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              市政工程非開挖頂管施工要點
              瀏覽: 發布日期:2020-05-25作者:非開挖頂管工程

                管線的非開挖施工技術涉及內容較多,它包括頂管施工法、水平定向鉆法、夯進空心管法、微型隧道施工法、水平螺旋鉆進法、導向鉆進施工法、氣動矛施工法等等,其中非開挖頂管敷設管道技術近年來在軟土地區得到廣泛的應用,并取得了許多成功經驗,是一個非常有用的市政工程配套管道的施工方法,值得我們去探討與分析。
               

                1 工程概況
               

                1.1地質特點
               

                本地區市政管線工程所敷設設的各種管道普遍位于淤泥質粘土層,淤泥層厚一般為20~30m,土的顏色多呈灰色或黑灰色,光潤油滑且有腐爛植物的氣味,多呈軟塑或流塑狀態;同時土壤含水量高(一般為60%~70%),孔隙比大,具有高壓縮性和高靈敏度,抗剪強度和地基承載力極低(40kPa)等特點。
               

                1.2 工程建設特點
               

                (1)本項目的地質情況決定了市政管線工程采用大開挖管線施工時必須對管道基礎進行處理,溝槽開挖一定要設置密排支護樁支撐,遇到夾砂層還需輔以井點降水,如不采取充分完備的工程措施,必定會導致溝槽坍塌、溝槽涌土、破壞道路和溝槽兩側基礎,造成大范圍的土壤擾動、土體塌陷,嚴重影響市政管道工程的建設質量;
               

                (2)由于管道基礎的施工,導致晾槽時間過長,豐富的地下水和經常性的降雨均會影響管道基礎建設的質量,不確定因素增多,成為影響管線質量的隱患;對于大口徑管道和埋設深度大管道的基槽開挖(一般指地面以下4~6m),即使采取了諸如基礎處置、設置溝槽強支護措施等,仍然面臨著最終施工質量難以完全保證的危險,為不得已采取的方法;在這種形式下,采用非開挖頂管技術,并在本地區市政配套設施管線的建設過程中進行應用。

               


               

                2非開挖頂管在軟土工程施工要點分析
               

                頂管技術一般應用在大口徑壓力管道和重力流的污水工程中,水平定向鉆技術一般應用在小口徑壓力管道和通信、電力管線施工中,其中以非開挖頂管技術在市政工程建設中應用最廣泛。文章主要針對性強、適合于本地區地質情況特點、通過機具構造加工簡單、工程造價低廉的擠壓式頂管施工要點進行分析。
               

                2.1 工藝使用條件
               

                非開挖擠壓式頂管工藝適用于標準貫入度小于10,內摩擦角φ<50,含水量大于50%%的軟塑、流塑粘性土及軟塑流塑粘性土夾薄層粉砂。
               

                2.2 工程基本情況
               

                本地區排污工程頂管管徑為φ900,管材采用鋼承口鋼筋混凝土管,總長度為2km;管線設計高程所在土層地質情況為淺灰黃-灰色,流塑狀,濕度飽和,高壓縮性,成分以粘粉粒為主;結合周邊環境、工程條件、地質資料、投資情況等并參照以往類似工程經驗,經過詳細的經濟技術比較,最終確定采用非開挖擠壓式頂管頂進技術。
               

                2.3 基本工作步驟和頂力的計算
               

                為使工程方案科學、可靠、經濟,首先根據頂管工作井后靠土體的穩定性、管道頂進的頂力、管材可承受頂力和其它施工因素等(如通風、照明、排土、安全措施等)確定最佳井距(即一次頂進的距離);工作井后靠土體的穩定性、管材可承受頂力的計算較為成熟,這里不再贅述。
               

                其中頂管頂力的計算是項目成功與否的關鍵,由于不同工程地質情況和施工工藝都不盡相同,故采用的計算公式和得到的計算結果差異極大;而按照規范提供的計算公式得到的結果往往安全系數偏大,不僅不符本地區的實際情況,而且會造成工程投資的巨大浪費。
               

                在頂管工程中頂力的計算是極其關鍵的,既要保證一定的安全度,又不能無控制的放大頂力導致造價急劇上升。根據多年來我們在頂管工程中的頂力實測結果,結合相關相臨各地的經驗公式和理論研究,總結了一條符合本地區特點地方經驗公式:
               

                P=P1+P2(適合于淤泥質土層中擠壓頂進施工)

                P1=αCu(-6.9lgβ/100+π/3)

                P1——迎面阻力(kN)

                α——頂進過程中,土粘聚力的下降值,取1~0.45

                Cu——土的粘聚力(kPa)

                β——進土開口率

                P2=fsL

                P2——管周摩阻力(kN)

                fs——管周摩阻,取3.5~7.0kN/M2

                L——一次頂進的距離
               

                2.4工程應用情況
               

                (1)利用上述公式的計算結果,確定一次頂進長度不大于90m;按照計算頂力再進行工作井、接收井的設計,頂管工作井采用鋼筋混凝土矩形沉井,平面尺寸為2.6×4.2m(凈尺寸),壁厚875px;圓形接收井為直徑2.0m(凈尺寸),壁厚625px。
               

                (2)工作井和接收井尺寸與一般機械頂管相比尺寸大大的縮小,這得益于擠壓式頂管工藝采用的頂頭和頂進設備尺寸(千斤頂)都較短;特別是機頭擯棄了一般機械頂管機頭繁重的設備,減輕了自重,防止了出洞時的“磕頭”現象;
               

                (3)靠頂頭工具管開口率的控制來使頂管迎面阻力介于主動土壓力和被動土壓力間,確保了迎面土體的穩定;開口率的確定依賴于排土率,一般在保證排土率在95%~100%時,可以認定它的頂頭工具管的開口率應在20%~30%,像φ900管開口斷面應在φ500~φ600之間,才能使地面地下的建筑物、構筑物和管線不遭其破壞。
               

                (4)在這個工程的施工過程中,我們進行了現場頂力實測,結果為1012.6KN,而計算頂力為1830.8KN,安全系數在1.8左右,表明安全可靠性高。
               

                (5)管線的高程控制和軸線偏差控制均在允許范圍內,完全能夠滿足工藝的設計要求。
               

                (6)在滿足質量要求的前提下,根據已完成工程的資料統計,非開挖擠壓式頂管工藝綜合單位造價是一般機械頂管工藝的50-65%;與普通大開挖施工相比,直接施工費用較高,但綜合造價大體相當,部分工程更為經濟,這主要是因為該地區土地資源極度緊張,政策處理相對困難。
               

                3施工過程中應注意的問題
               

                3.1施工條件方面
               

                雖然非開挖擠壓式頂管工藝對于在淤泥質土層敷設重力流的排水管道和大口徑壓力管道是最為經濟、最為簡便的施工方法,但和其它施工方法一樣,也存在一定的局限性,如要求覆土厚度較深、土質均勻且為軟塑、流塑粘性土、迎面阻力不宜過大等。
               

                對一些特殊地質情況(如淤泥夾細砂、含淤泥細砂等),采用擠壓式頂管工藝會受到一定程度的限制,如在江濱路大口徑排水管道的施工中,由于在砂層中頂進,頂力極大,導致一次頂進距離極短,投資增大;同時若管材為平口管,在管線糾偏時,接口會錯開,滲漏嚴重;后來通過引進封閉式頂管施工,解決了在這種特殊地質情況下管線的施工。
               

                3.2 補救措施方面
               

                針對非開挖擠壓式頂管工藝存在的問題,可以通過采用封閉式頂管和高強度承插式管材來解決,但這會增加一部分工程費用?,F在在軟土地區,封閉式頂管已經獲得了大家的認可,得到了廣泛的應用,成為非開挖擠壓式頂管工藝的補充和發展,如在某工程(一期)工程中,我們就采用了泥水平衡頂管施工工藝,該工程管徑為φ2200,總距離L=1.85km,一次頂進長度達為542m;由于采用了注漿減阻,加設中繼間等輔助措施,降低了管線頂力,極大的增加了一次頂進的距離,減少了工作井和接收井的數量,降低了投資;同時采用了“F”型鋼承插口管材,由于接口形式更加合理、適應性強,增加了在砂層中使用的可靠性,很少出現由于管節糾偏而導致的接口錯開脫落、管線出現滲漏等現象,使得非開挖擠壓式頂管工藝存在的缺欠得到完善。
               

                由于受到工程地質情況、建設條件、建設資金、工程周期的諸多條件的限制,其它非開挖施工技術在市政工程的應用相對較少,除擠壓式(封閉式)頂管工藝外,水平定向鉆成為另外一種成功用的非開挖施工技術。
               

                目前,水平定向鉆在軟土地區的應用還局限于電力、通信和煤氣等領域以及一些小口徑的壓力管道,如過河倒虹管等,但我們也看到,由于功率、扭矩的限制和精度控制,水平定向鉆還不大適合大口徑管線和重力流管線的敷設,在今后的實際應用中還應加強這方面的研究和實踐。
               

                綜上所述,本文通過針對于本項目特殊的地質情況和工程條件的限制,非開挖頂管施工技術具有不破壞表層地面、減少節約土地資源、政策處理容易、保證工程質量、縮短建設周期、降低工程費用的特點,有著廣泛的應用空間和技術優勢。

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