长距离顶管技术在平顶山新城区排水管道工程中的应用.pdf
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1、第 3 7卷第 9斯 2 0 1 0年 9月 建筑技术开发 Bu i l di n g Te c hn i q ue De v e l o p me nt Vo 1 3 7, No 9 S e p 201 0 长 距 离顶管技 术在 平 顶山新城 区 排水 管道 工程 中的应 用 张 国超朱惠伟 ( 平煤建工集团有限公 司土建处, 河南 平顶山4 6 7 0 0 0 ) 摘 要 平顶 山新城 区排水管道顶 管工 程一次顶进 6 1 0 m, 属长距离 顶管 , 有 一定的技术难度 , 由于合理选择 了工具 管形式 , 成功解决 了进出洞技术 、 触 变泥浆压 注、 中继接 力技术 、 轴线控
2、制等 技术 , 只用 了 4 4 d就完成 了全 部顶进施 工 , 详 细介绍 了长距 离顶 管的原理 、 顶管装备 、 施工技术要点及 施工管理等 。 关键 词 顶管施工 ; 进 出洞 ; 减阻 泥浆 ; 轴线控 制 ; 中继 问 中图分类号 l T u 9 4 文献标志码 l B 文章编号 1 0 0 1 5 2 3 X( 2 0 1 0 ) 0 9 0 5 7 - 0 4 1 工 程概 况 平顶 山新城 区起步 区湖滨路 排水 工程 位于 平顶 山市 西 部新城 区南侧 , 白龟 山水库 北侧 。西 起新 城 区经 五路 , 东 到 白龟山西干渠 。工程沿 途为农 田、 荒山 , 穿越
3、三条交通 干线 , 自然标高在 1 0 3 4 51 0 8 5 m 之间 , 排 水形 式设 计 采 用雨 、 污分流制 。设计范 围主要 转输 纬一 路 的雨 水 、 污水 , 将服 务 范围 内的雨水排到 西于渠 , 污水 收集后经西干渠 污水 管道排 到拟建的污水处理 厂。污水管线沿西干渠段 , 埋深都 在1 0 m 以上 , 最 大埋深 1 3 5 m, 管 线长 6 1 0 m, 排水坡度为 1 , 雨水 管径为 4 , 1 2 0 0, 污水 管径 4, 1 8 0 0 , 原 方 案采 用 大开 挖方 式 , 土方量较大 , 沟槽 还要支护 , 造价较高 , 并且还要影 响地面
4、交 通 , 最后决定 采用顶管施工方 法完成 。 2地 质 条 件 根据地质报告 , 场地土层 自上而下分布为 : 第层耕 土 : 褐黄色 , 松散 , 主要 由粉 质粘 土组 成 , 含有 较多碎石 、 钙核及大量植物根 系 , 层厚 2 1 3 7 m。 第层素填土 : 褐黄 、 棕 黄色 、 浅 褐红 色 , 松散 一稍密状 态 , 含少量黑 色铁锰质及其钙核 , 钙核分 布不 均 , 粒径 一般 为 52 0 m m, 大者可达 3 0 m m 以上 。该 层分布较 普遍 , 层底埋 深 7 9 O8 6 0 m, 层 厚 7 4 08 1 0 m。 第层粉质粘 土 : 浅棕 红 色
5、, 褐 红 色 , 可塑 状态 , 干强度 及韧性中等 , 切面光滑 。含少量黑 色铁锰质及钙 核。该层 在 本场地 内分布普遍 。 地下水类型为潜水 , 水 位一 般在 3 0 m左 右 , 地 下水 变 化幅度在 1 5 m左 右。 3顶 管 工 程 特 点 新城 区排污 管线 沿西 干渠段 顶 管 属 长距 离 顶管 , 管 径 大 , 埋置深 , 地下水位 偏高 , 施 工 中主要解 决 的是顶 力 问题 , 收稿 日期 : 2 0 1 00 61 5 作者简介 : 张国超 ( 1 9 6 5 ) , 男 , 河南平顶山人 , 毕业于河南理 工大学 本科 , 工程师 , 现从事工程管理
6、工作 。 方 向控 制 , 控制正 面塌 方 , 不确定 因素较多 , 施 工较 难。 4顶 管 施 工 方 法 选择 管 道顶 进方法 目前 国内一般 采人 工掘 进顶 管法 和机械 挖掘顶管法 。前者依靠人 工进 行挖 土和 排土 , 有 结构简 单 、 操作方便 、 成本较低等优 点 , 但 工人 劳动强度 比较大 , 施工速 度较慢 , 无法满足工期 要求 。机械挖掘顶管法 采用 机械进行 挖土和排 土 , 有 技术 先 进 、 施工 质 量好 , 施 工 速 度较 快 的优 点 , 根 据本工程特点及 工期 要求 , 采用 机械 挖掘顶 管法 施工 工艺 。综合考 虑顶管长度 、 地
7、质条件 、 成 本和准备时 间 , 顶管 机械采用 了三段双铰 型工具 头作顶进 的前 导装 置及水 力 出 泥 , 油 压千斤顶顶进 系统等 机具 , 三段 双铰 型工具 管是 一种 新颖 的机具 , 具有测力灵 敏 、 纠偏灵 活、 导 向可靠 、 操作方 便 、 密封性好 和能控制流砂 、 稳 定土体及安全施工 等优 点。 5顶 管 施 工 原 理 在管道 的沿 线按设计 的方 案设 置工作井和接收井 , 工作 井 内设置坚 固的后座 , 安装 工具 管 , 油压 千斤 顶、 顶铁 、 导轨 等顶进设备 。接 好照明 、 泥浆 管 、 油管等 管线 , 然后 用油压千 斤顶将管道顶入 土
8、层 中 , 在 顶进 过程 中 , 通 过经纬 仪测 量顶 管 的方 向 , 利用水枪 冲泥 , 采用水 力 吸泥机 通过 管道将 泥排 到井外 , 顶进一 定距 离 后 , 千斤 顶 回缩 , 装入 新 的 管道 再顶 进 , 如此重复 , 直 至将管道顶至接 收井 内。 6施 工 准 备 6 1 施 工 前 的 测 量 1 ) 对 已知点 的平面坐标和高程分别采 用全站仪和 S 3自 动安平 水准仪进行复测 , 确保误差在规定 的范围 内。 2 ) 根据施 工 图上标 定 的工 作井 中心坐 标 , 采 用全 站仪 导线法 实地 测出工作井及接 收井 。 6 2开 挖 工 作 井 工作井
9、选在干渠西侧 , 要 求地 面场 地 比较大 , 可 以存 放 土方 、 管材 , 布置安装设备 。工作井采用 沉井工艺施工 , 内径 5 3 m8 m, 深度 为 1 O 5 m, 在 工作 井 四周 设 置 3 0 0 m m 3 0 0 mm的排水沟 , 在对 角设 置 4 0 0 m m 4 0 0 m m 8 0 0 m m 5 7 第 9期 张国超 , 等 : 长距 离顶管技术在平顶山新城区排 水管道 工程 中的应用 第 3 7卷 的集水井。工作井基础采用枕木修筑 , 以固定导轨和 承重 管 子 的重量。工作井里设有导 向轨道 以放置管道等 , 并布置 有 放置顶铁 , 管道位 置
10、 , 便 于 吊放 , 还 有 排泥 、 供 水机 械 、 配 电 盘 、 油压设备等 , 工作井上布置 5 t 桁 吊。 6 3顶进 混凝 土 管 选择 混凝土管采用 国标二级“ FB ” 型钢承 口式 钢筋混凝土 管 , 楔形像胶 圈接 口多层胶合板 衬垫 。要 求管壁 光洁 , 无坑 陷及鼓包 。 7顶 管装 备 7 1 工具 管 工具管是长距离 顶管 中 的关键 设 备 , 它安装 在 管道 首 端 , 外形与管道 相似 , 其作 用 有定 向、 纠偏 , 防止塌 方 、 出泥 等。工具管从前 向后 由冲泥舱 、 操作室和控制室组成 。最前 部是切土用 的刃脚 和起 挤土和 加强刚度作
11、 用 的格 栅。工人 在操作室 内操纵水枪 冲泥 , 并通过观察窗和各种仪表 了解并 掌握冲泥和排泥情况 。工具管的后部是控 制室 , 是顶管施工 的指挥和控制 中心 , 在后部还设有清理 阴井 、 水力吸 泥器 , 并 有高压水 、 压缩空气 、 通风 、 触变泥浆 等管道 连通 ; 工具 头外 侧有一环形泥浆套 , 泥浆通过它填充到管壁 四周 。 7 2顶 进 设 备 顶进设备主要包括后背墙 、 油泵车、 顶铁和导轨、 千斤顶等。 后背墙 : 根据工艺要 求 , 后 背墙利 用工作 井钢筋 混凝 土 沉井后壁 , 并直立 4 5 m 4 0 m0 5 m的钢板箱 , 钢板厚 度 2 0 m
12、m, 安装 时尽量贴 紧后座墙 壁 , 后 背平 面要求 垂直于 管道 中心线 , 枕木后 面空隙用砂 石填充严 密 , 确 保顶力 均匀 地传到后背墙上。 油泵 : 采用单只流量 为 1 0 t m i n油泵 车 2台, 改装 成油 泵车组 , 泵组供油量 2 0 t ra i n , 效率 9 0 ; 并成功设计 了液压 控制块闵组 , 通过它可控 制千斤顶单 独工作或 同步工 作 , 也 可操作进 油量 , 在 1 0 2 0 t ra i n范 围内任意 调运 , 控制顶进 速度 , 使 4只千斤 顶组合工作 , 并改变合力作用 中心 。 千斤顶 : 采用 4只 2 0 0 t 的千
13、斤顶 , 总额定顶力 8 0 0 t , 千 斤顶要 固定在支架上 , 并与管道 中心垂 直对 称 , 其合力 的方 向应在管道中心的垂直线上 。千斤顶应对称布置 , 油路 应并 联 , 每台千斤顶有进退油的控制系统。 顶铁 : 顶铁主要是为 了弥补 油缸行 程设 置的 , 其厚度应 小于油缸 行程 , 顶铁条采用 “ u ” 形 顶铁 , 便 于人员进 出管道 和人工 出泥( 见图 1 ) 。安装后 的顶铁 轴线应 与管道 轴线平 行 , 更换顶铁 时应 先使用长度大 的顶铁 , 顶铁 拼装后应 锁定 , 顶进时 , 工人不得在顶 铁上方反 侧面停 留, 并应 观察顶 铁有 无异常现象。 导
14、轨 : 导轨起顶进导 向作 用 , 在 接管 时又起 管道 吊放 和 拼焊平台 的作 用 。导 轨采 用 两 根 2 2 0槽 钢 , 长度 不 小 于 5 m, 导轨应根据管道施工 中心线安装 , 固定在工作井 的枕木 上 , 2根导轨 的 间距 根据 管 径大 小 而定 , 两 导 轨应顺 直 、 平 行、 等高 、 其纵坡应与管道 设计坡度 一致 。安 装后导 轨应牢 固, 不得在使用 中产生位移 , 并 经常校核 。 58 J 一 : = = = : : : : : , 2 图 1 顶铁 、 千斤顶位置布置 1一顶铁 ; 2一千斤顶 ; 3一 l 8 0 0 ( 】 2 0 0 ) 管
15、道 7 3出泥机 械 出机机械包括 : 2台 3 0 k W 高压水 泵 , 吸浆量 7 0 m h , 喷嘴直径 2 6 、 q 5 1 5 9水力吸泥器 ; 由万向球及 喷嘴 咖 6一 8 , 高压皮管组成 的水冲枪 , 水 冲枪 配有密 封装置 , 以便 灵活操 作且不漏水或气。 7 4 气压 系统 由空压机 、 贮气仓 、 滤清器 和冷却 器组成 气压 系统。从 贮气仓和减压 阀出来 的压缩空气分成两个分支 , 一支供气量 大 , 供局部气压使用 , 另一支空气经过滤清 , 专 供气压应急处 理使用 。 7 5 润 滑 系统 润滑系统 由造浆机 、 存储 、 压力控制 、 压浆机组成。
16、 8施 工技 术 要点 8 1进 出洞 技 术 从 工作井中出洞开始顶进 是整个施 工过程 中 的关 键环 节 之一 , 为防止井外泥水 涌人井 内 , 在沉 井下沉 时首先应 在 洞 口处砌挡土墙 , 同时在井 壁外 侧预埋钢板桩 随同沉井一起 下沉 , 为 了方 便 钢板 桩拔 出, 钢板 桩 吊钩应 露 出 自然 地 面 ( 见 图 2) 。 当顶 管 机 出 洞 时 , 先 把 砖 封 门 拆 除 , 这 时 由 于 钢 封 门挡柱土体不会 涌人 , 等 到顶管 机推进 到距 钢封 门 5 0 1 0 0 m m时 , 洞 口止水 圈已经发挥作用 了 , 然后再从 出洞 口一 侧 向另
17、一侧依次拔出钢板桩 。为减少钢板桩拔 除过程 中对 2 4 5 图 2工作 井洞 口示 意 1 砖墙 ; 2一工作井井壁 ; 3一预埋铁 ; 4一吊钩 ( + 2 o ); 5一钢板桩 ( 2 5号型钢 ) 第 3 7卷 张 国超 , 等 : 长距 离顶管技术在平 顶山新 城 区排水 管道 工程 中的应用 第 9期 顶管机正面土体 的扰动及 可能出现的建筑 间隙 , 钢板桩 全部 拔 除后立即顶进 , 缩短停顿时 间。顶 管机进洞施工 与出洞相 比较为简单 , 当顶 管机靠近洞 门时 , 须控制好 土压力 , 在切 口 距封 门 2 0 5 0 e m时停 止顶进 , 并尽 可能降低 切 口正
18、 面土压 力 , 确保拆除封 门时的 安全 。拆 除封 门后 将顶 管机 迅速 、 连 续 顶进 , 直到 进洞 洞 口止 水 圈发挥作 用 为止 , 这就 完成 了进 洞 进程。 8 2轴 线 控 制 在实际顶进 中 , 顶进轴 线和 设计 轴线 经常 发生 偏差 , 因 此 要采取纠偏措施 , 减小顶 进轴 线 和设计 轴线 间 的偏差 值 , 使 之量趋于一致 。在正常情 况下 , 每 顶进一节混凝 土管节测 量 一次 , 在 出洞、 纠偏 、 到达终点前 , 适 当增加测 量次数 , 施工 时还要经常对测量控 制点进行复测 , 以保证测量 的精度 。随 着 测量距离 的不断增 长 ,
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