顶管施工在水利管道工程中的应用论文_牛国党

顶管施工在水利管道工程中的应用论文_牛国党

南水北调东线山东干线有限责任公司 山东济南 250013

摘要:在水利工程建设中,采用顶管施工技术,能够有效地降低对附近构筑物和道路、管网的影响,取得安全、环保、高效、经济的效果。本工程在采用顶管施工技术后,减少了大量的土方开挖量,减小了对周边建筑物,特别是西气东输干线管道的影响,施工过程中经观测未见异常,取得了良好的经济效益和社会效益。

关键词:水利工程;管道工程;顶管施工技术

1、实施顶管施工技术的优越性

顶管作为一种非开挖管道铺设的技术,与对地面明开挖敷设管道相比,有如下明显的优越性。

1.1施工时能最大限度地避免对社会生产和群众生活正常秩序的影响

顶管施工变平面交叉为立体交叉,在地面下层进行穿越施工,与地面明开挖施工相比,可以最大限度地避免房屋拆迁或对周边房屋进行加固,避免对现有交通道路的阻断或修建临时便道,避免对各类管线的迁移和维护,避免要求现有河道断流断航。顶管施工期间,对社会生产、交通运输、群众生活的影响可以降低到最低程度,有的则可以完全避免影响。

1.2有利于环境保护

对地面进行明开挖敷设管道,需要在地面之上进行房屋拆迁,修建交通便道,对相关管道实施迁移,在现有河道打设坝头等等,这些都会产生噪音、扬尘和泥浆水,造成对周围环境的污染。而采用顶管施工方案,最大限度地减轻或避免了施工时噪音、扬尘和泥浆水对周边环境的影响,环保效益非常显著。

1.3有利于节省工程投资

单独就施工方法而言,顶管施工要比对地面明开挖成本要高。但如果进行综合经济比较,对地面明开挖敷设管道要进行的房屋动迁和维护、生产单位的停产、修建临时交通便道、各类管网道的迁移维护、河道打坝等等,每项都是一笔不菲的费用。遇到要求对停产损失进行补偿的,所需费用会更多。所以总的来讲,采用顶管技术施工将大大节省造价,经济效益是明显的。

1.4有利于工程的质量控制和延长管道的使用寿命

顶管施工时对管壁土层扰动很小,管道的管节间不易产生断错变形,因此管道使用寿命将大于开挖法埋管。

1.5有利于工程顺利进行和工期控制

采用地面明开挖施工,往往需要进行房屋拆迁及加固、公路阻断和设置临时交通便道、各类管道的迁移维护、河道打坝断流断航等等,以上工作会涉及到大量复杂的行政审批程序和现场矛盾协调,将花费建设方、施工方大量人力和精力。而顶管施工因其作业面小,除工作井外都在地面以下进行,将大幅度减轻甚至基本避免了上述问题的出现。

2、顶管施工工艺

顶管施工工艺主要由三部分组成:工作坑和接收坑施工、管道顶进施工、完工清理待验,其中工作及接收坑施工包括土方开挖、支护、垫层施工三部分;管道顶进施工包括地面设备、坑内顶进设备、辅助设备的安装,工具管坑内就位及穿墙顶进,管道顶进、拼接、设备转换检修等辅助工作;顶进完成后需对管道接头等工作再检查,清理各顶进段现场,待验收。

2.1工作坑、接收坑施工

2.1.1工作坑、接收坑开挖及支撑

用1m3挖机由上至下分层进行,严格控制后靠背侧开挖精度,保证后靠背与顶进方向垂直,用型钢做后背,工作坑前后钢板支护作为支撑式工作坑,后背和开挖面采用粗砂回填,分层振动夯实。工作、接收坑四周开挖排水沟,设龙头坑,坑内安装排水泵,基坑下部设置15cm厚的混凝土垫层,增加基础抗压强度。支撑钢板垂直放置,留很小间隙,每侧上下各水平顶枋木,再用横撑顶紧,矩形工作坑的四角加固斜撑。

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2.1.2工作坑、接收坑施工防护

为保证坑内安全,顶部预留下管和出渣口,其余部位封闭,井口周围设置砖砌防水墙,防止地表水流入坑内。工作坑外围设隔离土墩,隔离土墩内侧搭设彩色布条防护栏。

2.2安装顶进设备

2.2.1导轨安装

常用导轨有普通导轨和组合型导轨,普通导轨适用于小口径管道的顶进,本工程采用普通导轨。普通型导轨用两根槽钢背向固定在轨枕上,轨枕面与顶管内管底标高相同。

2.2.2顶进油缸安装

本次选用规格相同、对称分布的液压驱动活塞式双作用油缸。一组对称布置的油缸,油缸行程相同,工作压力不大于额定压力,油泵设置在油缸附近,油管顺直,转角少,并设置备用油泵。顶进开始后,首先将推进油压降低在正常推进油压下限,待油缸与顶进管和管道间接缝闭合后再将油压升至正常推进压力,顶进过程中,如推进油压陡增,则立即停机,检查故障原因待处理后再进行施工。

2.2.3后靠背安装

顶进施工时,为管道顶进油缸提供反作用力的部位为后靠背,后靠背要求坚固稳定,表面平直,垂直于顶进管道轴线,后靠背和坑壁土体均匀贴紧。为保证油缸着力点受力均匀,着力点不小于后靠背高度的三分之一,不大于后靠背高度的二分之一。后靠背垂直度允许偏差为0.1%倍的高度偏差,水平扭转度为后靠背长度方向的0.1%。施工时,严密监测后背土压缩变形,变形值大于20mm时,对后靠背土体进行加固。为保证顶进施工安全,后座反力应大于总顶进力的1.2~1.6倍。

2.2.4顶铁的安装

顶铁作用主要是将推进油缸推力均匀分布在顶进管受力面上,保证受力面不被破坏。顶铁安装轴线应与管道轴线平行,顶铁需更换时,先安装长度大的,然后将其锁定。

2.3顶进施工

准备工作完成后将管道吊至导轨上,检测管道轴线及标高与设计值偏差,缓慢推进,待接触部位闭合后再进行正常顶进施工。工具管进入土体后,严密检查水平方向和标高偏差,手工掘进时,每掘进30cm左右检测纠偏一次,管道前部挖掘土方的关键是保证顶进质量和地面建筑物安全,故应严格控制开挖轴线和方向。据以往经验,管道人工开挖管顶以上部位不允许超挖,管底135°范围内超挖量不大于1cm。为防止顶管错口和漂移,将前三节管道连接为一体,如前方遇有孤石、轴线偏差过大等因素时,临时停止作业,待解决后,再进行施工。

2.4校正纠偏

管道发生偏移时,及时采取纠偏措施。通常采用反向超挖、正向留土的方式,即在偏向的反侧进行适当超挖,使该侧阻力减小;在偏向正侧保留部分土体,使该侧阻力增大,在开挖完成后,顶进过程中管道向反方向偏移。为保证管道纠偏达到预期效果,不至于破坏管道接口、造成管道扭曲、管道受力不均匀破坏被顶管,开挖过程中,不可大量超挖及正向留土过多。

2.5顶进过程中轴线控制

顶进时每顶进30cm测量一次,设纠偏警戒线,多、勤、缓微调,每次角度调整小于0.5°,定期及不定期复测。勤观测后靠背变形及位移并及时调整。

2.6地面沉降测量

沉降观测是顶管施工中重要的质量及安全控制手段,首节管和第二接管尤为关键,每顶进30cm检测一次,根据检测结果调整顶进管道。

3、结语

顶管施工技术是建设形势发展的需要,其成熟的施工技术,显著的社会效益、环保效益和经济效益,使其在水利工程建设中有很高的推广价值和广泛的应用前景。

参考文献:

[1]石春辉.顶管法在土坝输水涵管加固中的应用[J].甘肃水利水电技术,2007(3):236-237.

[2]魏腾辉.顶管法在输水涵施工中的应用[J].大众科技,2010(4):84-85.

[3]卢集富,黎杰成.顶管法施工技术在西坑水库输水涵管工程施工中的应用[J].科技资讯,2010:130.

论文作者:牛国党

论文发表刊物:《基层建设》2017年第15期

论文发表时间:2017/10/10

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