給排水工程師關(guān)于曲線頂管施工的應(yīng)用

該鋼筋混凝土管改造遺留工程位于市區(qū)繁華地段,污水管道走向主要沿著交通繁忙導(dǎo)線測(cè)量,沿線施工技術(shù)密集,地下壓密注漿錯(cuò)綜復(fù)雜。頂管施工為2400 排水系統(tǒng),“F”型接口,采用管道工程,市政工程全長(zhǎng)約718.2m。工程分7 段頂進(jìn),其中3 段為直線技術(shù)措施;4 段為曲線頂管,包括:汾陽(yáng)路曲線頂管149.6m(R=600,α=7.4°),桃江路曲線頂管87.6m(R=300,α=11.6°),寶慶路曲線頂管77.9m(R=300,α=11.6°)和復(fù)興西路曲線頂管197.8m(R=600,α=8.0°)。

2.曲線頂管建筑物　　整個(gè)曲線頂管過(guò)程分為四個(gè)階段:出洞前準(zhǔn)備階段、正常頂進(jìn)階段、曲線段頂進(jìn)、出洞及后期收尾階段。

3.曲線頂管軌跡控制與糾偏技術(shù)

3.1 頂管自動(dòng)構(gòu)筑物引導(dǎo)系統(tǒng)。

測(cè)量對(duì)曲線頂管的軌跡控制至關(guān)重要。由于在曲線頂管管內(nèi),測(cè)量?jī)x器不能與機(jī)頭通視,而且在頂進(jìn)過(guò)程中,整體管道都是處在無(wú)規(guī)則動(dòng)態(tài),還會(huì)發(fā)生旋轉(zhuǎn)現(xiàn)象。若采用人工地下污水管方法,不僅測(cè)量時(shí)頂管必須停止,而且工作量大,影響頂管進(jìn)度。在二次測(cè)量之間,只能盲目頂進(jìn),頂管質(zhì)量難以得到可靠保證。為此,引進(jìn)了國(guó)內(nèi)先進(jìn)的頂管自動(dòng)測(cè)量引導(dǎo)系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了機(jī)頭的跟蹤測(cè)量,做到“隨測(cè)隨糾”,有效地保證了頂管的質(zhì)量并大大提高整體施工進(jìn)度,效果特別明顯。

3.2 曲線頂管的糾偏技術(shù)。

除了機(jī)頭一套糾偏裝置以外,把最前3 節(jié)管子設(shè)計(jì)成糾偏特殊管。曲線頂管從直線段到曲線段和曲線段恢復(fù)到直線段,應(yīng)經(jīng)過(guò)一段過(guò)渡曲線。施工前可根據(jù)設(shè)計(jì)曲線制定實(shí)際控制曲線,實(shí)際控制曲線宜保持在設(shè)計(jì)曲線的內(nèi)側(cè)。

4.曲線頂管施工頂管分析及沉降控制

4.1 沉降分析。

頂管施工引起地層沉降而破壞環(huán)境的原因往往是綜合性的,涉及到施工的方方面面,歸納起來(lái),主要有以下一些因素。

(1)膨潤(rùn)土泥漿制備質(zhì)量差,減摩性能不好,頂進(jìn)摩阻力大;注漿工藝不合理,頂管密封性不好,不能形成完整的泥漿套,泥漿減阻作用不能有效發(fā)揮甚至產(chǎn)生“背土”現(xiàn)象;糾偏措施不力,軸線偏差過(guò)大。這些因素都會(huì)使管周土體擾動(dòng)范圍過(guò)大而引起較大沉降。如果頂管機(jī)選型不合理,開(kāi)挖面土體因卸荷作用大量向外擠出甚至坍塌也會(huì)引起較大地層沉降。

(2)中繼環(huán)或頂管接頭因曲線頂進(jìn)而張開(kāi)或局部應(yīng)力集中而破損,密封失效,使膨潤(rùn)土泥漿大量滲漏到管內(nèi),以至漿套無(wú)法形成。

(3)泥漿配比不當(dāng),泥漿套支撐作用難以有效發(fā)揮,導(dǎo)致上覆土體特別是非粘性土垮塌。

4.2 沉降控制措施?！　≡陧敼苁┕み^(guò)程中,難免會(huì)擾動(dòng)周圍的地層而引起一定的沉降,但制定良好的施工預(yù)案和采取合理的應(yīng)對(duì)措施,將沉降控制在周圍環(huán)境(特別是道路繁華和交通繁忙的鬧市區(qū)) 能夠承受的范圍內(nèi)卻是非常必要的。針對(duì)沉降原因的分析,就泥漿制備和注漿工藝、進(jìn)出洞技術(shù)和中繼環(huán)密封技術(shù)等幾個(gè)方面系統(tǒng)地討論一下相應(yīng)的施工控制措施。

4.2.1 泥漿制備和注漿工藝。

(1)配置觸變泥漿要選用優(yōu)質(zhì)膨潤(rùn)土,根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和試驗(yàn)采用合適的配比,以保證泥漿的減摩效果和支承能力。漿液必須攪拌充分,在膨潤(rùn)土泥漿壓入以前,對(duì)儲(chǔ)漿箱內(nèi)的泥漿再進(jìn)行一次攪拌?！　?2)嚴(yán)格控制注漿壓力,使其不能小于管體上部的靜止土壓力和水頭壓力。頂進(jìn)時(shí)要根據(jù)地面變形、地下水位等因素適當(dāng)調(diào)整壓力和壓漿量。在泥漿出口處裝單向閥,不使其回漿,以使觸變泥漿套的壓力在臨時(shí)停泵后仍基本不變。根據(jù)工程實(shí)際情況設(shè)置中繼壓漿泵,以抵消輸送管的壓力損失,穩(wěn)定注漿壓力。

4.2.2 進(jìn)出洞技術(shù)。

工作井洞口止水裝置密封采用橡膠止水法蘭。在橡膠止水法蘭之前支架注漿孔,以便壓注膨潤(rùn)土泥漿。洞外工作井土體密封沉降采用SMW工法樁加測(cè)量等方案。在支護(hù)管道內(nèi)預(yù)設(shè)鋼圈,使出洞更加快捷。在內(nèi)襯的預(yù)留洞上安裝雙道橡膠法蘭止水裝置,確保止水可靠安全。頂管過(guò)程加強(qiáng)出洞口的觸變泥漿壓注,減小對(duì)出洞段土體的擾動(dòng)。

4.2.3 中繼環(huán)密封技術(shù)。

結(jié)合該工程的情況設(shè)計(jì)一種新型的中繼間,用于接力頂進(jìn)。這種中繼間采用雙道可調(diào)節(jié)橡膠密封圈進(jìn)行密封,其中有一道密封圈是可更換的,密封圈內(nèi)圈有環(huán)向壓板將密封圈壓緊,每塊壓板上有一個(gè)調(diào)節(jié)預(yù)埋來(lái)調(diào)節(jié)密封圈的壓密量,如果密封效果不好,通過(guò)壓緊壓板可以改善密封狀況。兩道密封圈中有一道事先是壓緊的,另一道的壓板則是放松的,留作備用,若一道密封圈損壞,就使用另一道。

4.3 管節(jié)止轉(zhuǎn)的加固。

頂進(jìn)時(shí)機(jī)頭在刀盤及螺旋機(jī)的作用下會(huì)發(fā)生旋轉(zhuǎn),而機(jī)頭旋轉(zhuǎn)尤其是轉(zhuǎn)角偏大時(shí)會(huì)對(duì)頂進(jìn)造成不利影響,因此對(duì)工具管要采取糾旋轉(zhuǎn)措施。在機(jī)頭前方筒的水平二側(cè)焊翼板,長(zhǎng)1.8 m,寬30 mm,厚25 mm,以防止機(jī)頭旋轉(zhuǎn)。對(duì)機(jī)頭的旋轉(zhuǎn)主要采用加壓重塊的方法。在機(jī)頭二側(cè)焊壓鐵施工,1 號(hào)與6 號(hào)管二側(cè)亦焊壓鐵支架。二側(cè)先平均放壓鐵,共20 t。一旦發(fā)現(xiàn)機(jī)頭有微小偏轉(zhuǎn),立即將壓鐵移到一側(cè)。

4.4 泥水接力及泥漿排放措施。

機(jī)頭所需用水采用管線用水排入泥漿箱,通過(guò)泥漿泵注入機(jī)頭泥水倉(cāng),泥水倉(cāng)葉輪將機(jī)頭切削入倉(cāng)的土與水?dāng)嚢璩赡酀{通過(guò)泥漿泵輸送至沉淀箱沉淀后,比重超過(guò)1.3 后是為廢漿外排。廢漿外排采用罐裝泥漿運(yùn)輸車外運(yùn),排放至渣土辦指定排放點(diǎn)。

5.對(duì)道路、消防和公用管線的保護(hù)措施

5.1 沉降監(jiān)測(cè)。

在頂管管位沿線路口和構(gòu)筑物上布設(shè)沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)。

(1)一般道路沿軸線布置5 個(gè)斷面,每斷面布置9 點(diǎn),斷面間距為5.0 m,點(diǎn)位間距5.0 m;構(gòu)筑物的沉降觀測(cè)點(diǎn)布置在四個(gè)角的位置,并在管道軸線附近處適當(dāng)加密,確保沉降能夠及時(shí)得到反映,以便采取應(yīng)急措施。

(2)檢測(cè)頻率:開(kāi)始頂進(jìn)施工時(shí)為2 h 測(cè)1 次,穿越構(gòu)筑物區(qū)域時(shí)每節(jié)管測(cè)1 次。后期沉降,施工后15 d 內(nèi)為每24 h 測(cè)1 次。

5.2 精心施工。

(1)在出洞后的頂管過(guò)程中,根據(jù)地面沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)頂管正面土壓力和泥水壓力調(diào)整到最佳值,防止因正面水土流失引起的沉降。

(2)頂進(jìn)過(guò)程中,對(duì)頂管軸線要進(jìn)行嚴(yán)格復(fù)核,做到勤測(cè)、勤糾偏,盡量減少由于頂進(jìn)偏差大引起地面沉降。

(3)頂進(jìn)過(guò)程中,對(duì)機(jī)尾定點(diǎn)壓漿,中間長(zhǎng)度補(bǔ)漿和局部地段的定點(diǎn)壓漿要嚴(yán)格管理,并通過(guò)沿線沉降監(jiān)測(cè)和頂進(jìn)測(cè)量數(shù)據(jù)及時(shí)反饋有關(guān)操作人員。

6.結(jié)論與建議

(1)機(jī)頭的糾編動(dòng)作,將增加頂管糾偏附加摩阻力,在實(shí)際頂管中應(yīng)減小大動(dòng)作的糾偏。

(2)曲線頂管技術(shù)為施工困難地區(qū)結(jié)構(gòu)提供了新的施工途徑。特別是老城區(qū),由于原有管線密布,道路彎曲,曲線頂管商業(yè)必將在螺栓建設(shè)中得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。

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