浅析在污水处理工程中顶管工艺的应用

2010-03-21孔令文骆国光

河南建材 2010年5期

孔令文，骆国光

海鹏建设工程有限公司（322008）

顶管施工是继盾构施工发明的地下管道施工工艺，其可在不开挖面层的前提下使管道穿越道路、河流、地面建筑物以及地下管线等,随着顶管工艺在工程施工中越来越多的应用以及计算机控制、激光指向和陀螺仪定向等技术的引进使国内顶管技术处于领先地位,由于污水处理工程多属后期工程，其施工中涉及穿越大量障碍物，因此在污水处理工程中顶管工艺也被大量应用。

1 顶管力计算

顶管力包括顶管推力和后背承载力,其推力则为顶管过程中管道阻力,其主要由工具管切土正应力和管壁摩擦阻力构成，一般直线顶管时其推力可按下式进行估算:

式中:Q:总顶力，kN；N:土质系数,一般软土层为 1.5～2.5；G:钢筋混凝土管每米重力，kN/m；L:单元顶管距离，m。

后背力是指后背在顶力作用下产生压缩,其方向与顶力作用方向相反,顶管施工中其后背不应产生破坏以及出现不均匀压缩变形等,因而要求后背有足够刚度和强度的支撑结构,且要求其压缩变形是应均匀形变以免造成顶进偏差[1]。

2 工作坑布置

工作坑布置是为顶管施工而设置的临时性竖井设施,包括工作坑、后背、导轨及基础等部位，在施工中不断将被顶进的管节吊到坑内顶进安装,并将管内土方从坑下提升至地面外运。

3 基坑支护

一般顶管施工所需工日较长,因而其工作坑应做好支护工作以防坍塌现象，其支护方案一般分以下几种:

1）连续式密板支护。该工艺是将挡土板垂直放置并保证板与板之间不留空隙,在板两侧上下各设一道水平槽钢,并用横撑将槽钢顶紧来保证钢板强度并实现挡土的目的。

2）钢板桩支护。该工艺是在拟开挖基坑周围沿外轮廓线预先施工槽钢钢板桩，并实现槽钢间相互咬合，最后用槽钢将其相互连接而形成一个整体结构从而达到挡土目的。

3）喷锚支护。其是在基坑开挖后首先在坑壁上用锚杆钻机钻孔施工，之后在孔内放入锚杆，然后在孔内灌浆，待浆液达到一定强度后在锚杆上悬挂钢丝网,之后用混凝土喷射机向坑壁上喷射混凝土砂浆以形成混凝土保护层来实现对土体防护。

4 顶进施工及控制要点

在施工前应建立相对独立的坐标系,并在工作坑内用激光水准仪和经纬仪精确设置水准点和预定方向线;之后将工具管进行严格调零,调整后将油缸锁好不让纠偏角发生变动，之后开始顶进，初次顶进不可超过30cm，通过刃脚切土格栅挤土而将泥土挤压进冲泥仓,之后被高压水枪破碎为泥水弃土，泥水弃土通过吸泥口、吸泥管、排泥管道等最后被泥浆泵排出工作坑后通过泵送到泥浆池内进行沉淀,沉淀后形成的渣土则可捞出运往堆场,剩余的稀泥则可作为高压冲洗系统而重复利用;在工具管顶进过程中应保证顶力小于正面被动土压力并大于主动土压力,当遇到硬度较大的土时由于格栅的密度是固定的,因而应保证用水枪将格栅上土塞冲掉，阻力更大时可让水枪冲出格栅将工具管正面冲空,当土体阻力较小则可保留格栅上土塞。

气压平衡。气压主要是指在冲泥仓与开挖面土体施加压缩空气来进行的局部气压平衡，其大小决定于水土压力，对于粘性土由于格栅足以防止坍塌则不必采取气压平衡，而对于淤泥质土体则需采用气压平衡以利用气压向土壁施加支持力来防止土体坍塌,对于砂性土采用局部气压施工则是为了防止流砂,但为了防止余压过高其局部气压不能太大,且为了避免大量压缩空气将砂砾间地下水挤出土层导致土体承载力提高，增加顶力[2]。

管道纠偏。施工过程中出现的偏差是针对于轴线而言，工具管初入土时其自重仅由导轨和入土部分少量土体支撑，此时若作用于土体支撑面上的应力超过其允许承载力则会导致工具管下落,为了防止该现象发生应在工具管入口部位设置支托或预埋导轨,并加强管段与工具管之间的连接；工具管入土初期时不可用纠偏油缸进行纠偏,此时应通过采取向某油缸供油的措施来变化主油缸合力中心进行纠偏；管道顶进5～10m范围内管道轴线允许偏差为上下左右均为+3mm，一旦超过该值则应采取勤测量、勤纠偏和小量纠的措施纠正,工具管全部进入土体后通过操作控制舱内水平绞来调节纠偏油缸的伸缩而实现冲泥仓内水平绞上下转动，并依靠纠偏油缸来改变刃口的朝向从而实现纠偏，在纠偏过程中上下纠偏油缸和左右纠偏油缸不可同时运行，以防止工具管发生扭转。

管道止水。若施工所用管道为混凝土管应保证其管端无破损，管段间物渗漏，管道连接时最好在管段内口间加胶合板垫圈，管道接口最好采用企口连接，并在企口内设置空腔内充有少许硅油的橡胶密封止水圈以保证橡胶体不发生翻转滚动而提高其止水的可靠性;若管道为钢管其连接易采用焊接方式并应保证其焊口密实不发生渗漏现象。