时间：2013-11-29 分类：水力
摘要：加强市政给排水工程建设,是保证城市各种基础设施的正常运行,以及提高居民生产生活水平的前提和保障。顶管技术在给排水施工中的应用,能够为供水系统、排水系统和循环水系统提供技术支撑,保证市政给排水工程顺利完成
关键词：市政给排水 顶管施工
前言：顶管施工技术具备不开挖路面、交通不断行、管道埋深范围大、对周边环境影响小等独特优点，在一定程度上解决了管道埋设施工中对道路交通的堵塞和城市建筑物的破坏等难题，在稳定土层和环境保护方面凸显优势。对交通繁忙、人口密集、地面建筑物众多、地下管线复杂的城市创造一个洁净、舒适的环境是非常重要的，市政工程建设中有着非常广泛的应用前景。
1、市政给排水管线工程施工要点
施工方案对不同的管线、管质、管型和不同的路段其侧重点有所不同。针对不同路段,不同的地质和环境情况,应该制订不同的施工方案。市政给排水管线施工存在以下几种情形：
(1)开挖施工。市政管道穿越市政各种建筑物,为避免不必要的麻烦,大多沿路铺设。在非主干道或路边不大影响交通的情况下可采用明挖施工。
(2)顶管施工。市政管道在跨路施工开挖存在影响交通等各方面困难时,顶管施工是一种可行的方案选择。顶管施工从考虑人员在管道内施工作业考虑,管径一般在0.8m以上,有钢管和水泥管两种管型,市政排污管多用水泥管,自来水和煤气管道多用钢管。
2、顶管施工的优点及其基本施工原理
2.1项管施工的优点
众所周知：顶管施工广泛的应用于应用于雨水和污水管道的非开挖敷设，顶管法是使用得最早的一种非开挖施工方法.它起源于美国。顶管施工方法在市政管道中的应用最为广泛。顶管法施工的优点，除了控制精度高之外，采用顶管法施工还具有以下几个优点：
(1)可以在很深的地下铺设管道。
(2)对交通的干扰小，无需隔断交通。
(3)可以穿越障碍物。
(4)施工噪音和振动都很小。
(5)对施工区域周围的影响很小。
(6)能够安全地穿越公路、铁路。
(7)在城区内施工如果地下水不十分丰富，以及管道埋深较浅的情况下经济性更好。
2.2顶管施工的基本原理：
顶管施工就是借助于主顶油缸以及中继间的顶进力,把工具管或顶管掘进机从工作坑内穿过土层一直顶进到接收坑内吊起。与此同时,把紧随在工具管或掘进机后的管道埋设在两个工作坑之间。在顶管施工中主要有三种工作面平衡理论：气压、土压和泥水平衡理论。本文主要介绍泥水平衡顶管工法。泥水平衡顶管的工作原理：通常把用水力切削泥土,采用机械切削泥土而采用水力输送弃土,同时有的利用泥水压力来平衡地下水压力和土压力的这一类顶管形式都称为泥水平衡顶管施工。在泥水平衡顶管施工中,要使挖掘面上保持稳定,就必须在泥水仓中充满一定压力的泥水,泥水在挖掘面上可以形成一层不透水的泥膜,以阻止泥水向挖掘面里渗透。同时,该泥水本身又有一定的压力,因此它就可以用来平衡地下水压力和土压力,这就是泥水平衡顶管最基本的原理。
3、顶管技术的施工工艺
(1)、顶管工作井设计及设备安装
①确定工作井尺寸
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，井底长、宽尺寸可按如下公式计算：
井底长度：L=L1+L2+L3+L4+L5。
式中：L—工作井底长， m;
L1—管子顶进管尾端留置长度，混凝土管一般留0•3m;
L2—每节管长度，m;
L3—出土工作间隙，一般为1•0 m~1•5 m;
L4——千斤顶长度， m;
L5—靠背厚度， m。
坑底宽度：W=D+ (2•4~3•2)，
式中： W—工作坑底宽度, m，
D—顶进管子外径, m。
②工作井设备安装
工作井设备安装包括：导轨的安装、后座垫铁的安装、油缸支架及油缸的安装、穿墙止水设备的安装、激光导航系统安装和泥浆循环系统安装。地面设备安装工作井地面设备安装包括：监测设备安装、主控制室及主顶装置安装、泥浆棚搭设及泥浆系统设备安装。安装千斤顶时，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。同时工作井的起重采用龙门吊。
(2)、顶管设计
顶力是顶管工作中的重要因素，在实施顶管作业之前，必须要对选择的顶管顶力做一个预算。后背主顶千斤的顶力要克服各种阻力方能前进，预先需要计算的顶力主要包括工具管迎面阻力和管道摩阻力两部分组成。
①顶管选择
顶进管一般选用钢筋砼管，如没有腐蚀要求可选用钢管。顶进管的直径选择是首先根据工程需要、工程性质确定内径，根据顶进管所受荷载确定砼管的壁厚及配筋，进而确定外径。顶进管的长度对顶管过程的经济性和可控性有很大的影响。在直线推顶的情况下使用长管可以减少装管的次数，达到良好的效果，但随着管长度的增长，容易偏离原定顶进的路线，比使用短管恢复正确路线更加困难。同时建造顶压坑时顶压坑的长度也要增大，挖坑、支护、回填、修复的费用将相应地增加。反之，短管比较容易向周围土层中挤入，致使整个管列呈蛇形弯曲，这便降低了管路顶进的可控性，因此很短的管利用直线上推顶也较困难。一般情况下，管长度须相对于管径来衡量，当L/D外≤1.10时，为短管;当L/D外=1.15时，为标准管;当L/D外≥2.10时为长管。#p#分页标题#e#
②顶管迎面阻力计算
对于采用土压平衡和泥水平衡的顶管，通常迎面土压力都控制在主动土压力和被动土压力之间，一般泥水平衡泥仓压力和土压平衡掘进机土压力应为前静止土压力的1.0一1，1倍。因此迎面阻力的预算可以近似采用管中心所受的静止土压力，即：
PF=r(H+Dl/2)K0лDl2/4
式中：K0—静止土压力系数，与土性质有关，粘性土中，K0的取值范围为0.33～O.7;也可按K0=1-sinφ计算。
r—土体重度，kN/m3;
D1—工具管的半径，m;
H—顶管覆土厚度，m。
③管外壁摩阻力计算
管外壁摩阻力的预算可以根据GB50268-97《给排水管道工程施工及验收规范》中第6.4.8条规定，顶管的管外壁摩阻力可按下式计算：
F=frD1[2H+(2H+D1)tan2(450-φ/2)+w/rD1]L
式中：F—计算的管外壁摩阻力，kN;
r—管道处土层的重度，kN/m3;
D1—管道外径，m;
H—顶管覆土厚度，m;
φ—管道处土层内摩擦角，(0);
w—管道单位长度的自重，kN/m
L—管道的计算顶进长度，m;
f—顶进时，管道表面与其周围土层之间的摩擦系数。
(3)顶管施工技术
①穿墙前注浆止水处理
顶管工作井穿墙洞口前方应采用压浆止水处理，注浆材料用水泥、石灰、粘土搅拌成浆液，并与自然土混合。为保证工具头顺利成功出洞，洞口搅拌范围应保证在4×4m处。浆液配合比为石灰:水泥:粘土=2:1:3，使注入的浆液与自然土固结后能让工具头顺利穿墙同时能起挡土和止水的作用(注入浆液量不得超过自然土的17%)。
②顶管顶进
完成灌浆并达到止水强度后，可进行人工凿除穿墙位置的混凝土，并将工具管吊下工作坑，然后安装好工具管。准备工作就绪后，吹除最前端的挡土钢板，清除硬块，顶进工具头到穿墙管内，使工具头与第一节钢管采用刚性联结。在此过程中，应在工具头最前端压满泥浆，避免工具头的\"磕头\"现象。特别要注意防止路面塌方，因此应根据出土情况确定顶进速度。顶进中要求边压触变泥浆边顶进，要坚持不压浆不顶进的原则顶进。同时须严格按设计线路顶进，可利用削土刀盘上可伸缩的超提刀，结合千斤顶编组进行纠偏。经常对顶进轴线进行测量，检查顶进轴线是否和设计轴线相吻合。在顶进一节砼管后，应回缩千斤顶，并拆开水、电、气、泥浆管路，再吊入下一节管段。调直对中，安装好管材的接头止水材料，然后依次进行接通各管线，开动油泵顶进管节行程，回缩千斤顶，测量、加顶铁等操作。最后重复顶进至一节砼管后，再重复上述流程.
③顶管出洞
顶管出洞即顶管机和第一节管子从工作井中破出洞口封门进入土中。顶管机进、出洞处以及后靠土体加固，需对后靠土体及进、出洞区域土体进行高压旋喷桩加固，从而确保顶管机出洞的绝对安全。同时须在工作井安装洞口止水装置，
防止顶管机进、出预留洞导致泥水流失，并保证在顶进过程中压注的触变泥浆不流失。
④顶管纠偏
纠偏是指机头偏离设计轴线后，利用设置在后部的纠偏千斤顶组，改变机头端面的方向，使管道沿设计轴线顶进，减少偏差。顶进纠偏是采用调整4台纠偏千斤顶组的方法，进行纠偏操作，若管道偏左则千斤顶采用左伸右缩，反之亦然。如果同时有高程和方向偏差，则应先纠正偏差大的一边。纠偏应做到在顶进中采用小角度分级逐步进行，勤调微纠。当顶管机头发生旋转时，可采取在管内的相反方向增加压重块或在中间站提供旋转纠正力矩等方法纠正。
4结语
顶管施工在市政工程中, 特别是深覆土大管径的管道工程和交通繁忙的城市主干道改造工程中尤显重要。顶管工艺的施工从技术上讲是完全可行的,相对于开槽埋管从社会效益与经济效益上来讲更具有优越性。从根本上改变了城市管网乱挖现象;另外一方面从切实做到保护环境入手,加大推广顶管施工技术力度势在必行。可以预见未来的管线铺设技术将以顶管工艺为支撑。
