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非开挖顶管技术在市政排水管线施工中的应用

  摘 要:随着社会主义市场经济的不断发展,我国市政工程事业发展也取得了不错的成绩。作为市政道路工程建设的重要技术之一,非开挖顶管技术施工是否符合施工要求,对其发展具有至关重要的作用。为提高市政排水管线工程施工质量,必须建立与完善其施工技术体系,选用科学有效的技术进行施工。在提升非开挖顶管施工技术水平的同时,施工单位应规范施工流程,做好各个环节的质量控制工作,才能为市政排水管线施工整体质量的提升提供可靠的保障。文章主要对非开挖顶管技术的概况、市政排水管线施工中非开挖顶管技术的施工准备、施工流程进行了分析与探究。 

  关键词:非开挖顶管技术;市政工程;排水管线施工;概况;施工准备 

  中图分类号:TU992.05 文献标识码:A 文章编号:1006-8937(2015)24-0044-02 

  作为城市基础设施的主要构成部分,地下管线是一个城市生存、发展的主动力。铺设地下管线的质量,对城市经济建设与现代化水平的提升具有重要意义。随着我国城市化发展水平的提升,城市管道网线规划已经无法适应城市发展的需求,尤其是市政工程排水管线铺设往往存在诸多问题,为有效提升市政工程的质量,部分单位为降低成本,都会选用"挖槽铺管法"进行排水管线施工。但这种方式必须在地表无建筑物、河流等情况下,才能进行地下管线的铺设,其不仅会对原有路面、建筑物质量造成极大的损坏,在开挖施工中,还会产生极大的噪音,并严重影响道路交通与沿线居民生活,为此,非开挖顶管技术因其经济性良好、环境、交通影响小,在市政排水管线施工中得到了广泛地应用与推广。 

  1 非开挖顶管技术的概况 

  二十世纪八十年代,现代非开挖顶管施工技术在发达国家兴起并形成新的产业,该技术对铺设、更换及修复传统地下管线具有重要意义。与其他技术的对比,见表1。非开挖顶管技术对环境、交通影响较小,并具有较高经济性,在市政排水工程中得到了广泛的应用。 

  非开挖技术是指利用导向、定向钻进等途径,在地表极小部分开挖的情况下,对地下各种管线进行敷设、更换及修复的施工新技术,该技术具有较小的地表干扰性。顶管技术作为非开挖技术的重要组成部分,其主要应用于市政工程,相比开挖埋管技术,非开挖顶管技术可以深入地下作业。其作业原理为:工作井垂直地面进行制作,随后把水泥、钢制管道利用高压液压千斤顶向地下顶入。在面层不开挖的情况下,进行公路、地下管线的穿越。顶管施工的主要推力包括:主顶油缸、管道中继间等。该技术的应用,可对埋设管道施工中对沿线建筑物与交通的影响力降到最低,在土层稳定与保护环境发挥着积极的作用。特别是在市政工程交通量大、人口众多及建筑物、地下管线繁杂的情况下,得到了广泛地应用与推广。 

  2 市政排水管线施工中非开挖顶管技术的施工准备 

  2.1 顶进管的选择 

  一般选用钢筋混凝土管作为市政排水管线施工的顶进管,钢管一般用于没有腐蚀需求的情况下。严格按照钢筋混凝土标准与技术规定确定钢筋混凝土管的规格设计、配筋与应力验算。 

  按照工程性质及需求,对顶进管内径进行确定。外径可严格遵循顶进管受荷载的情况进行确定,并对混凝土管的配筋、壁厚进行确定。因顶管工作面施工必须与人工方式相配合,要求其管内径在500 mm以下。 

  顶进管长度直接影响着顶管的可控性与经济性。将长管应用到直线推顶施工中,可降低装管次数,以此提升施工效果。但在不断增加管长度的同时,如与原定路线出现偏离现象,将加大恢复的难度。通常情况下,当L/D(长度为L,管径为D)在1.10以下或等于1.10时,通常选用短管进行施工;当L/D等于1.15时,通常选用标准管进行施工;当L/D大于或等于2.10时,可选用长管作为顶进管。 

  2.2 顶管施工准备 

  起重设备、自动控制室、料具间及注水系统等为现场平面总体布置内容。并将发射架、顶管机、千斤顶等设备合理安装到始发工作井内,并将下井扶梯设置在工作井边侧,为施工人员提供便利。为增加顶管机出洞的安全性,必须选用高压旋喷桩对土体、进出洞相应范围进行加固。为避免泥水流失现象出现在顶管机进出预留洞位置,必须将止水装置安装在工作井内。 

  3 市政排水管线施工中非开挖顶管技术的施工流程 

  市政工程是关系到国民经济增长的重要工程,随着我国市政排水管线发展建设要求的不断提高,因大气因素与行车荷载的直接作用,往往会出现各种质量问题。为此,只有重视其施工流程,选用与之相适应的施工方式,才能提升施工质量,才能为市政排水管线建设提供可靠的技术支撑。 

  3.1 工程案例 

  某排水工程,居民区分布于其管线两侧,管线中心与建筑物外侧之间的距离为12 m。该工程顶管的总长度为514 m,管节外径为2 640 mm,其内径为2 200 mm,管节长度为2 400 mm,最大控制距离为189 m,该顶管施工段无坡度,管顶覆土厚度为4.3 m。选用土压平衡式多刀盘顶管机(该机的外径长度为2 640 mm)进行顶管施工,最大后顶力为1400 t。因管道施工具有较大的复杂性,可选用天然橡胶制成锲型橡胶圈。 

  3.2 市政排水施工中非开挖顶管技术的施工流程 

  3.2.1 测量放样与井下、地面设备安装 

  顶管轴线与设备安装标高等都是测量放样的内容,利用井下投点、后视点精度的确定,可对顶管轴线放样精度进行有效控制。在安装井下设备时,设备安装部件包括:导轨、千斤顶等。安装施工中,轴线确定必须严格遵循相关测量规定,确保操作符合施工要求。为防止标高人为误差的产生,应降低轴线安装量。安装地面设备时,其设备包含:起吊设备、主顶泵站等,施工时,必须严格按照现场具体情况,进行合理设置,并与顶管轴线存在一定的距离。 

  3.2.2 顶管机下井与出洞 

  通过起吊设备将顶管机吊入安装好的导轨上,临时千斤顶安装后,应和顶管机连接的管线相连。必要的安全措施应在顶管出洞前进行,如软眼位置在工作井施工中,可进行相应墙体的浇筑,应确保该墙体具有较高的强度及可对洞口外水土压力产生抵抗作用,向出口器放入顶管机后,可对墙上的出洞进行直接切割与封堵。同时,还可以将部分钢封门安装在工作井软眼位置,以此起到加固洞口外土体及地下水位降低的作用。在打开洞口后,对土体自身的稳定性及牢固性进行加固。如顶管出洞没有地下水,可将一定量的钢板桩打在洞口外部,进而对打开洞口后出现的土压力加以抵抗。在打开洞口后,出口器内进入顶管机时,可拔出钢板桩,随后不断顶进。   3.2.3 正常顶进控制 

  正常顶进施工中,应利用顶速控制、出土控制,使土仓内压力与机头水土压保持一种动态平衡状态。如土质出现改变,必须按照土质具体情况,合理调整顶管机参数。 

  ①合理布置中继站。应充分考虑井内总站顶力与管线顶进时的最大摩擦力。施工过程中,由于顶管内中继站具有较高运动频率,必须确保其密封件性能符合施工要求。 

  ②顶进编制控制。按照监控屏内顶管机偏位情况,操作人员可及时将顶管机头内的纠偏系统启动,同时做好处理工作。施工过程中,必须与顶头偏位、后续管节缝等充分结合。如顶管为曲线形式,地面控制系统无法对顶管机偏位信号接收时,应指派相关负责人员及时监控管道,并将纠偏调控结果上报。 

  3.2.4 顶管机进洞、起吊及转移 

  在洞口位置放置顶管机时,必须依据洞口位置的具体情况、地质条件及地下水文状况进行相关措施的选择。在确保施工安全的前提下,指派施工人员及时除去软眼封门,随后不断顶进,直至顶管机进入接收机内,最后将机头与管道的连接解除。 

  3.2.5 洞口密封处理、管道修补及验收 

  在井中进行顶管机转移,并彻底清理洞口,根据安装轨道,进行止水设备的安装,洞口封闭可利用混凝土浇筑的方式进行施工。在完成该段管道施工后,必须先清理管道,在回填管缝,并补衬、修补施工受损位置。随后验收管道,确保管道轴线位置不出现任何误差、回填管缝施工效果良好等。选用"F"型钢筋混凝土顶管作为该工程的方式,密封时可选用橡胶圈。在混凝土管内埋设钢套,可对其刚度进行有效提升,并确保变形现象不出现在运输过程中。与此同时,焊接其和管内钢筋骨架,当顶进管端位置混凝土时,如产生受压情况,可起到约束保护管端混凝土的作用。 

  4 结 语 

  综上所述,作为市政施工中一种非开挖掘进式技术,顶管技术的特点为对附近环境影响小或无影响,施工不需要较大的场地及噪音污染低等。在市政排水管线施工中,非开挖顶管技术的广泛应用,对其发展具有关键性的作用。施工单位为提升市政排水管线施工质量,必须重视非开挖顶管技术,根据施工现场具体情况,选择顶进管,确保其长度、直径等符合施工要求。在做好施工准备工作的前提下,规范施工流程,实现市政工程建设的社会效益与经济效益。 

  参考文献: 

  [1] 王萌萌,姚守勤.非开挖顶管技术在市政排水管道施工中的应用[J].技术与市场,2015,(1).

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