許琳林
(北票市龍?zhí)端畮旃芾硖?,遼寧朝陽122100)
供水工程管道頂管施工設(shè)計(jì)及技術(shù)分析
許琳林
(北票市龍?zhí)端畮旃芾硖?,遼寧朝陽122100)
文章結(jié)合遼寧北票市農(nóng)村供水工程施工,計(jì)算了雙排平行管道中心間距、錯(cuò)位間距以及頂力控制,分析了管道頂進(jìn)過程中的頂進(jìn)施工、軸線控制等關(guān)鍵施工技術(shù)。結(jié)果表明,兩排頂管施工未出現(xiàn)不良影響,在保障施工進(jìn)度的前提下,確保施工方案可行與安全。
供水工程;雙排平行管道;頂管設(shè)計(jì);施工技術(shù)
南八家鄉(xiāng)供水工程需穿越一省級道路,不允許開挖,需采用頂管施工。地質(zhì)構(gòu)造全段為濕陷性黃土,道路范圍頂管管頂可能為回填戈壁土,可能存在不能成孔及塌方危險(xiǎn),需錨桿注漿加固處理;施工前盡力掌握地下管線類型及走向情況,結(jié)合設(shè)計(jì)要求,人工開挖、人工清理基坑及邊坡加固。工程設(shè)計(jì)管道為雙趟并行,采用平行錯(cuò)位施工,每趟頂管施工長度約為72 m,共設(shè)工作井一座,施工方案如圖1所示。頂管段采用DN1500的鋼筋混凝土專用頂管,擬采用手掘式頂管施工,穿越道路路面埋深約為3 m。根據(jù)頂管段土質(zhì)情況,采用開啟式人工挖土配合導(dǎo)向工具管等技術(shù)措施,24 h不間斷施工。
圖1 頂管施工平面圖(單位:mm)
1)中心間距
根據(jù)管頂擾動寬度以及中心間距相關(guān)理論,得出頂管施工的擾動寬度應(yīng)不超過兩管道孔的中心間距,將此當(dāng)作頂管施工的安全距離,公式為:
其中:Be——管道頂部土體擾動寬度,m;D0——頂管機(jī)機(jī)頭外徑,m;φ——土體內(nèi)摩擦角,°。
根據(jù)工程土體力學(xué)性質(zhì)測量結(jié)果,取內(nèi)摩擦角為10°,計(jì)算得到管頂土體擾動寬度為3.47 m,中心間距為3.5 m,頂管外壁間距控制在2 m。
2)錯(cuò)位縱向間距
為保障工程施工的安全、高效,雙排頂管前后同時(shí)頂進(jìn)施工需要確定合理的錯(cuò)位縱向間距,如圖2所示。
最小錯(cuò)位縱向間距計(jì)算公式為:
其中:H——前方機(jī)頭長度和第一個(gè)柔性接頭的總長度,m;r——土質(zhì)系數(shù),取1.5。
機(jī)頭鉆進(jìn)過程中受力情況見圖2,由力學(xué)關(guān)系
圖2 錯(cuò)位縱向間距
推算得到:
其中:P0——靜止土壓力,表達(dá)式為P0=k0rh,kN;K0——靜止土壓力系數(shù),一般取0.55;γ——土體容重,kN/m3;h——地面至掘進(jìn)機(jī)中心的厚度,m;Pb——被動土壓力,kN;c——內(nèi)聚力;D——頂管機(jī)外徑,m。
被動土壓力計(jì)算公式為:
計(jì)算得到靜止土壓力和被動土壓力分別為83.3 kPa,176.3 kPa,將其帶入到式(3)中,計(jì)算得到最小錯(cuò)位間距為10.5 m。由此可知,在頂管施工過程中,前后頂進(jìn)管道的錯(cuò)位間距應(yīng)間隔兩節(jié)管的長度,同時(shí)還需要根據(jù)跟蹤測量,觀測平行管頂進(jìn)是否存在不良現(xiàn)象,以實(shí)時(shí)進(jìn)行施工調(diào)整。
后背作為千斤頂?shù)闹谓Y(jié)構(gòu),要有足夠的強(qiáng)度和風(fēng)度,且壓縮變形要均勻。工程采用組合鋼結(jié)構(gòu)后背,此種后背安裝方便,安裝時(shí)應(yīng)滿足使用千斤頂?shù)闹χ行母叨炔恍∮诤蟊掣叨鹊?/3。
推力的理論計(jì)算:
其中:F——總推力,kN;F1——迎面阻力,kN;F2——頂進(jìn)阻力,kN。
迎面阻力和頂進(jìn)阻力計(jì)算公式分別為:
其中:f——管外表面平均綜合摩阻力,kN;L——兩管的縱向間距,m。
為保證頂力,將δ=25 cm鋼制后靠背緊貼在工作井后座墻壁上,混凝土灌縫以保證緊密接觸,以保證足以承受最大400 t頂力,并保證靠背的鉛垂度與軸線的垂直度。工程頂管是穿越重要道路,頂管施工長度較長為保證道路安全及頂管施工順利完成,在頂進(jìn)前每根頂管均涂抹石蠟、頂進(jìn)過程中注泥漿,以減少頂進(jìn)阻力,順利完成頂管施工。頂進(jìn)完畢需注水泥漿加固,保證路面及附屬管線的長久安全,在頂管施工過程還必須做好地面、地下的實(shí)時(shí)監(jiān)控。
工作井與接收井設(shè)置應(yīng)便于施工以及后期管理維護(hù)。工程設(shè)計(jì)工作井為6 m×6 m×3 m(長×寬×深),由人工輔助機(jī)械進(jìn)行開挖。工作井開挖后應(yīng)立即進(jìn)行支護(hù),采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)對井壁進(jìn)行保護(hù),結(jié)構(gòu)保護(hù)層厚度不應(yīng)小于30 m。考慮施工段土質(zhì)為濕陷性黃土,為保證井壁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性,設(shè)計(jì)井壁混凝土采用?12@50鋼筋雙層雙向綁扎;同時(shí),工作井后靠背面用拋石鋼筋混凝土進(jìn)行處理,最小厚度為1 m。導(dǎo)軌應(yīng)符合工程施工需要,設(shè)計(jì)在預(yù)埋鋼板焊接鋼軌方式,增加導(dǎo)軌的穩(wěn)定性。導(dǎo)軌安裝應(yīng)與管道軸線重合,偏差控制在±3 mm以內(nèi),且高程、兩軌內(nèi)距偏差控制在±3 mm,±2 mm。
1)頂進(jìn)施工與測量控制應(yīng)同步進(jìn)行,以達(dá)到控制接管走向和坡度的目的。第一節(jié)管道頂進(jìn)施工時(shí),應(yīng)在推進(jìn)1.5~1.8 m時(shí)停止施工,并安裝第二節(jié)管道。兩段混凝土管應(yīng)采用柔性對接的方式,在承插接口添加具有一定彈性的襯墊材料,并做好相應(yīng)的密封處理措施。
2)管道開挖控制以底部13.5°四周方向進(jìn)行控制,特殊情況開挖也不應(yīng)超過此范圍的10 mm。由于管道地質(zhì)段部分屬于濕陷性黃土,管道掘進(jìn)尺度應(yīng)保持在一合理的范圍內(nèi)(工程開挖進(jìn)尺為30~50 m),降低管道開挖與支護(hù)的難度,保障后期管道頂進(jìn)施工的安全與質(zhì)量。
3)管道頂進(jìn)中要對頂力大小與頂進(jìn)速度進(jìn)行嚴(yán)格控制,管道正式頂進(jìn)施工之前可在管道外壁涂抹潤滑劑(如石蠟),降低頂進(jìn)過程的摩擦阻力;與此同時(shí),結(jié)合頂力大小情況在管內(nèi)注入觸變泥漿,也可達(dá)到降低阻力的目的。一般情況下,初始階段頂進(jìn)速度較慢,控制在20~50 mm/min為宜;正常頂進(jìn)過程可適當(dāng)增加頂進(jìn)速度,控制在50~ 150 mm/min。如遇到增面障礙物,則應(yīng)緩慢進(jìn)行推進(jìn),頂進(jìn)速度不應(yīng)超過10 mm/min。
4)管道頂進(jìn)施工結(jié)束后,應(yīng)對工作井和接收井兩端混凝土管下基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固與處理,避免出現(xiàn)管端下沉的情況,進(jìn)而造成已安裝管道軸線出現(xiàn)變形。頂進(jìn)施工階段還需要做好通風(fēng)、照明等輔助性工作內(nèi)容,保證頂進(jìn)施工的順利進(jìn)行。
管道頂進(jìn)過程中的軸線控制采用導(dǎo)線測量法,包括中線偏差測量和一般高程測量。測量平臺設(shè)置在頂管后座位置,在井壁上設(shè)置兩個(gè)測量基準(zhǔn)點(diǎn),應(yīng)用先進(jìn)的激光經(jīng)緯儀對管道中線進(jìn)行控制。高程測量使用工具主要是水準(zhǔn)儀和高程尺,測量前一節(jié)管道前端與后端管內(nèi)底高程,通過這種方式能夠有效了解前一節(jié)管道的走向趨勢,測量結(jié)束后將之與工作坑內(nèi)的另一個(gè)水準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行閉合計(jì)算,根據(jù)結(jié)果以實(shí)時(shí)調(diào)整管道軸向。工程管道采用DN1500的鋼筋混凝土專用頂管,其中軸線位置和兩端錯(cuò)口允許偏差為50 mm,管道內(nèi)底高程允許偏差在+30~-40 mm;相鄰管間錯(cuò)口一般為15%壁厚,最大不超過20 mm。如管道軸線超過了允許偏差,應(yīng)及時(shí)采取糾偏措施,可通過工具頭前方糾偏節(jié)中的糾偏千斤頂進(jìn)行調(diào)整,根據(jù)測量結(jié)果對頂進(jìn)方向進(jìn)行控制,但需注意糾偏調(diào)整速度一定要慢,避免糾偏過急對已安裝管道造成影響。
平行頂管施工管節(jié)之間會產(chǎn)生相互影響,尤其是后施工管節(jié)施工,其可能出現(xiàn)較大的土體變形現(xiàn)象。施工設(shè)計(jì)中應(yīng)注重管道中心間距、錯(cuò)位縱向間距的確定,同時(shí)嚴(yán)格對管道頂力的控制。施工中應(yīng)做好頂管施工技術(shù)管理與應(yīng)用,同時(shí)對工程施工可能出現(xiàn)的軸線偏移、“叩頭”“倒退”“自轉(zhuǎn)”等現(xiàn)象加以預(yù)防與及時(shí)解決,通過合理的施工工藝以保證管道頂進(jìn)施工的安全與高效。
[1]張君偉,葛會志,魏陸宏.非開挖鋼管頂進(jìn)技術(shù)在大興新城濱河森林公園引水工程中的應(yīng)用[J].水利規(guī)劃與設(shè)計(jì),2013(03):68-70+78.
[2]龔云強(qiáng),郭魏峰,章忠華.大直徑水平平行頂管穿堤施工及控制[J].隧道建設(shè),2011(01):110-113+120.
[3]許龍,汪洪濤,鐘俊彬,等.長距離鋼頂管關(guān)鍵質(zhì)量要素設(shè)計(jì)與控制[J].給水排水,2010(04):49-53.
[4]陳建中,李卓球,徐鵬.大口徑長距離玻璃鋼頂管的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].中國給水排水,2013(18):154-157.
[5]李萬才.大口徑輸水管道工程施工方法應(yīng)用與分析[J].管道技術(shù)與設(shè)備,2000(01):22-24.
[6]孫鈺.供水管道斜穿鐵路框構(gòu)橋頂進(jìn)施工中的狀態(tài)控制[J].水利規(guī)劃與設(shè)計(jì),2016(03):65-67.
[7]丁良平,黃金明,黃宏偉.近距離平行頂管施工監(jiān)測與技術(shù)分析[J].地下空間與工程學(xué)報(bào),2007(S2):1421-1425+1437.
[8]彭福泉,蔡安江.大直徑雙排平行鋼管頂管施工技術(shù)[J].施工技術(shù),2009(06):99-100.
TV674 < class="emphasis_bold"> [文獻(xiàn)標(biāo)識碼]B
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1002—0624(2017)09—0012—03
2016-10-17