工程實例看非開挖技術論文
摘要：近年來隨著城市的快速發(fā)展，頂管施工在城市市政管道鋪設中被廣泛應用。本文從施工原理方法和技術措施及施工過程等方面詳細介紹了下沙幸福北路頂管施工技術，詳細闡述了泥水平衡掘進頂管施工技術。
論文關鍵詞：非開挖,頂管,施工
地下管線是城市基礎建設的重要組成部分，它就像人體內的“神經”和“血管”，日夜擔負著傳送能量的工作，是城市賴以生存和發(fā)展的物質基礎，被稱為城市的生命線。地下管線的施工方法有開挖和非開挖兩種。所謂非開挖技術是指利用各種巖土鉆掘設備和技術手段，在地表不開挖溝槽的條件下，鋪設、更換或修復地下管道、電纜、電線等公用設施，不影響任何交通和設施運行，做到最小限度地擾民礙市。本文根據具體的實例說明城市地下管線非開挖技術。[1]
1 工程概況
本工程位于下沙幸福北路工程樁號K0+040～K0+880污水管道。該段管線主要位于道路西側綠化帶中，污水管道管徑D1 650mm，頂管管材采用F管，鋼承口型接口，Ⅲ級管。D1 650頂管長度為844.1米，坡度i=0.6‰。
圖1 頂管工作坑布置圖
2 管材的確定
根據幸福北路（九沙大道～德勝快速路）工程設計圖紙的要求，本工程污水管頂管所使用的管材為：采用F管，鋼承口型接口，Ⅲ級管。
3 頂管施工方案、工藝及質量控制措施
�。�1）頂管簡況
幸福北路（九沙大道～德勝快速路）工程頂管工程，頂管管徑為D1 650，采用泥水平衡機械掘進機頂管施工。投入1臺Φ1650TLM泥水平衡頂管掘進機用于本工程施工作業(yè)。
4 頂管設備的選用及安裝
4.1 頂管掘進機的選擇
圖2 TLM泥水平衡掘進機
選擇好頂管掘進機對頂管施工是至關重要的。根據業(yè)主提供的工程地質勘察說明書、地質資料顯示，本工程頂管穿越地層為粉砂土層，滲透系數大，物理力學性質差。因此，選擇一種較先進的全封閉機械頂管掘進機――TLM泥水平衡掘進機。該機具有沉降控制精度高，頂進速度快等優(yōu)點。
4.2 主頂進系統設置
主頂進系統由油缸組、頂進環(huán)、鋼后靠及液壓泵站等組成，其主要功能是成管節(jié)頂進，是頂管設備系統的主要組成部份。
�。�1）油缸組
油缸組由4只油缸分兩列左右對稱布置，每列各2只油缸疊積而成，并用可分式結構的支座固定，用聯接梁連成一體。
油缸選用國產的雙沖程、雙作用等推力液壓千斤項，每只油缸最大推力為1000kN，裝備最大推力為4000kN，滿足頂管最大允許頂力的要求。油缸行程3.0m，因此長度2.5m的管節(jié)可一次連續(xù)頂進完成，無須再設墊塊，提高了工效，并減輕了勞動強度。
（2）液壓泵站
選用2臺A2F28RP2斜軸式柱塞油泵，配備Y200L—6型電機。通過調速閥可改變油泵的流量，根據頂進時的工況要求及時控制主頂油缸的頂速。以滿足開挖面土壓平衡的條件，從而起到控制地面沉降的作用。
�。�3）鋼后靠
管節(jié)頂進時油缸的反力，通過鋼后靠均勻地傳遞到工作井井壁上，避免井壁受力不均或局部受力過大造成井壁結構破壞。鋼后靠安裝時，應與頂進軸線保持垂直，與井壁間的空隙應用素混凝土填實，確保整體接觸。
（4）主頂進裝置主要技術參數
油缸數量：4只
油缸尺寸：D×d×L＝φ250×φ220×3 500 mm
油缸行程：S=3 000 m
限定油壓：P額＝25 MPa
限定推力：F額＝1 500 kN
最高油壓：Pmax＝31.5 MPa
最大推力：Fmax＝2 000 kN
頂進速度：V=0-80 mm/min
4.3 泥水出土系統
圖3 泥水出土系統
泥水系統采用Telemole管路系統。渣漿泵型號：4/3 C－AH，電機功率18.5 KW，流量90 m3/h，揚程21.8 m。頂管施工的管內出土是影響工效的關鍵環(huán)節(jié)，因為采用泥水管路系統可使頂管實現連續(xù)推進。
4.4頂管工作坑設施布置
圖4 頂管工作坑布置
基坑導軌應具有足夠的強度和剛度。本工程基坑導軌由型鋼和鋼板焊接而成。在工作井底板基礎上應事先預埋鋼板，預埋鋼板的位置與基坑導軌相吻合，以便導軌與之焊接。預埋鋼板上的錨固鋼筋要焊牢并有足夠的錨固強度，導軌安放后，還應在二側用型鋼支撐好，必要時再澆筑混凝土，確保導軌在受撞擊的條件下，不走動，不變形。導軌安裝的允許偏差為：軸線位置：3mm，頂面高程：0~+3mm，兩軌內距：±2mm。在頂進過程中經常進行檢查和復核。
主頂油缸架是拼裝式結構，主頂油缸架的安裝也要定位準確。保證油缸受力點的正確位置。其高程和平面安裝誤差小于5mm。
頂鐵軸線應與管道軸線平行、對稱，頂鐵與導軌之間的接觸面不得有泥土、油污；頂鐵與管口之間應采用緩沖材料襯。在頂進過程中，工作人員不得在頂鐵上方及側面停留，并應隨時觀察頂鐵有無異常跡象。
承壓壁是承受和傳遞全部頂力的后座墻，更應具有足夠的強度和剛度，并有足夠安全度。本工程的承壓壁設計在內襯混凝土上先用鋼筋混凝土澆平，后靠鋼板用δ＝70鋼板，在鋼板和混凝土平面之間襯滿堂50mm松木板。
5 頂進施工工藝、技術及質量控制措施
5.1 頂管施工工藝流程圖（詳見圖5）
5.2 最大頂推力及其限制措施
本工程主頂液壓系統最大頂推力根據工作井的許用頂力設置為： 1000KN。
限制措施為控制液壓系統的壓力。當液壓系統的壓力達到10MPa時,主頂液壓控制臺將報警，以滿足限制最大頂力的措施。由于限制的系統壓力較小，所以液壓系統的故障將大大減小，頂管的可靠性也相應提高。
5.3 頂管糾偏技術要點
糾偏操作方案應是頂管司機交接班討論的重點。方案的依據為測量提供的機頭折角、傾斜儀基數和走動趨勢、前后尺讀數比較、機尾處地面沉降量等等。0.5度以上的`大動作糾偏須盡量避免并慎重討論，不得已時也應爭取在非重要地段進行并加強觀測。糾偏動作后如無折角變動應即停頂，會同電工、機修工檢查電路和液壓管路，盡早排除故障，嚴防軸線超差。糾偏應在下管后盡早進行，注意觀察傾斜儀讀數的糾后趨勢及光點滯后變化，同時通知地面和地下壓漿人員加大同步壓漿量。
5.4 沉降控制措施要點
在頂管施工前，必須摸清管線或構筑物的標高及位置。制訂切實可行的保護措施，并取得對方的認可才能施工，確保管線及構筑物安全。
�。�1）地面監(jiān)測，優(yōu)化掘進機參數
在初始推進階段，要精心組織地表監(jiān)測，在軸線上方每隔3m布設一個沉降控制樁。通過地表監(jiān)測得到隆沉量與相對應的掘進機主參數（包括推進速度、開挖面土壓力值，出土率等）進行比較，從而優(yōu)化掘進機參數，指導以后的頂管推進。
�。�2）注漿穩(wěn)定措施
除了在初始推進階段，優(yōu)化推進參數以外，在頂進過程中加強同步注漿也是有效手段之一，必須盡可能將膨潤土泥漿套隨機頭向前移動，形成連續(xù)的環(huán)狀漿套。要選擇觸變性能良好的膨潤土制漿材料。
5.5 測量儀器配備與檢驗
頂管施工需進行三維動態(tài)測量，其精度要求特別高，必須采用精度高，性能優(yōu)良的測量儀器。
為此，特配備了蘇一光OTS232型全站儀（側角精度+2”量距3 mm）NA2水準儀等一系列精密高檔儀器。
圖5 頂管施工工藝流程圖
5.6 頂管過程中的應急措施
�。�1）對開挖面的土體進行改良的技術措施
為了對正面的土體進行改良，在機頭迎土面的上部布置了注漿管。頂進時，通過注漿管向土體內壓注一定量的泥漿并經刀盤攪拌后，可以有效地改良正面地土體，使出土保持順暢。
（2）管節(jié)止轉的技術措施
頂進時機頭在刀盤及螺旋機的作用下會發(fā)生旋轉，而機頭旋轉尤其是轉角偏大時會對頂進造成不利影響，因此對工具管要采取糾轉措施。在機頭前方筒的水平二側焊翼板，長1.8 m寬30 mm，厚25 mm，以防止機頭旋轉。對機頭的旋轉主要采用加壓重塊的方法。在機頭二側焊壓塊支架，1＃與6＃管二側亦焊壓鐵支架。二側先平均放壓塊，共60 t。一旦發(fā)現機頭有微小偏轉，立即將壓鐵移到另一側。
6 結語
城市非開挖技術在世界上已經經歷了100年的歷史，而在中國卻處于一種起步應用階段。隨著城市經濟的不斷發(fā)展，非開挖技術越來越顯示其優(yōu)越性，并廣泛地被人們認識和接受。我國很多大中城市均采用此技術，發(fā)揮了非開挖技術的獨特作用。
參考文獻
[1]顏純文,蔣國盛,葉建良.非開挖鋪設地下管線工程技術[D].上海科學技術出版社.
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