顶管施工是继盾构施工之后而发展起来的一种地下管道施工方法, 它不需要开挖面层, 并且能够穿越公路、铁道、河川、地面建筑物、地下构筑物以及各种地下管线等。顶管施工借助于主顶油缸及管道间中继间等的推力, 把工具管或掘进机从工作井内穿过土层一直推到接收井内吊起。与此同时, 也就把紧随工具管或掘进机后的管道埋设在两井之间, 以期实现非开挖敷设地下管道的施工方法。
顶管技术在我国的存在的主要问题是, 机械设备技术比较落后, 地区差异明显, 水平参差不齐, 缺乏规范化, 人才不足, 尚待进一步宣传推广。目前而言, 对顶管机械设备我国主要依赖于进口, 虽然国内也有生产企业, 但技术仍落后于国际先进水平, 掘进机型号种类不足以适应工程需要, 我国尚无适于中强度岩层以上的岩盘掘进机, 适应土质范围不宽, 且耐用性、机械化、自动化水平不够。从地域上说, 顶管技术的发展与我国地域经济水平相适应, 我国东部的顶管技术发展水平远远高于中西部地区, 仅广东、上海、浙江、江苏和山东五省市就占到了非开挖铺管工作量的7 5%。而西部地区仅在西气东输项目下有为数不多的顶管穿越工程, 中西部地区与东部沿海地区差距非常显著。顶管施工技术在城市之间的发展不平衡, 在上海, 北京、广州等大城市技术水平比较高, 应用比较普遍, 但在中小城市应用较少, 在中西部地区的城市应用更少。在同一城市发展也不平衡, 据广州市建委2004年对广州市顶管现状的有关调查发现, 该市的顶管技术发展极不平衡, 机械化的顶管施工不很多, 手掘式顶管仍占最大比例, 对顶管施工技术的采用不积极, 往往不是管线铺设的首选, 被看作是无法开挖的无奈之举。不同施工企业的施工水平也不平衡, 有些还处在比较原始的阶段, 也有一些应用失败的工程, 客观上阻碍了顶管技术的推广发展。影响顶管技术应用的另一个因素是, 行业规范化不够, 存在同行低水平恶性竞争的现象, 专业人才缺乏, 现有的从业人员大多是从一般的土木工程施工中转化而来, 缺少专业训练。今后仍需加强管理, 努力推广先进技术, 提高施工水平和改善施工工艺。
(1) 安装导轨。
导轨采用轻型导轨, 两根导轨距离控制在管径的0.45~0.6倍之间。安装导轨时, 应首先利用垂球和直尺确定导轨的间距和平面位置, 然后测出导轨各点的实际高程, 并与设计高程相比较, 确定导轨的高程调整量后进行安装。导轨安装公式
式中:A为两导轨间距 (mm) ;
D为管外半径 (mm) ;
e为管外壁与基础间隙, 一般取30mm;
h为导轨高度 (mm) 。
安装导轨的技术要求:导轨要安装在枕木上, 且保证枕木下地基稳定;导轨安设要直顺, 严格控制导轨顶面的高程, 一般宜较管外底部高1~2cm, 安装后的导轨应当牢固, 不得在使用中产生位移, 两导轨应顺直、平行, 等高或略高于该处的设计高程, 其纵坡应与管道设计坡度相一致。
(2) 下管、顶进、出土和挖土设备。
采用16t吊车下管, 用千斤顶、高压油泵作为顶进设备, 用斗车、垂直牵引的电葫芦作为出土设备, 采用羊镐人工挖土。
(3) 照明设备:井内使用电压不大于12V的低压照明。
(4) 通风设备:人工挖土前和挖土过程中, 采用鼓风机通过通风管进行送风。
(5) 工作棚架:作为防雨及安装吊运设备。工作坑上设工作平台, 平台采用直径25cm原木作为承重梁, 用5cm厚木板铺设。
(1) 千斤顶的安装。
千斤顶的高程及平面位置:顶力作用点与管壁反作用点应在同一轴线, 防止产生顶进偏差。根据施工经验, 千斤顶的着力点作用在管子垂直直径的1/4~1/5处为宜。
(2) 顶铁的安装和使用。
在安装顶铁时, 顶铁的轴线应和管道轴线平行对称, 更换顶铁时, 应先使用长度大的顶铁, 保持顶铁数目最少。顶铁拼装后应锁定, 顶进时, 工作人员不得在顶铁上方及侧面层停留, 并应随时观察顶铁有无扭曲迹象, 防止顶铁崩离。
(3) 油泵的安装和运行。
油泵设置在千斤顶附近, 油管顺直, 转角少, 油泵必须和千斤顶相匹配, 并应有备用油泵, 油泵安装完毕, 并进行试运转, 顶进开始时, 应缓慢进行, 待各接触部位密合后, 再按正常顶进速度顶进。
在其运行过程中若发现油泵油压突然增高, 应立即停止顶进, 检查原因并经处理方可继续顶进, 千斤顶活塞退回时, 油压不能过大, 速度不能过快。
工作坑采用机械先将基坑周围3m范围内土方清除, 再进行基坑开挖, 第一节人工配合机械开挖3.5m, 3.5m以下采用开挖至基坑底设计高程。基坑支护按设计说明采用钢木混合支撑4m, 4m以下至基坑底采用钢筋混凝土护壁。工作坑纵向距离较长, 在框架中间加一道横撑。下部2m部位因为顶管施工不进行横向支撑。撑板安装与工作坑坑壁紧贴, 当有空隙时及时填实。横撑水平, 并与横梁或纵梁垂直, 连接牢固。
木撑板构件规格应符合下列规定: (1) 撑板厚度不宜小于5 0 m m, 长度不宜小于4m。 (2) 横梁或纵梁宜为方木, 其断面不宜小于150mm×150mm。 (3) 横撑宜为圆木, 其梢径不宜小于150mm;撑板支撑的横梁、纵梁和横撑布置应符合下列规定: (1) 每根横梁或纵梁不得少于2根横撑。 (2) 横撑的水平间距宜为1.5~2.0m。 (3) 横撑的垂直间距不宜大于1.5m。 (4) 横撑影响下管时, 应有相应的替撑措施或采用其他有效的支撑结构。
工作坑尺寸的设计由检查井的设计要求及顶管操作技术要求决定。
(1) 工作坑的宽度。
B=D+2 b+2 c
B为工作坑宽度;
D为顶进管节的外径尺寸;
b为工作坑内安好管节后两侧的工作空间;
c为护臂厚度。
(2) 工作坑的长度。
L=L 1+L 2+L 3+L 4+L 5
式中:L为工作坑底部开挖长度;L1为管节长度, 取2.5米;L2为顶镐机长度, 取1.2m;L3为出土工作长度, 取1.2m;L4为后背墙的厚度, 取0.6m;L5为已顶进的管节留在导轨上的最小长度, 取0.5m。
(3) 工作坑的深度。
工作坑的深度由设计高程和基础底板的厚度决定。
(4) 顶力计算及后背计算。
P为总顶力;r为管道处土层的重力密度KN/m 3;D1为管道外径;H为管道顶覆土层厚度;Φ为管道处土层内摩擦角;ω为单位长度管体自重 (kN/m3) ;L为管道计算顶进长度;f为管道表面与周围土层摩擦系数;PF为顶进时迎面阻力。
(5) 护壁施工。
工作坑采用机械先将基坑周围3m范围内土方清除, 再进行基坑开挖, 第一节人工配合机械开挖3.5m, 3.5m以下采用开挖至基坑底设计高程。第二节护壁结构采用C25混凝土, 护壁结构C25混凝土, 厚度为20cm, 立筋与横向分布筋均采用Φ12, 横筋间距为20cm, 护壁钢筋绑扎后, 报监理工程师验收, 验收合格后, 支撑模板现浇护壁混凝土, 24h后, 拆除模板。
本文对顶管施工中的关键技术问题进行了研究, 尤其是对设备安装, 千斤顶安装以及工作坑的布置进行了深入分析, 得出的结论对实际工程的施工具有较好的指导作用。
摘要：非开挖技术的发展必将向规模化、规范化、国际化的方向发展, 在我国经济高速增长的支持下, 顶管技术的发展将面临前所未有的机遇, 在加快引进国外先进技术的基本上, 努力消化创新, 加强研发和人才培养, 其前景是非常乐观的。纵观国内外顶管技术的发展, 发展方向将是多元化和多样化。
关键词：地下管线,非开挖,顶管施工
[1] GB/T50013—2006, 室外给水设计规范[S].
[2] GB/T20014—2006, 室外排水设计规范[S].
[3] GB/T50268—2008, 给水排水管道工程施工及验收规范[S].
[4] GB/T50242—2002, 建筑给水排水及采暖工程施工质量验收规范[S].
[5] CJJ/T68—1996, 城镇排水管渠与泵站维护技术规程[S].
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