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市政工程非开挖顶管施工要点
浏览: 发布日期:2017-10-13作者:非开挖顶管工程

  管线的非开挖施工技术涉及内容较多,它包括顶管施工法、水平定向钻法、夯进空心管法、微型隧道施工法、水平螺旋钻进法、导向钻进施工法、气动矛施工法等等,其中非开挖顶管敷设管道技术近年来在软土地区得到广泛的应用,并取得了许多成功经验,是一个非常有用的市政工程配套管道的施工方法,值得我们去探讨与分析。
 

  1 工程概况
 

  1.1地质特点
 

  本地区市政管线工程所敷设设的各种管道普遍位于淤泥质粘土层,淤泥层厚一般为20~30m,土的颜色多呈灰色或黑灰色,光润油滑且有腐烂植物的气味,多呈软塑或流塑状态;同时土壤含水量高(一般为60%~70%),孔隙比大,具有高压缩性和高灵敏度,抗剪强度和地基承载力极低(40kPa)等特点。
 

  1.2 工程建设特点
 

  (1)本项目的地质情况决定了市政管线工程采用大开挖管线施工时必须对管道基础进行处理,沟槽开挖一定要设置密排支护桩支撑,遇到夹砂层还需辅以井点降水,如不采取充分完备的工程措施,必定会导致沟槽坍塌、沟槽涌土、破坏道路和沟槽两侧基础,造成大范围的土壤扰动、土体塌陷,严重影响市政管道工程的建设质量;
 

  (2)由于管道基础的施工,导致晾槽时间过长,丰富的地下水和经常性的降雨均会影响管道基础建设的质量,不确定因素增多,成为影响管线质量的隐患;对于大口径管道和埋设深度大管道的基槽开挖(一般指地面以下4~6m),即使采取了诸如基础处置、设置沟槽强支护措施等,仍然面临着最终施工质量难以完全保证的危险,为不得已采取的方法;在这种形式下,采用非开挖顶管技术,并在本地区市政配套设施管线的建设过程中进行应用。

 


 

  2非开挖顶管在软土工程施工要点分析
 

  顶管技术一般应用在大口径压力管道和重力流的污水工程中,水平定向钻技术一般应用在小口径压力管道和通信、电力管线施工中,其中以非开挖顶管技术在市政工程建设中应用最广泛。文章主要针对性强、适合于本地区地质情况特点、通过机具构造加工简单、工程造价低廉的挤压式顶管施工要点进行分析。
 

  2.1 工艺使用条件
 

  非开挖挤压式顶管工艺适用于标准贯入度小于10,内摩擦角φ<50,含水量大于50%%的软塑、流塑粘性土及软塑流塑粘性土夹薄层粉砂。
 

  2.2 工程基本情况
 

  本地区排污工程顶管管径为φ900,管材采用钢承口钢筋混凝土管,总长度为2km;管线设计高程所在土层地质情况为浅灰黄-灰色,流塑状,湿度饱和,高压缩性,成分以粘粉粒为主;结合周边环境、工程条件、地质资料、投资情况等并参照以往类似工程经验,经过详细的经济技术比较,最终确定采用非开挖挤压式顶管顶进技术。
 

  2.3 基本工作步骤和顶力的计算
 

  为使工程方案科学、可靠、经济,首先根据顶管工作井后靠土体的稳定性、管道顶进的顶力、管材可承受顶力和其它施工因素等(如通风、照明、排土、安全措施等)确定最佳井距(即一次顶进的距离);工作井后靠土体的稳定性、管材可承受顶力的计算较为成熟,这里不再赘述。
 

  其中顶管顶力的计算是项目成功与否的关键,由于不同工程地质情况和施工工艺都不尽相同,故采用的计算公式和得到的计算结果差异极大;而按照规范提供的计算公式得到的结果往往安全系数偏大,不仅不符本地区的实际情况,而且会造成工程投资的巨大浪费。
 

  在顶管工程中顶力的计算是极其关键的,既要保证一定的安全度,又不能无控制的放大顶力导致造价急剧上升。根据多年来我们在顶管工程中的顶力实测结果,结合相关相临各地的经验公式和理论研究,总结了一条符合本地区特点地方经验公式:
 

  P=P1+P2(适合于淤泥质土层中挤压顶进施工)

  P1=αCu(-6.9lgβ/100+π/3)

  P1——迎面阻力(kN)

  α——顶进过程中,土粘聚力的下降值,取1~0.45

  Cu——土的粘聚力(kPa)

  β——进土开口率

  P2=fsL

  P2——管周摩阻力(kN)

  fs——管周摩阻,取3.5~7.0kN/M2

  L——一次顶进的距离
 

  2.4工程应用情况
 

  (1)利用上述公式的计算结果,确定一次顶进长度不大于90m;按照计算顶力再进行工作井、接收井的设计,顶管工作井采用钢筋混凝土矩形沉井,平面尺寸为2.6×4.2m(净尺寸),壁厚875px;圆形接收井为直径2.0m(净尺寸),壁厚625px。
 

  (2)工作井和接收井尺寸与一般机械顶管相比尺寸大大的缩小,这得益于挤压式顶管工艺采用的顶头和顶进设备尺寸(千斤顶)都较短;特别是机头摈弃了一般机械顶管机头繁重的设备,减轻了自重,防止了出洞时的“磕头”现象;
 

  (3)靠顶头工具管开口率的控制来使顶管迎面阻力介于主动土压力和被动土压力间,确保了迎面土体的稳定;开口率的确定依赖于排土率,一般在保证排土率在95%~100%时,可以认定它的顶头工具管的开口率应在20%~30%,像φ900管开口断面应在φ500~φ600之间,才能使地面地下的建筑物、构筑物和管线不遭其破坏。
 

  (4)在这个工程的施工过程中,我们进行了现场顶力实测,结果为1012.6KN,而计算顶力为1830.8KN,安全系数在1.8左右,表明安全可靠性高。
 

  (5)管线的高程控制和轴线偏差控制均在允许范围内,完全能够满足工艺的设计要求。
 

  (6)在满足质量要求的前提下,根据已完成工程的资料统计,非开挖挤压式顶管工艺综合单位造价是一般机械顶管工艺的50-65%;与普通大开挖施工相比,直接施工费用较高,但综合造价大体相当,部分工程更为经济,这主要是因为该地区土地资源极度紧张,政策处理相对困难。
 

  3施工过程中应注意的问题
 

  3.1施工条件方面
 

  虽然非开挖挤压式顶管工艺对于在淤泥质土层敷设重力流的排水管道和大口径压力管道是最为经济、最为简便的施工方法,但和其它施工方法一样,也存在一定的局限性,如要求覆土厚度较深、土质均匀且为软塑、流塑粘性土、迎面阻力不宜过大等。
 

  对一些特殊地质情况(如淤泥夹细砂、含淤泥细砂等),采用挤压式顶管工艺会受到一定程度的限制,如在江滨路大口径排水管道的施工中,由于在砂层中顶进,顶力极大,导致一次顶进距离极短,投资增大;同时若管材为平口管,在管线纠偏时,接口会错开,渗漏严重;后来通过引进封闭式顶管施工,解决了在这种特殊地质情况下管线的施工。
 

  3.2 补救措施方面
 

  针对非开挖挤压式顶管工艺存在的问题,可以通过采用封闭式顶管和高强度承插式管材来解决,但这会增加一部分工程费用。现在在软土地区,封闭式顶管已经获得了大家的认可,得到了广泛的应用,成为非开挖挤压式顶管工艺的补充和发展,如在某工程(一期)工程中,我们就采用了泥水平衡顶管施工工艺,该工程管径为φ2200,总距离L=1.85km,一次顶进长度达为542m;由于采用了注浆减阻,加设中继间等辅助措施,降低了管线顶力,极大的增加了一次顶进的距离,减少了工作井和接收井的数量,降低了投资;同时采用了“F”型钢承插口管材,由于接口形式更加合理、适应性强,增加了在砂层中使用的可靠性,很少出现由于管节纠偏而导致的接口错开脱落、管线出现渗漏等现象,使得非开挖挤压式顶管工艺存在的缺欠得到完善。
 

  由于受到工程地质情况、建设条件、建设资金、工程周期的诸多条件的限制,其它非开挖施工技术在市政工程的应用相对较少,除挤压式(封闭式)顶管工艺外,水平定向钻成为另外一种成功用的非开挖施工技术。
 

  目前,水平定向钻在软土地区的应用还局限于电力、通信和煤气等领域以及一些小口径的压力管道,如过河倒虹管等,但我们也看到,由于功率、扭矩的限制和精度控制,水平定向钻还不大适合大口径管线和重力流管线的敷设,在今后的实际应用中还应加强这方面的研究和实践。
 

  综上所述,本文通过针对于本项目特殊的地质情况和工程条件的限制,非开挖顶管施工技术具有不破坏表层地面、减少节约土地资源、政策处理容易、保证工程质量、缩短建设周期、降低工程费用的特点,有着广泛的应用空间和技术优势。