工程實(shí)例看非開(kāi)挖技術(shù)論文
摘要：近年來(lái)隨著城市的快速發(fā)展，頂管施工在城市市政管道鋪設(shè)中被廣泛應(yīng)用。本文從施工原理方法和技術(shù)措施及施工過(guò)程等方面詳細(xì)介紹了下沙幸福北路頂管施工技術(shù)，詳細(xì)闡述了泥水平衡掘進(jìn)頂管施工技術(shù)。
論文關(guān)鍵詞：非開(kāi)挖,頂管,施工
地下管線是城市基礎(chǔ)建設(shè)的重要組成部分，它就像人體內(nèi)的“神經(jīng)”和“血管”，日夜擔(dān)負(fù)著傳送能量的工作，是城市賴以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，被稱為城市的生命線。地下管線的施工方法有開(kāi)挖和非開(kāi)挖兩種。所謂非開(kāi)挖技術(shù)是指利用各種巖土鉆掘設(shè)備和技術(shù)手段，在地表不開(kāi)挖溝槽的條件下，鋪設(shè)、更換或修復(fù)地下管道、電纜、電線等公用設(shè)施，不影響任何交通和設(shè)施運(yùn)行，做到最小限度地?cái)_民礙市。本文根據(jù)具體的實(shí)例說(shuō)明城市地下管線非開(kāi)挖技術(shù)。[1]
1 工程概況
本工程位于下沙幸福北路工程樁號(hào)K0+040～K0+880污水管道。該段管線主要位于道路西側(cè)綠化帶中，污水管道管徑D1 650mm，頂管管材采用F管，鋼承口型接口，Ⅲ級(jí)管。D1 650頂管長(zhǎng)度為844.1米，坡度i=0.6‰。
圖1 頂管工作坑布置圖
2 管材的確定
根據(jù)幸福北路（九沙大道～德勝快速路）工程設(shè)計(jì)圖紙的要求，本工程污水管頂管所使用的管材為：采用F管，鋼承口型接口，Ⅲ級(jí)管。
3 頂管施工方案、工藝及質(zhì)量控制措施
（1）頂管簡(jiǎn)況
幸福北路（九沙大道～德勝快速路）工程頂管工程，頂管管徑為D1 650，采用泥水平衡機(jī)械掘進(jìn)機(jī)頂管施工。投入1臺(tái)Φ1650TLM泥水平衡頂管掘進(jìn)機(jī)用于本工程施工作業(yè)。
4 頂管設(shè)備的選用及安裝
4.1 頂管掘進(jìn)機(jī)的選擇
圖2 TLM泥水平衡掘進(jìn)機(jī)
選擇好頂管掘進(jìn)機(jī)對(duì)頂管施工是至關(guān)重要的。根據(jù)業(yè)主提供的工程地質(zhì)勘察說(shuō)明書(shū)、地質(zhì)資料顯示，本工程頂管穿越地層為粉砂土層，滲透系數(shù)大，物理力學(xué)性質(zhì)差。因此，選擇一種較先進(jìn)的全封閉機(jī)械頂管掘進(jìn)機(jī)――TLM泥水平衡掘進(jìn)機(jī)。該機(jī)具有沉降控制精度高，頂進(jìn)速度快等優(yōu)點(diǎn)。
4.2 主頂進(jìn)系統(tǒng)設(shè)置
主頂進(jìn)系統(tǒng)由油缸組、頂進(jìn)環(huán)、鋼后靠及液壓泵站等組成，其主要功能是成管節(jié)頂進(jìn)，是頂管設(shè)備系統(tǒng)的主要組成部份。
�。�1）油缸組
油缸組由4只油缸分兩列左右對(duì)稱布置，每列各2只油缸疊積而成，并用可分式結(jié)構(gòu)的支座固定，用聯(lián)接梁連成一體。
油缸選用國(guó)產(chǎn)的雙沖程、雙作用等推力液壓千斤項(xiàng)，每只油缸最大推力為1000kN，裝備最大推力為4000kN，滿足頂管最大允許頂力的要求。油缸行程3.0m，因此長(zhǎng)度2.5m的管節(jié)可一次連續(xù)頂進(jìn)完成，無(wú)須再設(shè)墊塊，提高了工效，并減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度。
（2）液壓泵站
選用2臺(tái)A2F28RP2斜軸式柱塞油泵，配備Y200L—6型電機(jī)。通過(guò)調(diào)速閥可改變油泵的流量，根據(jù)頂進(jìn)時(shí)的工況要求及時(shí)控制主頂油缸的頂速。以滿足開(kāi)挖面土壓平衡的條件，從而起到控制地面沉降的作用。
�。�3）鋼后靠
管節(jié)頂進(jìn)時(shí)油缸的反力，通過(guò)鋼后靠均勻地傳遞到工作井井壁上，避免井壁受力不均或局部受力過(guò)大造成井壁結(jié)構(gòu)破壞。鋼后靠安裝時(shí)，應(yīng)與頂進(jìn)軸線保持垂直，與井壁間的空隙應(yīng)用素混凝土填實(shí)，確保整體接觸。
�。�4）主頂進(jìn)裝置主要技術(shù)參數(shù)
油缸數(shù)量：4只
油缸尺寸：D×d×L＝φ250×φ220×3 500 mm
油缸行程：S=3 000 m
限定油壓：P額＝25 MPa
限定推力：F額＝1 500 kN
最高油壓：Pmax＝31.5 MPa
最大推力：Fmax＝2 000 kN
頂進(jìn)速度：V=0-80 mm/min
4.3 泥水出土系統(tǒng)
圖3 泥水出土系統(tǒng)
泥水系統(tǒng)采用Telemole管路系統(tǒng)。渣漿泵型號(hào)：4/3 C－AH，電機(jī)功率18.5 KW，流量90 m3/h，揚(yáng)程21.8 m。頂管施工的管內(nèi)出土是影響工效的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，因?yàn)椴捎媚嗨苈废到y(tǒng)可使頂管實(shí)現(xiàn)連續(xù)推進(jìn)。
4.4頂管工作坑設(shè)施布置
圖4 頂管工作坑布置
基坑導(dǎo)軌應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和剛度。本工程基坑導(dǎo)軌由型鋼和鋼板焊接而成。在工作井底板基礎(chǔ)上應(yīng)事先預(yù)埋鋼板，預(yù)埋鋼板的位置與基坑導(dǎo)軌相吻合，以便導(dǎo)軌與之焊接。預(yù)埋鋼板上的錨固鋼筋要焊牢并有足夠的錨固強(qiáng)度，導(dǎo)軌安放后，還應(yīng)在二側(cè)用型鋼支撐好，必要時(shí)再澆筑混凝土，確保導(dǎo)軌在受撞擊的條件下，不走動(dòng)，不變形。導(dǎo)軌安裝的允許偏差為：軸線位置：3mm，頂面高程：0~+3mm，兩軌內(nèi)距：±2mm。在頂進(jìn)過(guò)程中經(jīng)常進(jìn)行檢查和復(fù)核。
主頂油缸架是拼裝式結(jié)構(gòu)，主頂油缸架的安裝也要定位準(zhǔn)確。保證油缸受力點(diǎn)的正確位置。其高程和平面安裝誤差小于5mm。
頂鐵軸線應(yīng)與管道軸線平行、對(duì)稱，頂鐵與導(dǎo)軌之間的接觸面不得有泥土、油污；頂鐵與管口之間應(yīng)采用緩沖材料襯。在頂進(jìn)過(guò)程中，工作人員不得在頂鐵上方及側(cè)面停留，并應(yīng)隨時(shí)觀察頂鐵有無(wú)異常跡象。
承壓壁是承受和傳遞全部頂力的后座墻，更應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和剛度，并有足夠安全度。本工程的承壓壁設(shè)計(jì)在內(nèi)襯混凝土上先用鋼筋混凝土澆平，后靠鋼板用δ＝70鋼板，在鋼板和混凝土平面之間襯滿堂50mm松木板。
5 頂進(jìn)施工工藝、技術(shù)及質(zhì)量控制措施
5.1 頂管施工工藝流程圖（詳見(jiàn)圖5）
5.2 最大頂推力及其限制措施
本工程主頂液壓系統(tǒng)最大頂推力根據(jù)工作井的許用頂力設(shè)置為： 1000KN。
限制措施為控制液壓系統(tǒng)的壓力。當(dāng)液壓系統(tǒng)的壓力達(dá)到10MPa時(shí),主頂液壓控制臺(tái)將報(bào)警，以滿足限制最大頂力的措施。由于限制的系統(tǒng)壓力較小，所以液壓系統(tǒng)的故障將大大減小，頂管的可靠性也相應(yīng)提高。
5.3 頂管糾偏技術(shù)要點(diǎn)
糾偏操作方案應(yīng)是頂管司機(jī)交接班討論的重點(diǎn)。方案的依據(jù)為測(cè)量提供的機(jī)頭折角、傾斜儀基數(shù)和走動(dòng)趨勢(shì)、前后尺讀數(shù)比較、機(jī)尾處地面沉降量等等。0.5度以上的`大動(dòng)作糾偏須盡量避免并慎重討論，不得已時(shí)也應(yīng)爭(zhēng)取在非重要地段進(jìn)行并加強(qiáng)觀測(cè)。糾偏動(dòng)作后如無(wú)折角變動(dòng)應(yīng)即停頂，會(huì)同電工、機(jī)修工檢查電路和液壓管路，盡早排除故障，嚴(yán)防軸線超差。糾偏應(yīng)在下管后盡早進(jìn)行，注意觀察傾斜儀讀數(shù)的糾后趨勢(shì)及光點(diǎn)滯后變化，同時(shí)通知地面和地下壓漿人員加大同步壓漿量。
5.4 沉降控制措施要點(diǎn)
在頂管施工前，必須摸清管線或構(gòu)筑物的標(biāo)高及位置。制訂切實(shí)可行的保護(hù)措施，并取得對(duì)方的認(rèn)可才能施工，確保管線及構(gòu)筑物安全。
�。�1）地面監(jiān)測(cè)，優(yōu)化掘進(jìn)機(jī)參數(shù)
在初始推進(jìn)階段，要精心組織地表監(jiān)測(cè)，在軸線上方每隔3m布設(shè)一個(gè)沉降控制樁。通過(guò)地表監(jiān)測(cè)得到隆沉量與相對(duì)應(yīng)的掘進(jìn)機(jī)主參數(shù)（包括推進(jìn)速度、開(kāi)挖面土壓力值，出土率等）進(jìn)行比較，從而優(yōu)化掘進(jìn)機(jī)參數(shù)，指導(dǎo)以后的頂管推進(jìn)。
�。�2）注漿穩(wěn)定措施
除了在初始推進(jìn)階段，優(yōu)化推進(jìn)參數(shù)以外，在頂進(jìn)過(guò)程中加強(qiáng)同步注漿也是有效手段之一，必須盡可能將膨潤(rùn)土泥漿套隨機(jī)頭向前移動(dòng)，形成連續(xù)的環(huán)狀漿套。要選擇觸變性能良好的膨潤(rùn)土制漿材料。
5.5 測(cè)量?jī)x器配備與檢驗(yàn)
頂管施工需進(jìn)行三維動(dòng)態(tài)測(cè)量，其精度要求特別高，必須采用精度高，性能優(yōu)良的測(cè)量?jī)x器。
為此，特配備了蘇一光OTS232型全站儀（側(cè)角精度+2”量距3 mm）NA2水準(zhǔn)儀等一系列精密高檔儀器。
圖5 頂管施工工藝流程圖
5.6 頂管過(guò)程中的應(yīng)急措施
�。�1）對(duì)開(kāi)挖面的土體進(jìn)行改良的技術(shù)措施
為了對(duì)正面的土體進(jìn)行改良，在機(jī)頭迎土面的上部布置了注漿管。頂進(jìn)時(shí)，通過(guò)注漿管向土體內(nèi)壓注一定量的泥漿并經(jīng)刀盤(pán)攪拌后，可以有效地改良正面地土體，使出土保持順暢。
（2）管節(jié)止轉(zhuǎn)的技術(shù)措施
頂進(jìn)時(shí)機(jī)頭在刀盤(pán)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)焊壓塊支架，1＃與6＃管二側(cè)亦焊壓鐵支架。二側(cè)先平均放壓塊，共60 t。一旦發(fā)現(xiàn)機(jī)頭有微小偏轉(zhuǎn)，立即將壓鐵移到另一側(cè)。
6 結(jié)語(yǔ)
城市非開(kāi)挖技術(shù)在世界上已經(jīng)經(jīng)歷了100年的歷史，而在中國(guó)卻處于一種起步應(yīng)用階段。隨著城市經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，非開(kāi)挖技術(shù)越來(lái)越顯示其優(yōu)越性，并廣泛地被人們認(rèn)識(shí)和接受。我國(guó)很多大中城市均采用此技術(shù)，發(fā)揮了非開(kāi)挖技術(shù)的獨(dú)特作用。
參考文獻(xiàn)
[1]顏純文,蔣國(guó)盛,葉建良.非開(kāi)挖鋪設(shè)地下管線工程技術(shù)[D].上�？茖W(xué)技術(shù)出版社.
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