俞骏
上海泰晟建设工程有限公司 上海 201613
一、非开挖顶管施工原理概述
随着城市建设的不断加快,城市地下管道数量日渐增多,由于管道的铺设施工需要进行开挖地表,对城市交通的正常运行带来极大的不便,挖槽施工逐渐被非开挖顶管施工所代替。由于该项施工技术具有较多的优势特点,对于穿越道路、建筑、河流等地下的管道施工带来了希望,克服了施工环境对管道铺设的影响。当前,市政排水施工不断增多,探讨其对非开挖顶管技术的具体应用,对市政工程建设有着重要意义。
非开挖顶管施工是指不开挖地表,或者对地表只是进行微开挖来进行地下管道的铺设、修复等工作,由于该项施工技术具有明显的优势特点,在市政工程建设中被广泛的运用,特别是对于市政排水做出了突出贡献。简单来讲,非开挖顶管施工就是借助顶管设备,通过工作坑将管段一节节顶入土层的过程,实现对地下管道的铺设和修复等工作,在采用该项技术进行施工时,首先要对施工环境进行勘察,经过测量分析后利用钻挖技术开挖工作井,之后将顶管设备进行安装,借助顶管设备实现管道的逐节顶入,待管道长度达到设计要求即可完成施工,最后经过质量检测后,将工作井填埋、压实[1]。
二、非开挖顶管施工技术优势特点
(一)施工工期较短
非开挖顶管施工,可以在不进行土方开挖的情况下,对市政排水管道进行维修工作,由于不需要进行土方开挖和回填施工,较传统的挖槽施工而言,其施工工序较少。而施工工期往往由施工工序决定,繁琐的施工工序,需要更多的时间进行施工作业,非开挖施工则恰恰相反,因此施工工期较短。
(二)施工成本较低
对工程建设而言,施工成本的控制至关重要,科学控制工程造价具有重要的作用。在采用挖槽施工时,既需要动用较多的机械设备,支付的设备使用和维修养护费用较多,同时对于需要深埋的排水管道而言,还需要支付地基的处理和支护费用,总体的造价投入较多。但是,采用非开挖施工后,可以节省以上费用,降低施工成本。
(三)施工质量较高
由于非开挖施工工序较为简单,能够实现对施工的有效质量控制,同时采用高科技的顶管工艺,其施工质量较传统施工都有所改进。基于非开挖施工不会开挖土方,也就减少了对周围土体的扰动,加之借助于顶管机的使用,市政给排水管道施工大大减少了沉降发生,极大的提高了施工质量[2]。
(四)对环境影响少
市政排水管道深埋地下,在城市中的分布较广,对其施工不可避免的会给附近交通、建筑带来一定的影响,特别是采用挖槽施工,由于需要对地表进行开挖,大型机械施工作业带来噪音污染、粉尘污染等较为严重,同时施工过程中会为附近交通带来极大的不便,造成交通堵塞。进行非开挖顶管施工,施工单位可在较短的时间,较短的施工范围内完成施工,对周围环境的影响会有所降低。
三、工程案例
某市一条污水转输主干管的300m长,管道埋深为6.5~7 m,管道直径为1500m,管线规划位置周围建筑物密集,施工空间有限,且地下水十分丰富,地下水水位也比较高,采用明槽开挖施工会扰动建筑物基础,导致安全隐患,经过对施工现场的多次现场勘查,并经过专家方案论证决定采用非开挖顶施工技术施工方法。
1.基坑施工
(1)基坑测量放样
首先对规划污水管位附近土地进行平整,根据设计图纸先确定污水管道纵向中心线位置,再根据设计图纸,确定沉井中心桩号、纵横轴线控制桩及基坑开挖边线,并保证沉井纵轴线与管道纵向中心线相重合。根据工程地质勘探报告,依据土质性质,沉井基坑开挖深度取2m,沉井刃脚外侧面到基坑边的操作距离取2m,基坑边坡采用1:1。
(2)基坑开挖
基坑开挖边线确定后,即可进行挖土工序的施工。挖土采用1.5m的单斗挖掘机,并与人工挖土相结合,避免超挖,确保基坑各部尺寸精确。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆基坑底部四周设置的排水沟与集水井连通,集水井内汇集的雨水及地下水及时用水泵排除,保持基坑底部平整与干燥,防止积水影响刃脚垫层的施工。
工作井:总高度为8.5m,分三次浇筑和振捣完成,一次下沉。第一次浇捣刃脚部分,高度2.9m;第二次浇捣高度3 m;第三次全部浇捣完成,浇捣高度3m 。
接收井:总高度为7.8m,分三次浇筑和振捣完成,一次下沉。第一次浇捣刃脚部分,高度2.0m;第二次浇捣高度2.9 m;第三次全部浇捣完成,浇捣高度3m。
沉井施工采用分阶段浇筑混凝土,严格按设计与施工规范要求做好施工缝。施工缝做成凸,并在下次浇时将衔接处的混凝土凿毛,并用水清洗干净,浇捣前先用UEA补偿收缩混凝土砂浆座浆,然后轻倒第一层混凝土并振捣密实,避免形成蜂窝,给沉井的质量安全带来隐患。
2.项管施工
(1)机头选型
根据地质报告,顶管机头决定采用气压平衡网格(水冲)式机头进行施工。在顶管顶进过程中,通过气压平衡正面土压稳定机头,减少外部土体对周围地面的扰动。
(2)主顶
采用4台200 t/台千斤顶作为主项,千斤顶行程为1.6 m 。千斤顶动力由油压泵提供。千斤顶后端 用道木和分压环将反力均匀作用于工作井,前端安置的顶进分压环,顶铁将顶力均匀传至管节。分压环应具有足够的刚性,并与管端面接触相对平整,无变形。
(3)中继间
由于本次顶进污水管道长,顶进阻力超过了油压泵提供最大容许总顶力,无法满足一次顶进,须设置中继间分段接力顶进。本顶管工程顶进长度超过了最大容许顶进距离120m,故在机头后设置一只中继间,并采用触变泥浆注浆工艺。
中继间由前壳体、千斤顶及后壳体组成。前壳体与前接管连接,后壳体与后接管连接,前后壳体间为承插式连接,两者问依靠橡胶止水带密封,防止管道外水土和浆液倒流入管道内。
每只中继间安装10个、每个顶力为30t的千斤顶,千斤顶沿圆周匀称布置。千斤顶的行程为30c m,用扁铁制成的紧固件将其固定在前壳体上。中继间壳体外径与管节外径保持一致,可减少土体扰动、地面沉降及顶进阻力。当管道顶通以后,拆除顶进机械设备及各种辅助原件,外壳与管节内壁之间的间隙用细石混凝土填充 。
(4)接口
钢套环在生产、运输及现场吊装过程中必须保证不变形,接口不损坏,以确保管节在对接过程中,橡胶带不移位、不翻转,确保管节的密封性。因地下水与土壤有一定的腐蚀性,钢环套安装前必须做好防腐处理。管节接口主要由钢套环、橡胶止水带和软土衬垫组成。橡胶止水带应保持清洁、无油污,并避光存放,防止老化。施工中,将橡胶止水带用强力胶水粘贴于混凝土管口凹槽处,并粘贴牢固,在管节对接前涂无腐蚀性润滑油以减少摩阻,防止止水带翻转、错位和断裂。软木衬垫采用多层胶合板(厚度1 cm左右),将其夹于前后管节钢套环中间,以均匀管节间的相互作用力,减少接口损坏。管道顶通后,管道须对管道内接口处理,将管节间的胶合板凿至同样深度(深度2~3cm即可),并用沥青弹性嵌缝膏或水泥砂浆抹平。
(5)注浆工艺
此次污水管顶进距离较长,需采用措施减小顶进阻力,本工程采用注浆工艺,利用触变泥浆套减少顶进过程中污水管外壁与土体之间的磨擦力,并填充流失的土体,减少土体变形、沉降和隔水。触变泥浆 由膨润土和水搅拌而成,配合比为1:8。触变泥浆经搅拌后存入储浆箱,通过注浆机经管道输送至混凝土管注浆孔,注入土体形成泥浆套。
(6)通风设施
由于管道埋深很大,土体中还会产生有害气体,管道内的空气质量差,因此必须设置通风系统。根据计算,采用∮360 P V C管道向顶管内送风,将通风管固定在管道侧壁,采用风琴式软管连接,施工时送风管随着顶管顶进不断延伸,并不间断送风,确保空气新鲜,循环通畅。
结语
综上所述,非开挖顶管技术是一种不开挖地表,而实现对地下管道的铺设施工技术,由于其具有施工工期短、成本较低、质量较高、对周围环境影响小等优势特点,在市政排水施工中被广泛运用。采用非开挖顶管施工时,需要通过测量放样、顶管机下井、排水管道顶进、洞口密封、施工验收等施工工艺,完成对市政排水管道的铺设和维修作业。
论文作者:俞骏
论文发表刊物:《基层建设》2015年25期供稿
论文发表时间:2016/3/24
标签:管道论文; 基坑论文; 顶管论文; 千斤顶论文; 沉井论文; 非开挖论文; 壳体论文; 《基层建设》2015年25期供稿论文;