强透水砂层中顶管施工技术
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摘要：本文结合呼伦贝尔市的一处排污排水工程，介绍在强透水中砂层地质条件下，成功应用的非开挖泥水平衡式顶管施工技术
关键词：泥水平衡顶管施工技术
中图分类号：TU74文献标识码： A
引言
随着经济的飞速发展，科技的进步，工程施工技术日新月异，非开挖顶管施工作为一种先进的施工技术越来越被广泛的采用。这种非开挖埋管的施工方法，与开槽明挖埋管施工相比具有更多的优越性，可以解决无法采用开槽埋管施工地段的管线的敷设施工，如穿越铁路，公路，建筑物等。具有不影响交通，文明施工程度高，减少以市民正常活动的干扰，避免房屋的拆迁等优点，是管道施工的首选方案。
工程概况
本工程为呼伦贝尔市一处生活区排污，排水工程，地面交通繁杂，障碍物多，无法开槽明挖。管路埋深大约8.0米。地址处于强透水的中砂层，呈现黄色，棕红，灰白，含少量砂砾，局部含有粘质、棱角一次圆状，饱降，松散，稍密。地下水丰富，常水位约地下二米，受伊敏河影响。一般开挖难度很高，采用泥水平衡机械式顶管施工方法比较适合。
工作井接收井的施工
2.1工作井接收井的尺寸
工作井应有足够的空间和工作面，保证下管，安装顶进设备和操作间距，坑底长，宽尺寸可按如下公式：
W=D+(2.0~3.2)
式中
W----工作井底宽度（m）
D----被顶进管节外径（m）
式中
L----工作井底长（m）
L1----管节顶进后，尾端压在导轨上的最小长度，混凝土管一般留0.3m，钢管留0.6m
L2----每节管节长度（m）
L3----出土工作间隙，根据出土工具确定，一般为1.0~1.5m
L4----千斤顶长度（m）
L5----后背所占工作井厚度（m）
本工程工作井采用圆形沉井，工作井的内径确定为5m，沉井壁厚40cm，坑底设置导轨。
2.2工作井导轨设置及基础加固
导轨作用是引导管节按设计的中心线和坡度顶进，保证管节在顶入土之前位置正确。导轨安装牢固与准确对管节的
顶进质量影响较大，因此，安装导轨必须符合管节中心，高程和坡度的要求
顶管工程力学参数确定
顶管过程是一个复杂的力学过程，它涉及材料力学，岩土力学，流体力学，弹塑性力学等诸多学科，但顶管计算的根本问题是要估计顶管的推力和后背承载能力。顶管的推力就是顶管过程管道受的阻力，包括工具头正面泥水平衡压力，管壁摩擦阻力。泥水平衡压力；在封闭的冲泥舱内加泥水压力与地下水压力相平衡，是防止泥砂涌入的重要方法。泥水压力一定要合理。压力较小，大量的泥砂涌入，会造成路面破坏，地表设施受损；压力过大会增大主千斤顶负荷，严重的可能产生冒顶现象。
3.1工具头正面泥水压力
F1=π×D2/4×P
其中F1----顶管泥水阻力
D----顶管外径
P----顶管泥水最大压力（t/ m2）
P与土层密实度，土层含水量、地下水位状况有关。根据有关工程统计资料和本工程的分析，估算工具头正面泥水压力为20-40t/m2，F1=π×D2/4×P=π×1.462/4×40=67T
3.2管壁摩擦阻力
F2=S×L×f
其中S----顶管外周长(m）
L----最长一段顶管长度(m）
F----综合摩擦力系数（t/ m2）
f与管道的埋设深度，土质，地下水位等因素有关。根据有关工程统计资料和本工程的分析，估算综合摩擦力系数f=1.3T/m2。F2=S×L×f=π×1.25×92×1.3=470T
在考虑一次顶进距离为92m时，顶管总阻力为以上阻力之和；
F=F1+F2≈537t
顶力较大，需要采用减阻措施，通常减少管壁摩擦阻力的措施有：管壁与泥土间压触变泥浆减阻（优质膨润土拌制而成），注浆需要管节间的密封良好，否则浆体会在管节间泄露起不到应有的作用，由于管节接头的止漏能力不强，需要另外采用减阻措施，尽量加强阻力的保险系数，可采用混凝土管外壁涂黄油或沥青的办法尽量减少综合摩擦力系数。由于预计顶力较大，顶进的前期采用2个200T的千斤顶，后期采用3个200T的千斤顶方可满足要求。
顶进设备
顶进设备主要包括千斤顶，高压油泵，顶铁，工具头及泥浆系统设备等。
千斤顶的工作井内的布置与采用个数有关，使用多台并列式时，顶力合力作用点与管壁反作用力作用点应在同一轴线，防止产生顶时力偶，造成顶进偏差，根据施工经验，千斤顶的着力点作用在管节圆心以下1/4~1/5半径处为宜。密封式顶管采用泥水平衡式工具头，泥浆系统分两部分，属于顶进的配套设备，由搅拌桶，搅拌机，渣浆泵，注浆泵，3条泥浆管路、沉淀池组成。
顶进施工
5.1顶进施工准备
首先将管节下到导轨上，就位以后，装好顶铁，校测管中心和管底标高是否符合设计要求，合格后即可进行管前端出土顶进工序。
采用泥水平衡式工具头出土，需要在工具头中注入含有一定泥量的泥浆，通过大刀盘切削工具头前方的原状土，与注入的泥水搅拌，泥水通过吸泥泵排到地表泥浆池中沉淀，表层泥浆可以反复循环使用，沉淀下的泥沙用汽车外运。
5.2顶进施工
工具头的操作全部采用在管道外（工作井上）控制台控制，只需一个机手操作，可实现对工具头刀具的转动，纠缠控制，压力显示，实时监控（工具头安装了摄像头、控制台上安装了电视机）
顶进利用千斤顶出镐在后背不动的情况下将被顶进管节推向前进，其操作过程如下：
安装好顶铁挤牢，管前端一定长度后，启动油泵，千斤顶进油，活塞伸出一个工作进程，将管节推向一定距离。
停止油泵，打开控制阀，千斤顶回油，活塞回缩。
添加顶铁，重复上述操作，直至需要安装下一节管节位置。
卸下顶铁，下管并焊接牢固，保证管与管之间的连接安全，接好排泥及进水管道泥浆管道和工具头的电缆。
重新安装好顶铁，重复上述操作
5.3顶进时应注意事项
顶管前15m的管节顶进的方向和高程，关系到整段顶进质量，应勤质量，勤检查及时校正偏差。
顶进过程中，发现偏差过大或后座油泵压力表指针骤增等情况，应停止顶进，查明原因，排除故障后，再继续顶进。
5.4测量与纠偏
测量方法，在工作井后座位置设置测量机座，将激光经纬仪放置在其上调平后，使激光水经纬仪发射的激光打在工具头的测量靶位上，通过望远镜或管内的录像机读出工具头的偏差。
顶进中发现管位偏差5mm左右，即应进行校正，纠偏校正应缓缓进行，使管节逐渐复位，不得猛纠硬调。校正方法采用工具头自动纠偏法；控制工具头的状态（向下，向上，向左，向右）。
体会
本工程由于采用了泥水平衡机械式顶管施工方法，成功的克服了地下水压大，流沙严重等不利明挖敷设管道的困难，取得了良好的经济效益和社会效益。这种施工方式在场地受限制，地上障碍物多，地下流砂多，地基承载力差的条件下，具有强大的优越性。
参考文献
1、余斌泉，陈传灿，顶管施工技术，人民交通出版社1999.8