非开挖技术在市政管道开挖施工中的应用

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摘要：本文根据笔者的工作经验，介绍了非开挖技术在城市管道开挖施工中的应用，解决了传统开挖技术所无法解决的问题。

关键词：市政：顶管工艺；质量措施

1前言

随着城市经济的迅猛发展，城市规模的日渐壮大，同时由于地下管线越来越多、城市的交通日益繁忙，对城市市政配套管道设施建设中技术性、环保性、经济性的要求越来越高。非开挖铺设管道技术以其不需开挖路面，交通不断行，对周围环境影响能减少到最小，管道埋深的范围较大等独特优点，将会在繁华的大都市政建设中越来越广泛的应用。我司在某市某污水处理厂配套管网工程采用了非开挖技术进行管道施工，经过一年的进行取得了很好的经济效果和社会效果。

2工程概况

某市某污水处理厂配套管网工程是该市首次采用分流制进行污水收集、处理、排放，该项目的建成将承担着整个市区的大部分污水处理，管道大部分座落于已建好混凝土路面的主车道下，管道铺设采用顶管工艺施工。

3顶管工程的施工方案

3.1顶管施工工艺的选择

该工程的最大顶进长度为175M，根据施工工艺工程采用开口纠偏挤压式顶管，该工艺的特点是设备简单、操作方便，施工进度快，而且成本不很高，在含水率不高的杂填土和粘土中，其过障碍的能力强。

3.2顶管的设计内容

3.2.1工作坑

工作坑采用混凝土沉井，为单向坑。

3.2.2工作坑尺寸图1

W=D+2B=1.60+2×1.2=4.0m，设计的工作井宽度为5m、8m，满足要求工作井长度如图2。

L=a+d+e+f+g=0.3+1.8+2.0+2.0+0.5=6.60m

设计的工作井长度为7m、8m两种，对于8m的工作井顶铁长度e=3m，工作井的长度满足要求。

3.2.3工作坑基础

工作坑基础采用C15混凝土，厚度为20cm，垫层采用20cm碎石垫层。

3.2.4导轨

导轨采用工字钢，利用槽钢制作支座固定导轨，两工字钢间距A。为1186mm。(如图3)

A0 =A+a

A0=20B2-0K2+a

A0=2(D+2t)(h-c)-(h-c)2+200

A0=2(1350+2×125)(200-30)-(200-30)2+200

A0=l186mm

式中：D――管子内径1350mm；

t――管壁厚125mm；

h――钢导轨高度200mm；

C取――30mm；

A取――200mm。

3.2.5后背

后背是千斤顶的支承结构，直接采用原沉井的墙体做为后背墙，为了保护后背，防止后背墙及预留洞口受到破坏，采用3000×2500×30mm的立铁，立铁后背浇筑厚度为25cm的C25混凝土。

3.2.6顶力的计算

顶管施工时，千斤顶的顶力需克服管壁与土壁之间的摩擦力和首节管端面土的抗剪强度而把管子项向前进，管子所受到压力种类如图4所示：

I千斤顶工作顶力W应为：

W=Kl(w1+w2)

W2=[2Pv(1+Ka)+ P3]fL

Pv=Pl+P2

PI=D××H

=1135×1155×5=10146kN/m

P2=0

P3=2 (D3-d3)×3114/4

=2.4×(1.6×1.6-1.35×l135) ×3114/4

=1139kN/m

W2=[2Pv(1+Ka)+P2]fL

=[2×10146×(1+0159)+1139] ×0l25×l75×0125×175

=1516kN

W=112×(1516+106)=1946147kN

式中：K1――安全系数取112；

W1――管端切土阻力根据经验取106kN：

W2――管外壁与土之间的摩擦力：

Pv――垂直压力；

f――管外壁与土的摩擦系数取0125；

Ka――主动土压力系数Ka=tg2(45一~b／2)=0159：

L――顶进长度取最长的长度175m；

P1――土柱作用于管子上的土压力；

P2――地面荷载所产生的压力，取值为0；

P3――广管子每米的重量；

P4――侧土压力；

D――管的外径D=1160m；

d――管的内径d：1135m；

Φ1――内摩擦角小取15；

1――土的重量1155t／m3；

2――厂钢筋混凝土的重量214t／m3：

H――覆土深度取5m。

顶管现场施工时实测最大顶力达到1450kN，与理论值的误差在控制范围内。

3.3顶管的施工工艺及方法

3.3.1顶进设备的选择

根据顶力计算结果，选用双作用活塞式液压千斤顶，采用四千斤顶个并呈环形布置，顶程为115m。

3.3.2顶管设备的加工及安装

根据上述计算的内容进行顶管的项铁加工，顶铁采用顺铁、横铁、立铁三种型式。根椐现场的使用情况顺铁加工成1m、2m两种规格的U型项铁，千斤顶固定在支架上，千斤顶的安放及导轨的安装应与设计管道的中心线对称，导轨的坡度与设计管道坡度一致，牵引机头安装时高程应符合设计要求，并与第一节的混凝土管焊接在一起。

3.3.3预留洞口的处理

采用钢圈把环形止水橡胶圈固定在预留洞口，以防止顶管过程中管道内的水土流失。

3.3.4管道的顶进

在设备调试完毕及一切工作准备就绪后，开始进行管道的顶进作业，利用吊车将管道安放在导轨上，顶进时先将管机头顶进土内，让土体进入管内形成土塞。当土塞达到一定长度时，即停止管道的顶进，而进行管内取土。管内取土采用人工挖取，同时将土送出。管前取土原则上控制与机头前端平齐。当土塞清除结束后，再进行管道的顶进，当工作坑内的管道顶入I15m时，即进行下一节管道的安放，如此循环将管道顶进。

3.3.5管道的接口

管道接采用“T”形接口(如图5)，两相邻管节问利用“T”形钢套环进行连接，钢套环采用16锰钢，防锈采用环氧富锌漆二镀。采用“T”形接口可以提高管道的整体性，减少管内底之间错口产生。在钢套环与管壁之间塞入木楔，顶进工作完成后，挖除木楔并填充石棉水泥，在施工时应保证管道间接口的平顺。

3.3.6管道的轴线、高程测量

测量采用激光经纬仪进行中心和高程测量，测量时将经纬仪固定在工作坑内，经纬仪的中心同管道的中心线对齐，调整垂直方向的角度使激光线的坡度与管道的坡度一致，将激光仪照射到管前端的指示牌，指示牌上标好有刻度，这样即可测出高程和水平方向的误差值。

3.3.7管道的轴线、高程误差的校正管道产正误差后，由机头前安装的导向油缸、纠编油缸进行管道纠偏，由于顶进时管子问已有连接，误差是逐渐累积和逐渐校正的，在纠正时采用趋势图辅助判断偏差趋势，实际施工操作过程中某段水平方向的纠偏数据整理如图6。

在项进过程中每500ram测量一次，并进行数据整理然后绘制成如上曲线图，根据曲线的斜率分析机头偏差发展趋势进行管道的纠偏，先根据偏差的实际情况逐渐调整纠偏角度，图上所标的A点是偏差的峰值，当曲线到达峰值之后，我们可以判断顶管子已经是开始往回走，甚至可以判断最前部的管机头已经开始向中心靠拢。这样我们就应该把纠偏角度逐渐的减小，然后在适当的时间把机头摆正(前后段没有角度)，假如机头往回的趋势过大，则应进行反向纠偏，直至管道的高程趋于正常范围内，此时纠编角度也趋于零。纠偏动作一定要在顶进过程中进行，尽量减小纠偏所产生的折角，否则纠偏所形成的折角将导致所有经过的管口产生连接误差应力。

3.3.8水泥、粉煤灰浆补浆

管道项进施工完成后，应使用高压注浆泵向管外侧注入水泥、粉煤灰浆液，以填灌顶管超挖空隙，最大限度减少地面沉降。补浆时由后向前交错压入水泥、粉煤灰浆液，补浆量应控制与超挖量大体一致。

4顶管施工过程的技术质量保证措施

(1)施工中对现场坐标、水准点应做好复测工作，并做好坐标、水准点的保护工作。

(2)严格控制管材的质量，对于强度及裂缝不符合要求的严禁进入施工现场。

(3)做好第一节管道的水平测量、高程测量，并做好测量记录，如发现重大偏差应及时上报。

(4)及时将管道内前方的挖土运出，防止因堆土过多而造成管道的沉降，并做好出土的数量记录。

(5)千斤顶安装时，应保证千斤顶的顶力位置和顶进抗力位置在同一轴线上，并确保四个千斤顶用力均衡，避免产生顶进力偶。

(6)在顶进时做好顶进设备的记录，如发现顶力异常增大时则应停止施工，分析原因并采取相应的措施方可进行下步的施工。

(7)在顶进过程中应随时注意地质的变化情况，在如出现流砂现象时、，应根据现场实际采用改造顶管的机头、泥砂固结、降低土体的地下水位等不同方法确保顶管的施工。

5结束语

总之，非开挖技术在该工程中得到了很好的利用，以下几个优点在施工中得到充分体现

(1)在市区内施工时，施工面由线缩成点，占地面积小，使地面活动受施工影响不大，保持交通畅通。

(2)在穿越市区的已建好的混凝土路、排洪渠、建筑物时减少了沿线的拆迁工作量，降低了工程造价。

(3)施工速度快，正常顶进时速度为每天顶进10m，同时大大减少了土方的填挖量。经过一年的运行，施工后污水管道排水顺畅，无泄露现象，沿途路基无发生明显的坍塌，非开挖技术在该工程中得到了很好的利用，解决了传统管道施工方法无法解决的问题，取得了很好的经济效益和社会效应。

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