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顶管施工技术的应用研究

 摘要:顶管施工是一种新的施工方法,无须破坏地表即可完成地下管道敷设工作,顶管技术的优越性越来越得到人们的青睐。在我国得到越来越广泛的应用。随着技术的发展,顶管技术在我国地下管线工程施工中起到了重要的作用。文章主要介绍了顶管法施工技术在水库输水涵管施工中的应用。仅供参考。 

关键词:水利工程;顶管法;施工技术;应用 

  中图分类号:TV 文献标识码:A 文章编号: 

  引言 

  如今,我国许多中小型水库建于上世纪50年代,大多属边勘测、边设计、边施工的工程,施工质量差,建设标准低。工程运用至今已50多年,建筑物存在工程隐患,水库带病运行。运行中发现许多问题急待解决,特别是土坝输水涵管,相当部分出现裂缝漏水,严重影响大坝安全。大部分小型水库工程的输水涵管内径在0.5m以下,因管径太小根本无法维修加固施工。为解决此问题,可采用顶管法施工。 

  顶管法施工技术是指在施工时,通过传力顶铁和导向轨道,用支承于基坑后座上的液压千斤顶将管压入土层中,同时挖除并运走管正面的泥土。当第一节管全部顶入土层后,接着将第二节管接在后面继续顶进,这样将一节节管子顶人,连接好接口,管外鳖灌浆,建成涵管。顶管法施工技术起源于美国,是一种使用较早的施工方法,近年来广泛应用于公路、铁路、水利等领域。目前,我国采用顶管施工的混凝土管径已从20世纪70年代的1.8m扩大到3m,曾多次穿越上海黄浦江、黄河等河流,在大直径、长距离顶管施工技术方面处于国际领先水平。 

  一、顶管法施工技术 

  顶管法施工技术是指在坝的一侧或两侧,构筑顶管工作坑及支承顶墩,用经纬仪和水准仪校正方位和高程后,用液压千斤顶将预制的管段(混凝土预制管、钢管或铸铁管等)按设计要求逐节顶进土坝形成输水涵管的施工方法。 

  1.1顶管法特点 

  顶管技术之所以得以广泛应用,在于它具有如下特点。 

  (1)不需开槽路面,施工面由线变点,占地面积少,可减少破路费用。 

  (2)施工面移入地下,地面活动不受施工影响,减少了对交通的干扰。穿越铁路、公路、河流、建筑物等障碍物时可减少沿线的拆迁工作量,不影响正常通航,一般也不需修建围堰和水下作业。 

  (3)顶进速度快,施工周期短,综合成本低。覆土深度大的情况下比开糟埋管经济。 

  (4)施工中噪声影响小,不影响环境,不破坏现有的管线和构筑物。 

  (5)在承载力较小但有一定承载力的土层中顶管是可行的,不必像深埋管那样先进行地基处理。根据顶管技术的特点,顶管法通常适用于下面的情况:适于非岩性土层,在岩石层、含水层施工难度大。 

  1.2施工前期准备 

  (1)开挖工作坑。按照设计要求开挖工作坑,并在底部浇筑一定厚度的混凝土底座,底座要求与后座连接在一起以增加摩擦力,可以减小后座尺寸。为了保证涵管顺直顶进,按设计比降和高程在底座处预埋两根工字钢作导轨。在工作坑内靠近坝体一侧再挖一个工作槽,以方便两管底部焊接,同时作为集水坑。 

  (2)后座施工。后座是顶管施工时用来支撑千斤顶的,所以必须有足够的刚度,承受压力后不产生变形,保证后座墙面与涵管中心线垂直,使涵管顺直顶进。 

  (3)安装测量架。顶管时要求经常校测涵管顶进的高程和方向,所以,工作坑内要架设安放测量仪器的测量架,深埋于地基中。 

  (4)施工机具的准备。施工中用到的主要施工机具有:挖掘机、油压千斤顶、测量仪器(水准仪、全站仪和水平尺)、钢板、方形小钢板(用以填塞空隙)等,另外还需解决照明、通风和排水等问题。 

  1.3施工工艺 

  (1)涵管就位。制作好的涵管经检测合格后,运至工作坑附近,将管段推至工作坑导轨上就位,顶进一节后,再吊装另一节,循环作业。 

  (2)顶进。管段就位后,在后座前安放一块钢板作为支承板,然后顺次安放千斤顶、顶梁和横梁,开始将管段逐渐顶进。 

  (3)挖弃土。涵管顶进2~3m后,撤除横梁和一节顶梁,人工进管挖出弃土,运至管外。 

  (4)测量。人工挖土至管端后,应测量管端中心线位置和管底高程。在测量架上安置全站仪,测量涵管顶进偏斜的误差,然后测量管端底部高程与设计高程差,当偏斜误差大于15mm时,应进行纠正。 

  (5)再顶进。消除误差后继续向前顶进,直至涵管外端处于工作槽中间部位,然后撤掉横梁和顶梁,安装另一节管段,对齐位置后继续顶进,直至全部管段顶完。 

  1.4注意事项 

  (1)后座和导轨施工中,应特别注意后座的千斤顶支承墙面与涵管中心线要严格垂直,才能保证涵管的顺直推进。 

  (2)顶管施工时,由于千斤顶加力不均匀、力点偏移,使顶进的涵管中心线与设计涵管中心线不可能完全一致,因此,及时消除偏斜误差是顶管施工技术的一项重要工序。 

  (3)涵管顶进过程中,应随时观察后座有无变形、位移、裂缝等,发现不妥要及时处理,确保安全。 

  (4)顶进、安放管段和其他施工机具时,要避免碰撞测量座架,以免测量不准。 

  (5)为使涵管外壁与大坝土体之间结合密实,防止出现沿涵管外壁纵向集中渗流,在施工完毕后,通过预留灌浆孔充填灌浆。 

  二、顶管法与开挖重建比较 

  开挖重建即破坝开挖的施工方法,根据涵管的埋设深度以及土坝土体的物理力学性质,确定开挖截面,挖除土坝涵管以上的全部土体,拆除破旧的涵管,再按设计要求进行新涵管的铺设,最后进行土料回填和压实,目前是使用较为普遍的方法,特别是对于埋深较浅的管道。对于实际工程,采用哪一种方法是工程决策者必须面对的问题。采用开挖重建存在的问题: 

  (1)对土坝的扰动较大。原土坝已运行几十年,土体基本处于固结稳定状态,新回填土体与原坝体的交接处易出现不均匀沉降而造成裂缝,威胁土坝的安全; 

  (2)开挖断面大,土方工作量大。土坝越高,从坝面开挖至新涵管底座的高度就越大,开挖回填的土方量也越大,增加了工程造价; 

  (3)施工季节性强。施工过程中若遇雨天则不能施工,影响施工进度。 

  顶管法采用机械化施工,不需破坝,工艺简单,施工方便,基本不受雨季的制约,施工速度快,效果好,对原坝体基本不产生整体扰动,对周围建筑物不产生破坏。但对于硬土地带,且埋设深度较小时,采用开挖重建的费用要低于顶管法。所以,在铺设管道工程时,选择采用何种施工方法必须综合考虑工程的使用功能、场地环境、施工技术、经济效益和社会效益等各种因素。 

  三、结束语 

  顶管法施工技术是继盾构施工之后发展起来的地下管道施工方法,随着科学技术的发展,顶管法施工的工艺、方法也不断发展改进。顶管法具有的主要优点:(1)减少土方工程量,减少建筑垃圾集中搬运的污染; 

  (2)节约沟管基座材料,可以减少水泥,砂石料的用量; 

  (3)不干扰地面交通,对穿越交叉路口、铁路道口、河堤,大坝尤为显著; 

  (4)顶管法可穿越地面和地下建筑,不必搬迁地面建(构)筑物; 

  (5)施工场地少,有利于市区建筑密集地段新管道的铺设和旧管道的维修。顶管法施上技术由于这些特点不失为一种环保的施工技术。 

  由于这些特点,顶管法施工技术成为一种新型环保的施工技术。但实际工程要充分考虑施工条件、工程造价、施工工期、生态环境等因素,选择合理的施工方案。 

  参考文献 

  [1]李健.顶管施工法的技术特点分析[J].筑路机械与施工机械化,2006,7 

  [2]石春辉.顶管法在土坝输水涵管加固中的应用[J].甘肃水利水电技术,2007 

  [3]魏腾辉.顶管法在输水涵施工中的应用[J].大众科技,2010 

  [4]魏纲,徐日庆.顶管法与开槽埋管法经济性比较分析[J].供水技术,2008 

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