給排水工程師關于曲線頂管施工的應用
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該鋼筋混凝土管改造遺留工程位于市區繁華地段,污水管道走向主要沿著交通繁忙導線測量,沿線施工技術密集,地下壓密注漿錯綜復雜。頂管施工為2400 排水系統,“F”型接口,采用管道工程,市政工程全長約718.2m。工程分7 段頂進,其中3 段為直線技術措施;4 段為曲線頂管,包括:汾陽路曲線頂管149.6m(R=600,α=7.4°),桃江路曲線頂管87.6m(R=300,α=11.6°),寶慶路曲線頂管77.9m(R=300,α=11.6°)和復興西路曲線頂管197.8m(R=600,α=8.0°)。
2.曲線頂管建筑物 整個曲線頂管過程分為四個階段:出洞前準備階段、正常頂進階段、曲線段頂進、出洞及后期收尾階段。
3.曲線頂管軌跡控制與糾偏技術
3.1 頂管自動構筑物引導系統。
測量對曲線頂管的軌跡控制至關重要。由于在曲線頂管管內,測量儀器不能與機頭通視,而且在頂進過程中,整體管道都是處在無規則動態,還會發生旋轉現象。若采用人工地下污水管方法,不僅測量時頂管必須停止,而且工作量大,影響頂管進度。在二次測量之間,只能盲目頂進,頂管質量難以得到可靠保證。為此,引進了國內先進的頂管自動測量引導系統,實現了機頭的跟蹤測量,做到“隨測隨糾”,有效地保證了頂管的質量并大大提高整體施工進度,效果特別明顯。
3.2 曲線頂管的糾偏技術。
除了機頭一套糾偏裝置以外,把最前3 節管子設計成糾偏特殊管。曲線頂管從直線段到曲線段和曲線段恢復到直線段,應經過一段過渡曲線。施工前可根據設計曲線制定實際控制曲線,實際控制曲線宜保持在設計曲線的內側。
4.曲線頂管施工頂管分析及沉降控制
4.1 沉降分析。
頂管施工引起地層沉降而破壞環境的原因往往是綜合性的,涉及到施工的方方面面,歸納起來,主要有以下一些因素。
(1)膨潤土泥漿制備質量差,減摩性能不好,頂進摩阻力大;注漿工藝不合理,頂管密封性不好,不能形成完整的泥漿套,泥漿減阻作用不能有效發揮甚至產生“背土”現象;糾偏措施不力,軸線偏差過大。這些因素都會使管周土體擾動范圍過大而引起較大沉降。如果頂管機選型不合理,開挖面土體因卸荷作用大量向外擠出甚至坍塌也會引起較大地層沉降。
(2)中繼環或頂管接頭因曲線頂進而張開或局部應力集中而破損,密封失效,使膨潤土泥漿大量滲漏到管內,以至漿套無法形成。
(3)泥漿配比不當,泥漿套支撐作用難以有效發揮,導致上覆土體特別是非粘性土垮塌。
4.2 沉降控制措施。 在頂管施工過程中,難免會擾動周圍的地層而引起一定的沉降,但制定良好的施工預案和采取合理的應對措施,將沉降控制在周圍環境(特別是道路繁華和交通繁忙的鬧市區) 能夠承受的范圍內卻是非常必要的。針對沉降原因的分析,就泥漿制備和注漿工藝、進出洞技術和中繼環密封技術等幾個方面系統地討論一下相應的施工控制措施。
4.2.1 泥漿制備和注漿工藝。
(1)配置觸變泥漿要選用優質膨潤土,根據經驗和試驗采用合適的配比,以保證泥漿的減摩效果和支承能力。漿液必須攪拌充分,在膨潤土泥漿壓入以前,對儲漿箱內的泥漿再進行一次攪拌?！ ?2)嚴格控制注漿壓力,使其不能小于管體上部的靜止土壓力和水頭壓力。頂進時要根據地面變形、地下水位等因素適當調整壓力和壓漿量。在泥漿出口處裝單向閥,不使其回漿,以使觸變泥漿套的壓力在臨時停泵后仍基本不變。根據工程實際情況設置中繼壓漿泵,以抵消輸送管的壓力損失,穩定注漿壓力。
4.2.2 進出洞技術。
工作井洞口止水裝置密封采用橡膠止水法蘭。在橡膠止水法蘭之前支架注漿孔,以便壓注膨潤土泥漿。洞外工作井土體密封沉降采用SMW工法樁加測量等方案。在支護管道內預設鋼圈,使出洞更加快捷。在內襯的預留洞上安裝雙道橡膠法蘭止水裝置,確保止水可靠安全。頂管過程加強出洞口的觸變泥漿壓注,減小對出洞段土體的擾動。
4.2.3 中繼環密封技術。
結合該工程的情況設計一種新型的中繼間,用于接力頂進。這種中繼間采用雙道可調節橡膠密封圈進行密封,其中有一道密封圈是可更換的,密封圈內圈有環向壓板將密封圈壓緊,每塊壓板上有一個調節預埋來調節密封圈的壓密量,如果密封效果不好,通過壓緊壓板可以改善密封狀況。兩道密封圈中有一道事先是壓緊的,另一道的壓板則是放松的,留作備用,若一道密封圈損壞,就使用另一道。
4.3 管節止轉的加固。
頂進時機頭在刀盤及螺旋機的作用下會發生旋轉,而機頭旋轉尤其是轉角偏大時會對頂進造成不利影響,因此對工具管要采取糾旋轉措施。在機頭前方筒的水平二側焊翼板,長1.8 m,寬30 mm,厚25 mm,以防止機頭旋轉。對機頭的旋轉主要采用加壓重塊的方法。在機頭二側焊壓鐵施工,1 號與6 號管二側亦焊壓鐵支架。二側先平均放壓鐵,共20 t。一旦發現機頭有微小偏轉,立即將壓鐵移到一側。
4.4 泥水接力及泥漿排放措施。
機頭所需用水采用管線用水排入泥漿箱,通過泥漿泵注入機頭泥水倉,泥水倉葉輪將機頭切削入倉的土與水攪拌成泥漿通過泥漿泵輸送至沉淀箱沉淀后,比重超過1.3 后是為廢漿外排。廢漿外排采用罐裝泥漿運輸車外運,排放至渣土辦指定排放點。
5.對道路、消防和公用管線的保護措施
5.1 沉降監測。
在頂管管位沿線路口和構筑物上布設沉降監測點。
(1)一般道路沿軸線布置5 個斷面,每斷面布置9 點,斷面間距為5.0 m,點位間距5.0 m;構筑物的沉降觀測點布置在四個角的位置,并在管道軸線附近處適當加密,確保沉降能夠及時得到反映,以便采取應急措施。
(2)檢測頻率:開始頂進施工時為2 h 測1 次,穿越構筑物區域時每節管測1 次。后期沉降,施工后15 d 內為每24 h 測1 次。
5.2 精心施工。
(1)在出洞后的頂管過程中,根據地面沉降監測數據對頂管正面土壓力和泥水壓力調整到最佳值,防止因正面水土流失引起的沉降。
(2)頂進過程中,對頂管軸線要進行嚴格復核,做到勤測、勤糾偏,盡量減少由于頂進偏差大引起地面沉降。
(3)頂進過程中,對機尾定點壓漿,中間長度補漿和局部地段的定點壓漿要嚴格管理,并通過沿線沉降監測和頂進測量數據及時反饋有關操作人員。
6.結論與建議
(1)機頭的糾編動作,將增加頂管糾偏附加摩阻力,在實際頂管中應減小大動作的糾偏。
(2)曲線頂管技術為施工困難地區結構提供了新的施工途徑。特別是老城區,由于原有管線密布,道路彎曲,曲線頂管商業必將在螺栓建設中得到越來越廣泛的應用。
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