向四面，每层挖土厚度为0.3m，沿刃脚周围保留0.5～1.5m的土堤，然后再沿沉井井壁每2～3m一段向刃脚方向逐层全面、对称并均匀地削薄土层，每次削5～10cm，当土层经不住刃脚的挤压而破裂时，沉井便在自重的作用下挤土下沉。（3）井内挖出的土方应及时外运，不得堆放在沉井旁，以免导致沉井偏斜或位移。如确实需要在场内堆土，堆土地点应设在沉井下沉深度2倍以外的地方。（4）沉井下沉过程中，应安排专人进行测量观测。当沉井每次下沉稳定后应进行高差和中心位移测量。每次观测数据均需如实记录，并按一定表式填写，以便进行数据分析和资料管理。（5）沉井时，如发既有异常状况，应及时分析研究，采用有效的对策措施：如摩阻力过大，应采用减阻措施，使沉井持续下沉，防止停歇时间过长；如碰到突沉或下沉过快状况，应采用停挖或井壁周围多留土等止沉措施。（6）在沉井下沉过程中，如井壁外侧土体发生塌陷，应及时采用回填措施，以减少下沉时四面土体开裂、塌陷对周围环境导致的不利影响。（7）为了减少沉井下沉时摩阻力和以便后来的清淤工作，在沉井外壁宜采用随下沉随回填砂的措施。（8）沉井开始下沉至5m以内的深度时，要尤其注意保持沉井的水平与垂直度，否则在继续下沉时轻易发生倾斜、偏移等问题，并且纠偏也较为困难。（9）沉井下沉近设计标高时，井内土体的每层开挖深度应不不小于30cm或更薄些，以防止沉井发生倾斜。沉井下沉至离设计底标高10cm左右时应停止挖土，让沉井依托自重下沉到位。2.3井内挖土和土方吊运措施沉井内的分层挖土和土方吊运采用人工和机械相配合的措施。根据本工程的沉井施工特点，在沉井上口边配置一台5吨的W-1001履带式起重机（也即抓斗挖机），负责机械开挖井内中间部分的土方和将井内土方吊运至地面装车外运。井内靠周围的土方以人工开挖、扦铲为主，以此严格控制每层土的开挖厚度，防止超挖。井内土体如较为干燥，可增配一台小型（0.25m3）液压反铲挖掘机，在井内进行机械开挖，到达减少劳动力和提高工效的目的。井内土方挖运实行人机同步作业，必须加强对井下操作工人的安全教育和培训，强化工人的安全意识，并贯彻安全防护措施，以防止事故发生。3顶管施工措施3.1进出洞口措施进出洞口是整个顶管施工过程中关键环节之一。在不稳定性土层中，工具头在进出洞口时因涌水、土体自稳定性差等原因出现质量事故。因此，可采用如下技术措施：（1）顶管工作井的穿墙处采用盘根止水穿墙管。（2）在井壁穿墙管的外侧采用3排高压旋喷桩对洞外土体进行加固，并作为止水帷幕。旋喷桩桩径为Φ600mm，搭接长度200mm，桩底为管道底标高下3m，桩顶同沉井顶，旋喷桩的每立方水泥用量为300kg/m3。旋喷桩加固宽度为管道外每边不不不小于1.2m。加固洞口时，应保证洞口土体缝隙被注满，初凝后能保持短时间不坍塌，机头可顺利推进，桩体强度低可被刀盘切碎。（3）管道进洞后应按设计规定封闭接受孔，防止水土流入井内。（4）管道进接受孔后，应按设计规定将接受孔和管道之间空隙封堵。当接受井与管道之间也许产生不均匀沉降时，应采用柔性材料封堵。3.2顶进施工技术措施顶进施工工艺流程：顶管施工准备→机头出洞→入泥顶进→吊下管节、接管→顶进、测量、记录、纠编→顶完一节、循环顶进→最终一节→竣工测量→机头进洞、拆吊→结束。对于管道所在土层为饱和的粉质黏土夹粉土、粉土或砂性土等不稳定土层时，为保证施工安全与管道后期的正常使用，保证管道上部路面构造的稳定，在管道顶进过程中可采用如下技术措施：（1）在工作井安装洞口止水装置；（2）在工作井与接受井管道进出洞处设置高压旋喷桩进行土体加固；（3）顶进施工时，在管道外围压注触变泥浆，首先可作为减少顶进阻力的措施，另首先填充管道周围的空隙，形成一道泥浆保护套，起到支撑地层，减少地面沉降的作用。（4）在顶管结束后，应对管道外壁与土之间的空腔压注水泥砂浆，以置换出顶进时注入的触变泥浆，保证顶管管道与周围土层结合紧密，并形成防水层，以减少地面最终沉降量。3.3顶管接口措施由于顶进过程中管材受力状况十分复杂，管材构造及制作规定严格，同步顶管施工又在地下水位如下施工，规定管材接口不得渗水。因此顶管接口均采用F型管接口，通过加设木衬板和楔形橡胶密封圈等辅助设施，并且在钢套环与混凝土管结合面设置遇水膨胀橡胶圈，防止了以往在顶管施工过程中出现的相邻管节错口、无法纠偏、管缝之间漏水以及混凝土管由于顶力不均导致管子顶裂等质量事故。F型管接口示意如图所示。对于管道接口处在饱和的粉质黏土夹粉土或砂性土等不稳定土层中，外围土体可采用注浆包裹加固，以防止因接口不严形成管内外水的流动，导致管上部地面的沉降。注浆材料可采用水泥+水玻璃。4沉降控制4.1控制开挖面土的压力保持开挖面土的压力平衡可以减少开挖面土体的坍塌、变形和土体损失，控制开挖面土压力可以控制地表隆陷。以泥水压力来平衡地下水压力和土压力，为了稳定开挖面，泥水压力Pm按下式进行设定：Pm=Pw+Pp（1）式中Pm表达泥水压，Pw表达地下水压，Pp表达预压，按经验取0.01～0.02Mpa。4.2控制推进速度速度的选用是为了保证土体不被过量挤压，由于过量的挤压必然会增长地层的扰动。假如推进速度过快，泥水仓内土体来不及排除，会导致土的压力失稳。4.3管外壁完整泥浆套的建立完整泥浆套的建立可以防止管外壁产生背土现象，从而有效控制地面沉降的发生。在顶进过程中在机头尾部及后续管节上安三个断面，对管道背面的环形空隙的处理措施是进行同步注浆和补浆。注浆压力控制在积极土压力与被动土压力之间，补浆根据地面沉降的监测成果进行，注浆量要不小于管道外径空隙