任家坪排水钢涵管顶管施工关键技术.pdf

第 3 7卷第 2期 2 0 1 1 年 4月 四川建 筑科学研究 S i e h u a n Bu i l d i n g S c i e n c e 25 3 任家坪排水钢涵管顶管施工关键技术 胡兴福 ， 颜 有光。 ( 1 武汉理工大学管理学院 ， 湖北 武汉4 3 0 7 0 0 ； 2 四川建 筑职业技 术学 院 ， 四川 德 阳6 1 8 0 0 0 ； 3 四川省 第七建筑工程公司 ， 四J l I 德 阳6 1 8 0 0 0 ) 摘要 ： 结合：t k J i l 县任家坪排水钢涵管工程， 介绍了复杂地质条件下大直径钢管顶管施工的关键技术， 供同类工程借鉴。 关键词 ： 顶管施工； 非开挖技术 ； 关键技术 中图分类 号 ： I 1 7 6 文献标识码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 81 9 3 3 ( 2 0 1 1 ) 0 22 5 30 3 T h e k e y t e c h n i q u e o f p i p e j a c k i n g o f t h e s t e a l p i p e - s h a p e d c u l v e r t p r o j e c t i n Re n j i a p i n g HU Xi n g f u ， YAN Yo u g u a n g ( 1 S c h o o l o f Ma n a g e me n t o f Wu h a n Un i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y ，Wu h a n 4 3 0 0 7 0， Ch i n a ； 2 S i c h u a n Co He g e o f Ar ch i t e c t u r a l Te c h n o l o g y，De y a n g 61 8 0 00， Ch i na； 3 T h e 7 t h C o n s t r u c t i o n C o m p a n y o f S i c h u a n ，D e y a n g 6 1 8 0 0 0 ， C h i n a ) A b s t r a c t ： B a s e d o n t h e r e a l p r o j e c t o f R e n j i a p i n g i n B e i c h u a n c o u n t y ， t h i s p a p e r i n t r o d u c e s t h e k e y t e c h n i q u e o f p i p e j a c k i n g o f l a r g e d i a m e t e r s t e e l t u b e u n d e r c o m p l e x g e o l o g i c al c o n d i t i o n ， w h i c h t h e s i mi l a r p r o j e c t c a n d r a w o n K e y w o r d s ： p i p e j a c k i n g ； t r e n c h l e s s t e c h n o l o g y ； k e y t e c h n i q u e 0引 言 1 工程概 况 顶 管施 工是继 盾 构施工 之后 发展 起来 的一 种 地 下管道施工方法。它只需开挖工作井 ， 通过工作井 把要埋设 的管子顶人土 内， 实现非开挖敷设 地下管 道。这种技术不开挖地面， 不拆迁 、 不破坏地面建筑 物 ， 不影响交通 ， 不破坏环境 ， 施工受气候和环境 的 影响小 ， 省时 、 高效、 安全、 综合造价低。近年来 ， 我 国东部沿海经济发达城市广泛用于给排水 、 天燃气 、 石油 、 通讯 电缆等各种地下管道的非开挖铺设 ， 中西 部城市应用较少 ， 而在西部山区集镇则属罕见。 任家坪排水钢涵管顶管工程位于山区峡谷地带 四川省= l l； J i l 县任家坪场镇 ， 属任家坪排水箱涵局部 整治工程。原排水箱涵通水断面约为 4 m ， 总长为 约 9 0 0 m， 由于种种原 因， 管道节 问产生 了错位 ， 影 响了管道 的排水能力。 由于该箱涵埋 深最大超 过 1 8 m， 明挖施工开挖量巨大 ， 且将影响“ 5 1 2 ” 地震 灾后重建工程施工和阻断进 出北川老县城的唯一通 道 ， 因此 ， 整治工程采用顶管施工方案 。 收稿 日期 ： 2 0 1 1 - 0 2 - 2 3 作者简介 ： 胡兴福( 1 9 6 3一)， 男 ， 重庆人 ， 硕 士， 武汉 理工大学博 士研 究生 ， 研究方向 ： 结构工程和工程项 目管理 。 E m a i l ： h u x i n g f u s i n a c o n 本顶管工程全长 4 7 7 4 I I 1 ， 由原排水箱涵检查 井分为 3个顶进管段 ， 即 H P S 4检查井 HP S 5检查 井管段 、 H P S 5检查井 H P S 6检查井管段、 H P S 6检 查井 出 口段 ， 管道高程及管线长度见表 1 。 表 1 管道高程及管线长度 Ta bl e 1 He i g ht a bo ve s e a l e v e l a nd l e ng t h o f pi pe l i ne 井点 窑 查P S 井6 出 口 原地面 高程 m 设计管 内底标高 m 高差 m 管线长度 m 该工程位 于山体坡 脚平坝地 带。根 据地勘报 告 ， 拟顶管管线大都在第 四系全新 统坡积层 ( Q ： ) 与第四系全新统坡残积层 ( ) 之间 ， 穿越的地层 以稍密碎石层和中密碎石层为主， 有局部淤泥地段 ， 其间碎石 以块状及片状 为主， 并 有少量滚石。场地 地下水属于孑 L 隙型潜水 ， 卵石层为主要含水层 ， 其补 给为地下水上游径流及大气降水 。实测得地下水稳 定水位埋深在 自然地面下 3 6 7 8 m， 据区域地质 资料 ， 地下水位年变幅为 2 4 m。 顶管管材采用 Q 2 3 5钢板 卷制而成 的钢管 ， 内 加 o 3 6 6 2 5 5 2 5 6 8 O 2 5 5 卯 H 2 7 7 4 6 罟 8 9 7 1 O 2 5 4 四川建筑科学研究 第 3 7卷 径为 D N 2 2 0 0， 管壁厚 为 2 5 m m， 管 节标 准长度 为 2 5 m。 本工程在 H P S 4检查井、H P S 5检查井处各设 1 座工作井 ， 在 H P S 6检查井处设 1座接 收井。工作 井、 接收井均采用沉井工艺施工。 2顶管工艺及设备选型 2 1 顶管工艺选择 本工程管线穿越土层 以碎石土为主， 有少量滚 石， 并有局部淤泥， 3段顶管均采用开敞式人工挖掘 顶管， 即手掘式顶管 ， 能适应这种复杂地质条件。 2 2工具管选型 工具管是顶管的关键机具 ， 其 主要作用为掘进 、 防坍、 出泥、 导 向。根据管线穿越地层有淤泥的地质 情况， 本工程选用带 网格 的工具 管， 长度 2 2 m( 图 1 ) 。 工具管 工具管剖面 图 1 工具管 Fi g1 To o lt ube 2 3主顶设备选型 根据预顶力的要求 ， 同时考虑钢管的接触面积 小， 管径大 ， 采用4台4 0 0 t 油压千斤顶 ， 千斤顶行程 为 1 0 0 0 m m。 4台主顶千斤顶固定在型钢制作的千斤顶支架 上 ， 支架焊在井底的横梁上， 千斤顶着力点应在与均 布顶管圆周上 ， 即与管道中心的垂线对称， 其合力 的 作用点在管道圆心上 。每个千斤顶 的纵线坡度应与 管道设计坡度一致( 图 2 ) 。 图 2 主顶千斤顶布置 F i g 2 Ma i nj a c k s l a y o u t d r a w i n g 2 4 中继 站 在长距离顶进过程中， 当顶进阻力超过允许总 顶力、 无法一次达到顶进距离时， 需设置中继站( 也 称中继间) 分段接力顶进。 本工程中继站 由前壳体、 千斤顶及后壳体组成 ( 图 3 ) 。前壳体与前节管连接 ， 后壳体与后节管连 接， 前后壳体间为承插连接。两者 间用橡胶止水带 密封 ， 防止管道外水土和泥浆倒流人管道内。 图 3 中继站剖 面 F i g 3 Di a g r a n u n a t i c c r o s s s e c t i o n o f i n t e r m e d i a t e j a c k i n g s t a t i o n 每个中继站安装 2 0台顶力为4 0 t 的千斤顶， 千 斤顶沿圆周均匀布置。千斤顶的行程为 5 0 0 l lT I ， 用 扁铁制成的紧固件将其 固定在前壳体上 ， 钢壳体结 构进行精加工， 保证其在使用过程 中不发生变形。 本工程中继站采用丢弃式 ， 当管道顶通以后 ， 拆除千 斤顶、 各种辅件及中继站外壳 。 3顶管施工关键控制点 3 1 导轨安装 导轨的作用是引导管节按设计中心线和坡度顶 进 ， 保证管节在进洞之前位置准确 。导轨安装是否 牢固、 准确 ， 对管道的顶进质量影响较大。 导轨安装前 ， 应把地面上建立 的测量控制网络 引放至工作井内， 并建立相应的地面控制点 ， 便于顶 进施工时进行复测。安装时， 两导轨应顺直 、 平行、 等高 ， 其坡度应与管道设计坡度一致。导轨安装 的 允许偏差 为： 轴 线位置 ， 3 m m； 顶 面高程 ， 0一+3 m m， 两轨内距 ， 2 m m。 本工程导 轨两轨道 之 间的安装 宽度， 取 1 2 0 0 m m( 图 4 ) 。 3 2 管节接 口焊接 管节接口焊接的关键是保证前、 后管节的轴线 一 致 ， 以确保管道顶进路线符合设计要求。 本工程管道接 口采用气体保护焊焊接， 管材一 胡 兴福 ， 等 ： 任家坪排水钢涵管顶 管施 工关键技术 2 5 5 图 4导轨安装 F i g 4 Fi x i ng d r a wi n g o f l e a d i n g t r a c k 端为 9 0 。 平 口， 另一端为 6 0 。 剖 口， 管道上半部分剖 口朝外 ， 下半部分剖 口朝内。焊接时， 采用 4台焊机 对称进行。 3 3注浆减摩 注浆减摩是顶管施工 中非常重要 的一个环节， 尤其在长距离( 大 于 1 0 0 m) 管道顶进过程中， 必须 进行注浆 ， 利用触变泥浆 ， 减少顶进过程中管壁与土 体之间的摩擦力 ， 并 填充 流失 的土体 ， 减少土体 变 形 、 沉降和隔水。注浆效果对顶进阻力、 轴线控制 ， 起着至关重要的作用。 本工程采取两种注浆减摩措施 ： 第一种是顶管 机头尾端 的同步压浆 ； 第二种是 中继站和管节适 当 点进行跟踪补浆 。触变 泥浆 由膨润土 和水搅拌 而 成 ， 配合比为 1 ： 8 。 3 4管轴线控制 手工挖掘的最大缺点是管轴线容易偏移 ， 同时 大直径钢管顶进纠偏难度大 ， 因此 ， 管轴线控制是顶 进施工 中最重要的环节。 3 4 1 进 洞控 制 进洞顶进时的轴线， 是顶进全过程轴线控制 的 关键。因此 ， 在开始顶进前 ， 必须制定坡度计划 ， 对 每一米 、 每管节的位置 、 标高 ， 需事先计算 ， 确保顶进 时正确 ， 顶进时不得超挖 。初始推进阶段 ， 方向主要 由千斤顶控制 ， 一方面要缓慢顶进 ， 另一方面要调整 不 同油 缸 的油压 。 3 4 2正常顶 进 阶段 的控 制 本工程工具管和管体焊接成整体 ， 管轴线不能 以绝对偏差量控制， 而应 以实际管轴线与设计管轴 线的夹角控制 。因此 ， 在正常顶进过程中， 要不断测 量管道的高程和轴线 ， 掌握管道走势 ， 及时调整 。 3 4 3 出洞控 制 对 刚性连接的管道 ， 在顶进过程中产生的累积 偏差很难甚至无法在出口段纠正 ， 因此 ， 出洞控制的 重点是复核管道位置 ， 若有超差 ， 及时补救 。 4 结 语 顶管施工是一种先进的地下管道非开挖敷设技 术 ， 但在我 国起步较晚。根据工程特点和地质条件， 合理选择顶管设备和工艺 ， 并对 各工序进行精心控 制 ， 是该技术 良好经 济、 社会效益得 以显现的基础 。 本工程作 为西部山区复杂地质条件下 ， 大直径钢管 顶管施工技术应用案例 ， 对 同类工程具有借鉴作用 。 参 考 文 献： 1 张政 田， 刘延军 ， 狄大鹏 大 型顶管施 工工 艺在通 榆河北延 送 水工程 中的应用 J 中国水 利 ， 2 0 1 0 ( 1 6 ) 2 冯一辉， 王康 ， 王剑锋 长距离大口径钢顶管施工关键技术 J 中国市政 ， 2 0 1 0 ( 3 ) 3 中国非开挖技术协会行业标准 顶管施工技术及验收规范( 试 行 ) s 4 J G J T 1 1 1 9 8建筑与市政降水工程 技术规范 s 5 G B 5 0 0 2 6 2 0 0 7工程测量规范 S