给排水工程师关于城市排水管道顶管施工有关问题的探讨

在市政工程建设当中,运用顶管施工工艺来铺设排水管道,已经非常普遍。顶管施工可以不开挖地面、交通不断行,对周围环境影响又能减至最小,是一种现代化的管道敷设施工方法。下面就将对其施工方面有关问题进行详细的探讨。

1施工方案的选定

顶管施工的大忌是对地质情况的摸查不够清楚,一般而言,设备一下井,工程的成败顺利与否就已经决定了。所以前期的地质情况调查是重中之中的工作。详尽的顶管顶进路线地质资料是决定顶管施工成败的关键。

1.1现场踏勘及调查

定位测量后进行现场踏勘及调查工作,了解现场的交通布局及人流状况;调查民居情况;摸清现场的原始情况与现有的可利用条件,为施工设计提供最详细的数据。

1.2做好前期技术准备

根据地质情况的不同选择不同的施工方案,首先要摸查清楚现场的地质状况,其次是设备的选型。尽量了解土层的物理性质、力学参数、分布状况等等。了解地下水的状况及变化规律,如地下水来源、水面标高及是否受到潮汐影响而变化等。

1.3方案设计及工期计划

有了前期的准备工作,可以集中精力考虑方案设计。主要包括有线路及井位设计、顶力计算及管材设计、工作井及接收井设计、检查井设计、平面布置设计、施工过程组织设计、监测及预警措施设计。每个阶段的设计都力求全面,既要考虑费用的节约又要注重设计的合理性。

2施工工艺及设备选择

2.1施工工艺

顶管施工的常用工艺包括手掘式、土压平衡式、泥水平衡式、气压平衡式等4种,其中手掘式属于非压力平衡式,施工时机头内不含机械掘进机,只有1个工具管,通过人工将土体挖除,其掘进断面是开放式的。顶管施工的出土方式对应于泥水平衡式、土压平衡式和手掘式这3种顶管工艺,分别有泥水循环式、螺旋式和人工式等。

2.2顶进设备

常用的用的顶进设备主要包括千斤顶、高压油泵、顶铁、工具管及运出土设备等。

1)千斤顶:采用液压千斤顶并列布置在工作井内,顶力合力作用点与管壁反作用力作用点应在同一轴线,防止产生顶时力偶而造成顶进偏差。2)高压油泵:由电动机带动油泵工作,选用额定压力的注塞泵,经分配器、控制阀进入千斤顶,各千斤顶的进油并联在一起,以保证各千斤顶活塞的出力和行程一致。3)顶铁:顶铁是顶管过程中传递顶力的工具,它可延长千斤顶的行程,并且扩大管节端部的承压面积,要求顶铁能承受压力而不变形且便于搬动。4)其他辅助设备:工作井顶面设活动式工作台,平台用工字钢梁,上铺钢筋网片,工作井口处安装一滑动平台作为下管及出土之用。工作井上搭设彩瓦遮盖棚,以遮挡雨水和阳光,便于人员在不同气候条件下正常操作。

3顶进施工

校测工具头的水平和垂直标高,符合要求后即可顶进工具头,安装第1管子,再次测量标高并核对无误后,开动油泵进行试顶,待调整好各项参数后即可正常顶进施工。顶进施工主要利用工具头在管前端取土,千斤顶在后背不动的情况下将管子向前顶进,其操作过程如下:

1)准备阶段:下管前应先对管子进行外观检查,在施工人员进管前必须先用砌体检测仪进行有毒气体检测,无异常方可进入管内施工。2)安装操作:将第1节管子下放至导轨上,测量管子中心及前后端的管底高程并确认安装合格,安好顶铁并挤牢管子,在其前端进入一定长度后,启动油泵,千斤顶进油,活塞伸出1个工作行程,将管子推进一定距离。第1节管作为工具管,顶进方向与高程的准确是保证整段顶管质量的关键。3)停泵,打开控制阀使千斤顶回油,活塞回缩。4)添加顶铁,重复上述操作,直至需要安装下一节管子为止。5)卸下顶铁,下管并用钢套环连接混凝土上管,在混凝土上管接口处放一止水胶圈,以保证接口缝隙和受力均匀。

4顶管误差校正

顶管误差校正的常用方法有以下3种:

4.1超挖纠偏法

适用于偏差仅1―2cm的情况,在管子偏向的反侧适当超挖,而在偏向侧不超挖甚至留坎而形成阻力,使管在顶进中向阻力小的超挖侧偏向,逐渐回复到设计位置。

4.2顶木纠偏法

适用于偏差大于2cm且超挖纠偏失效的情况,用圆木或方木的一端顶在管子偏向的另一侧内管壁上,另一端斜撑在钢板或木板的管前土壤上,支顶牢固后即可顶进,在顶进中配合超挖纠偏法,边顶边支,利用顶进时斜支撑分力产生的阻力,使顶管向阻力小的一侧校正。

4.3千斤顶纠偏法

与顶木纠偏法基本相同,只是在顶木上用小千斤顶强行将管缓慢移位校正。

5顶管施工注意事项

1)工作坑的选址相当重要,既要满足顶管施工全线的需要,又要尽量避开房屋,地下管线,河塘、架空电线等场所。2)工作坑的施工工艺应全盘综合考虑,根据地质条件不断优化,在施工过程中不断观察,发现问题及时采取有效措施,并做好坑内排水工作,使工作坑安全稳固。3)控制千斤顶活塞的外伸长度,不要超越临界冲程,以免损坏设备。4)要连续顶进,如果停工时间过长,地下水渗透量增加,土拱容易坍塌,再开顶时顶力将大幅度上升。5)根据不同的地质情况,随挖随顶,以免塌方。6)顶进速度适当,过快易产生偏差,过慢易塌方。

6顶管施工安全的注意事项

1)坑内施工人员务必戴安全帽,严禁戴起不到任何安全作用的草帽、竹席帽应付了事。工作坑周围务必树立明显的警示标牌,同时在坑周围布设围蔽栏、安全网、交通指示牌,以免行人不慎掉入坑内,严禁儿童在工作坑周围观看或玩耍。2)工作坑上面应搭雨篷,避免工作坑进水,发生坑壁坍塌事故。3)工作坑壁务必设立防坍塌支撑,最好弄成封闭式框架,矩形工作坑的四角应加斜撑。4)顶进期间若发现千斤顶油压异常增高,应立即停止顶进,检查原因并处理后方可继续顶进。5)顶进过程中容易发生崩铁事故,其原因是纵向顶铁过长而顶力偏斜产生偏心荷载所致,或与后壁压缩不均产生倾斜有关。为保障操作人员的生命安全,在顶进过程中顶铁上方及两侧不得停留任何人。6)应设立稳定的攀梯或脚手架,以便工作人员下坑。严禁利用吊钩上下人。在工作人员施工、技术人员下井检查时,地面上应有人看守,防止出现意外。7)切实做好防漏电措施。

7结束语

采用顶管施工工艺来铺设城市的排水管道,可不开挖地面,管道的管节端不易产生变形,管道寿命大于开挖法埋管,同时具有较大的社会和经济效益,是保护环境的一种安全有效的施工方法。

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