实例分析——顶管技术在给排水施工中的应用

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实例分析——顶管技术在给排水施工中的应用

admin 2021-01-26 2321


摘要:本文通过对某开发区内规划路沿线顶管施工段的工程实践经验,阐述了顶管施工技术在给排水管道工程中的应用,并取得了显著的成效。

关键词:顶管;平衡;泥水;工作井

  该市政规划路给排水施工项目位于某开发区内,该工程中的W334—W337设计为顶管施工段。管材采用带橡胶圈III级钢筋混凝土承插管,管径为1500mm,总长270m。其中工作井、接收井均采用矩形钢筋混凝土沉井结构。 一、顶管施工技术方案选择 (1)经调查分析研究及结合本公司在设备和施工及相关的技术能力,采用了密封泥水平衡式顶管工艺进行施工。 (2)泥水式平衡顶管机相比于土压式平衡顶管机,能有效平衡地下水、对付流沙和淤泥质地层。同时泥水式平衡顶管施工比土压式平衡顶管施工具有以下优点:a、可连续顶进作业,施工速度快:b、人员不用进入管道作业,安全性高;c、在淤泥质和砂层中顶进,对地质环境影响小,能有效控制施工精度,而且成本低等。 (3)顶管施工主要设备 该工程选取了GTNS中1500泥水平衡顶管机,50T吊机1台、25T吊机1台,后座泵站2套、整体式顶进构架2套、泥水处理系统2套、激光水准仪1台、全站仪1台、水准仪1台、经纬仪1台,另外还有通用设备电焊机、水泵等。 (4)顶管施工工艺流程 施工前期准备→测量放样、复核→工作井施工→搅拌桩施工→工作井上下设备安装准备→工具头吊装下井、全套设备调试→工具头穿墙顶进→后续吊放管道一管道顶进、测量控制及纠偏→管道排泥和废泥浆外运→下→管节吊放就位→下段顶管顶进一管道贯通、回收工具头→闭水试验→竣工验收、清场 (5)施工顺序 顶管法施工采取先施工顶管工作井及接收井,后顶进管道,然后施工检查井的施工顺序。顶管工作井及接收井施工、管节制作、顶进施工、检查井施工尽可能平行交叉进行,以缩短工期。 二、顶管工程力学参数确定 1、顶力计算 本工程采用顶管总顶力计算的经验公式进行计算: F=F0+F1 F0=a peBC2л/4 F1=RSL F0—始顶力(kN) F1—管壁摩擦力(kN) a——综合系数,本工程取淤泥质土系数值1 pe—土仓的压力(kpa),pe=150kpa BC=管外径(m),取2.238m R—综合摩擦阻力(kpa),本工程取淤泥质土值2: S—管外周长(m),=3.1415*2.238=7.03m: L——推进长度(m),本工程考虑L=400m。 初始顶力:FO=1.5*150*2.2382*л/4=885kN 管壁摩擦力:F1=2*7.03*400=5624kN 总推力:F=885+5624=6509 kN=651T 说明:以上的管壁摩擦力计算没有考虑触变泥浆减摩效果,施工是采用触变泥浆减摩,可以有效折减管壁摩阻力。 工具头正面泥水压力:F1=л×D2/4XP 其中 F1 N管泥水阻力(t) D—顶管外径(m) a—顶管泥水最大压力(t/m2) a与土层密实度、土层含水量、地下水位状况有关。根据有关工程统计资料和本工程的分析,估算工具头正面泥水压力为50t/m2左右,F1=×лD2/4×P=π×2.2382/4×50=196T 管壁摩擦阻力:F2=S×L×f 其中 S—项管外周长(m) L—最长一段顶管长度(m) f—综合摩擦力系数(T/m2) f与管道的埋设深度、土质、地下水位等因素有关。根据有关工程统计资料和本工程的分析,估算综合摩擦力系数f=1.3T/m2。F2=S×L×f=π2.238X60×1.0=421T 在考虑一次顶进距离为60—70m时,顶管总阻力为以上阻力之和:F=F1+F2≈617t 根据该管径钢管的要求,其不能承受的以上项力,顶力较大,需要增加中继环,顶进的后座采用4个200T的千斤顶,中继环采用10+30T千斤顶,共计300T。顶管中继环布置按照 “工具头20m—中继环一后座60m” 来布置。另外,顶管过程还要采用减阻措施,通常减少管壁摩擦阻力的措施有:管壁与泥土间压触变泥浆减阻(优质膨润土拌制而成),注浆需要管节间的密封良好,否则浆体会在管节间泄漏起不到应有的作用,减阻效果好时,f—综合摩擦力系数可以降低到0.3-0.8T/m2左右,将触变泥浆的减阻作为保险系数。

2、管材受力计算 钢管内径d=2220mm,厚度t=18mm,每节管长度6000mm,管的端头采用焊接接头。端面受力面积s=π×(2.238×2.238—2.22×2.22)/4=0.063m2 可承受的最大顶力为:F=s×5000T/m2/4=78.8T。 三、各主要工序施工方法 1、项进前准备所有机械设备交班检查 顶进前,机械工需要进行交接班手续,将记录的设备运转情况表交给下一个班组的机械工,并进行口头的设备运转状况交班,刚上班的机械工需要对控制台、各个泥浆泵、管道、测量系统、工具头等进行例行检查。 2、工具头刀盘转动、开进出渣浆泵 交班和例行检查完毕后,接通电源,将工具头的刀盘转动,当设备的参数稳定后,开进出渣浆泵,开始泥浆循环。 3、调整进出渣浆泵流量达到平衡

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工具头的操作全部采用在管道外(工作井上)控制台控制,只需1个机手操作,可实现对工具头刀具的转动、纠偏控制、压力显示、时时监控(工具头安装了摄像头、控制台上安装了电视机)。顶进千斤顶,观察工作仓的土压力表,调节渣浆泵的流量达到工作仓的泥水平衡,其平衡的原理是,当进泥和吸泥泵稳定工作时,调节进泥和吸泥的泵量,使工作仓内应保持一定压力,仓内泥水压力应与地下水压力相平衡,泥水压力过大,地面隆起;泥水压力过小,地面沉陷,所以控制顶进与出泥的速度相当关键。 4、泥水处理系统处理好砂土、装车、外运 采用泥水平衡式工具头出土,需要在工具头中注入含有一定泥量的泥浆,通过大刀盘切削工具头前方的原状土,与注入的泥水搅拌,泥水通过吸泥泵排到地表泥水处理系统处理,泥浆可以反复循环使用,处理好的泥沙用泥浆车外运。 5、测量工具头的偏位、作好记录、纠偏 测量方法,在工作井后座位置设置测量机座,测量基座由地面引入地下,避免工作井的变形引起的误差,将全站仪放置在其上调平后,使全站仪发射的激光沿着顶进方向水平射出,打在工具头的测量靶位上,通过望远镜读出工具头的偏差。每隔0.5m记录一次。 6、1个行程顶完后,整体式顶进构架调节顶块 当顶完1个行程后,停止顶进,调节整体式顶进构架顶块,可继续顶进下一个行程。 7、触变泥浆系统 顶进过程中,需要经常进行压触变泥浆工作,以减少顶进的阻力,触变泥浆系统由拌浆、注浆和管道三部分组成。拌浆是把注浆材料兑水以后再搅拌成所需的浆液(造浆后应静置24小时后方可使用)。注浆是通过注浆泵进行的,根据压力表和流量表,它可以控制注浆的压力(压力控制在水深的1.1~1.2倍)和注浆量(计量桶控制)。管道分总管和支管,总管安装在管道内一侧,支管则把总管内压送过来的浆液输送到每个注浆孔上去。注浆孔布置为:工具头后3节管各设一道、之后每间距5m设一道补浆孔(间隔2节砼管)。 注浆流程:造浆静置一注浆一顶管推进(注浆)一顶管停顶一停止注浆

  8、顶完一节管后,拆开各管路、钢管吊装、各管路安装 顶完一节管后,拆开所有管线(电力电缆、信号线、油管、进出泥浆管、触变泥浆管),进行钢管吊装焊接后,安装好所有管线,继续顶进。 四、总结 顶管过程是一个复杂的力学过程,它涉及材料力学、岩土力学、流体力学、弹塑性力学等诸多学科。但顶管施工必须严格控制好顶管推力,而对顶管计算复核能够准确估计顶管的推力。顶管的推力就是顶管过程管道受的阻力,包括工具头正面泥水压力、管壁摩擦阻力。泥水平衡压力:在封闭的工作仓内加泥水压力平衡地下水压力,是防止泥砂涌入的重要方法。泥水压力一定要合理。压力较小,大量的泥砂涌入,会造成路面破坏,地表设施受损;压力过大,会增大主千斤顶负荷,严重的可能产生冒顶现象。该工程通过了严密的顶管计算,采取了先进的顶管设备,成功高效地完成了该路段顶管施工的工作。


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