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1、1浅谈给排水管道的顶管施工技术应用摘要：本文通过对广东某开发区内规划路沿线顶管施工段的工程实践经验，阐述了顶管施工技术在给排水管道工程中的应用，并取得了显著的成效。关键词：顶管 平衡 泥水 工作井0 引言该市政规划路给排水施工项目位于广东某开发区内，该工程中的 W334W337设计为顶管施工段。管材采用带橡胶圈 III 级钢筋混凝土承插管，管径为1500mm，总长 270m。其中工作井、接收井均采用矩形钢筋混凝土沉井结构。1 顶管施工技术方案选择1.1 经调查分析研究及结合本公司在设备和施工及相关的技术能力，采用了密封泥水平衡式顶管工艺进行施工。1.2 泥水式平衡顶管机相比于土压式平衡顶管机，
2、能有效平衡地下水、对付流沙和淤泥质地层。同时泥水式平衡顶管施工比土压式平衡顶管施工具有以下优点：可连续顶进作业，施工速度快；人员不用进入管道作业，安全性高；在淤泥质和砂层中顶进，对地质环境影响小，能有效控制施工精度，而且成本低等。1.3 顶管施工主要设备 该工程选取了 GTNS1500 泥水平衡顶管机，50T 吊机1 台、25T 吊机 1 台，后座泵站 2 套、整体式顶进构架 2 套、泥水处理系统 2 套、激光水准仪 1 台、全站仪 1 台、水准仪 1 台、经纬仪 1 台，另外还有通用设备电焊机、水泵等。1.4 顶管施工工艺流程 施工前期准备测量放样、复核工作井施工搅拌桩施工工作井上下设备安装
3、准备工具头吊装下井、全套设备调试工具头穿墙顶进后续吊放管道管道顶进、测量控制及纠偏管道排泥和废泥浆外运下2一管节吊放就位下段顶管顶进管道贯通、回收工具头闭水试验竣工验收、清场。1.5 施工顺序 顶管法施工采取先施工顶管工作井及接收井，后顶进管道，然后施工检查井的施工顺序。顶管工作井及接收井施工、管节制作、顶进施工、检查井施工尽可能平行交叉进行，以缩短工期。2 顶管工程力学参数确定2.1 顶力计算本工程采用顶管总顶力计算的经验公式进行计算：F=F0+F1F0=peBC2/4F1=RSLF0初始顶力（kN）F1管壁摩擦力（kN）综合系数，本工程取淤泥质土系数值 1pe土仓的压力（kpa），pe=1
4、50kpaBC=管外径（m），取 2.238mR综合摩擦阻力（kpa），本工程取淤泥质土值 2；S管外周长（m），=3.1415*2.2387.03m；L推进长度（m），本工程考虑 L=400m。初始顶力：F0=1.5*150*2.2382*/4=885kN管壁摩擦力：F1=2*7.03*400=5624kN总推力：F=885+5624=6509 kN=651T说明：以上的管壁摩擦力计算没有考虑触变泥浆减摩效果，施工是采用触变泥浆减摩，可以有效折减管壁摩阻力。工具头正面泥水压力：F1=D2/4P 其中 F1顶管泥水阻力(t)3D顶管外径(m)顶管泥水最大压力(t/m2) 与土层密实度、土层含水
5、量、地下水位状况有关。根据有关工程统计资料和本工程的分析，估算工具头正面泥水压力为 50t/m2 左右，F1=D2/4P2.2382/450196T管壁摩擦阻力： F2=SLf 其中 S顶管外周长(m)L最长一段顶管长度(m)f综合摩擦力系数(T/ m2)f 与管道的埋设深度、土质、地下水位等因素有关。根据有关工程统计资料和本工程的分析，估算综合摩擦力系数 f=1.3T/m2。F2=SLf=2.238601.0421T在考虑一次顶进距离为 60-70m 时，顶管总阻力为以上阻力之和：F=F1+F2617t根据该管径钢管的要求，其不能承受的以上顶力，顶力较大，需要增加中继环，顶进的后座采用 4
6、个 200T 的千斤顶，中继环采用 10 个 30T 千斤顶，共计 300T。顶管中继环布置按照“工具头 20m中继环后座 60m”来布置。另外，顶管过程还要采用减阻措施，通常减少管壁摩擦阻力的措施有：管壁与泥土间压触变泥浆减阻(优质膨润土拌制而成)，注浆需要管节间的密封良好，否则浆体会在管节间泄漏起不到应有的作用，减阻效果好时，f综合摩擦力系数可以降低到 0.3-0.8T/m2左右，将触变泥浆的减阻作为保险系数。2.2 管材受力计算 钢管内径 d=2220mm，厚度 t=18mm，每节管长度 6000mm，管的端头采用焊接接头。端面受力面积 s= (2.2382.238-2.222.22)/
7、4=0.063m2可承受的最大顶力为：F=s5000T/m2/4=78.8T。3 各主要工序施工方法3.1 顶进前准备所有机械设备交班检查 顶进前，机械工需要进行交接班手续，4将记录的设备运转情况表交给下一个班组的机械工，并进行口头的设备运转状况交班，刚上班的机械工需要对控制台、各个泥浆泵、管道、测量系统、工具头等进行例行检查。 3.2 工具头刀盘转动、开进出渣浆泵 交班和例行检查完毕后，接通电源，将工具头的刀盘转动，当设备的参数稳定后，开进出渣浆泵，开始泥浆循环。3.3 调整进出渣浆泵流量达到平衡 工具头的操作全部采用在管道外(工作井上)控制台控制，只需 1 个机手操作，可实现对工具头刀具的
8、转动、纠偏控制、压力显示、时时监控(工具头安装了摄像头、控制台上安装了电视机)。顶进千斤顶，观察工作仓的土压力表，调节渣浆泵的流量达到工作仓的泥水平衡，其平衡的原理是，当进泥和吸泥泵稳定工作时，调节进泥和吸泥的泵量，使工作仓内应保持一定压力，仓内泥水压力应与地下水压力相平衡，泥水压力过大，地面隆起；泥水压力过小，地面沉陷，所以控制顶进与出泥的速度相当关键。3.4 泥水处理系统处理好砂土、装车、外运 采用泥水平衡式工具头出土，需要在工具头中注入含有一定泥量的泥浆，通过大刀盘切削工具头前方的原状土，与注入的泥水搅拌，泥水通过吸泥泵排到地表泥水处理系统处理，泥浆可以反复循环使用，处理好的泥沙用泥浆车
9、外运。3.5 测量工具头的偏位、作好记录、纠偏 测量方法，在工作井后座位置设置测量机座，测量基座由地面引入地下，避免工作井的变形引起的误差，将全站仪放置在其上调平后，使全站仪发射的激光沿着顶进方向水平射出，打在工具头的测量靶位上，通过望远镜读出工具头的偏差。每隔 0.5m 记录一次。3.6 1 个行程顶完后，整体式顶进构架调节顶块 当顶完 1 个行程后，停止顶进，调节整体式顶进构架顶块，可继续顶进下一个行程。3.7 触变泥浆系统 顶进过程中，需要经常进行压触变泥浆工作，以减少顶进的5阻力，触变泥浆系统由拌浆、注浆和管道三部分组成。拌浆是把注浆材料兑水以后再搅拌成所需的浆液(造浆后应静置 24
10、小时后方可使用)。注浆是通过注浆泵进行的，根据压力表和流量表，它可以控制注浆的压力(压力控制在水深的 1.11.2 倍)和注浆量(计量桶控制)。管道分总管和支管，总管安装在管道内一侧，支管则把总管内压送过来的浆液输送到每个注浆孔上去。注浆孔布置为：工具头后 3 节管各设一道、之后每间距 5m 设一道补浆孔(间隔 2 节砼管)。注浆流程：造浆静置注浆顶管推进(注浆) 顶管停顶停止注浆3.8 顶完一节管后，拆开各管路、钢管吊装、各管路安装 顶完一节管后，拆开所有管线（电力电缆、信号线、油管、进出泥浆管、触变泥浆管），进行钢管吊装焊接后，安装好所有管线，继续顶进。3.9 其他附属施工方法 顶管工作面
11、排水由工作面流向工作井集水坑，再用泵排出地面。顶管内面无人，如果需要进去维修设备等，进管之前需要通风，采用压入强制性通风措施，用风机通过 1.5 英寸铁管向顶管工具头压风。施工用电主干线采用 380V 三相五线制，接通地面、工作井、管道内、工具头、管道照明采用 1224V 低压电源供电。4 总结顶管过程是一个复杂的力学过程，它涉及材料力学、岩土力学、流体力学、弹塑性力学等诸多学科。但顶管施工必须严格控制好顶管推力，而对顶管计算复核能够准确估计顶管的推力。顶管的推力就是顶管过程管道受的阻力，包括工具头正面泥水压力、管壁摩擦阻力。泥水平衡压力：在封闭的工作仓内加泥水压力平衡地下水压力，是防止泥砂涌入的重要方法。泥水压力一定要合理。压力较小，大量的泥砂涌入，会造成路面破坏，地表设施受损；压力过大，会增大主千斤顶负荷，严重的可能产生冒顶现象。该工程通过了严密的顶管计算，采取了先进的顶管设备，6成功高效地完成了该路段顶管施工的工作。
