浅谈排水管道顶管施工技术

2013-07-05李桂梅

科技致富向导 2013年12期

关键词：顶管掘进机钢管

李桂梅

【摘要】本文首先介绍了排水管道顶管施工中如何进行钢管的选择，然后阐述了排水管道顶管施工技术，最后探讨了顶管施工的质量控制措施。

【关键词】顶管施工；技术

1.钢管的选材

大口径、长距离的顶管施工，一般顶进力都非常大。在选用管材时，一方面要求所选管材轴向抗压强度要大：另一方面，所选管材在顶进过程中不会额外地增加阻力。钢管与混凝土管相比较就有这些优势。

1.1轴向抗压强度大

常用的混凝土管的抗压强度为13MPa-17.5MPa；而钢管的抗压强度则可达Z10MPa；因此，在长距离顶管中，从抗压强度来讲应首先选用钢管。

1.2断面面积小、自重轻、外壁摩阻力小

钢管管壁的断面只有同口径混凝土管管壁的21.3%左右，顶进过程中端阻力较小；同时，因同长度同口径的钢管比混凝土管轻，且表面摩阻力小，在顶进过程中所要克服的自重力及摩阻力也小，对长距离顶管比较有利。

1.3直线性好，不会增加额外的阻力

因混凝土管为柔性连接，在顶进过程中极易发生轴线弯曲变形，从而使摩阻力成倍增长。导致总顶进力的大幅提高，进而影响到中继接力环数量的增加，这不但影响到施工顶进速度，而且也会造成一定的经济损失。而钢管为刚性连接，在这方面存在的问题较小。

2.顶管施工工艺

2.1顶进用管

顶管掘进机是顶管用的主要设备，是决定顶管成败的关键所在，它总是安放在所顶管道的最前端。在手掘式顶管施工中是不用顶管掘进机而只用一只工具管。不管哪种形式，顶管掘进机的功能都是取土和确保管道顶进方向的正确性。钢筋混凝土管是顶管中使用得最多的一种管材。按它的生产工艺可分为离心管、立式振捣管和悬辊管三大类，按其接口形式可分企口（丹麦管）、平接口（T 型）和 F 型接口三种。在钢筋混凝土管中，还有采用玻璃纤维进行加强的管道和用钢板进行加强的管道。单管节的顶进管是钢管，它的接口都是焊接成的，施工完工以后变成一根刚性较大的管道。

2.2土压力控制

在顶管开始徐徐推进后，刀盘前的土压力便会慢慢上升，当土压力升到大于控制土压力P时，停止推进，刀架回缩，减小切削土量。只要把推进速度调节到与排土量相符，则可保持土压力为恒值。但在实际推进过程中，不可能完全处于上述理想状态，如推进速度快于排土速度，操作上采取推推停停，间断式向前推进。

2.3输土装置

输土装置随顶进方式的不同而不同。在手掘式顶管中，大多采用手推车出土；在土压平衡式顶管中，有蓄电池拖车、砂泵等方式出土；在泥水平衡式顶管中，都采用泥浆泵和管道输送泥水。

2.4浅层顶管时土体移动的分析计算

由于大直径顶管施工时在地下开挖引起卸载，虽然后续管节起到支撑作用，但开挖时开挖面四周的土体因应力松弛已向开挖面和隧洞空间膨胀，仍会引起地层损失。以前有学者认为，对于粘性土，可近似地认为所有的地层损失均表现为地面沉降。但从软土地层顶管工程的实践看，土体的移动形式是复杂的，其运动既有竖向分量（沉降或隆起），也有水平分量，其中水平分量包括土体沿顶管轴线方向的运动。

2.5地面起吊设备

地面起吊设备最常用的是门式行车，它操作简便、工作可靠，不同口径的管道应配不同吨位的行车。它的缺点是转移过程中拆装比较困难。汽车式起重机和履带式起重机也是常用的地面起吊设备。它们的优点是转移方便、灵活。

2.6测量和校正系统

顶管过程中，每隔一定时间（一般是每顶进 1m）应测量标高和中心线一次。发现偏差时，除及时校正外，还应每顶进一个行程后，正式测量校正一次。使用得最普遍的测量装置是经纬仪和水准仪。经纬仪用来测量管道的左右偏差，水准仪用来测量管道的高低偏差。在机械式顶管中，大多使用激光经纬仪，即在普通经纬仪上加装一个激光发射器，激光束打在掘进机的光靶上，观察光靶上光点的位置就可判断管的上下和左右偏差。当管的偏差超过允许值时，应根据实际情况采用校正千斤顶等方法进行校正。顶进过程中出现中心偏差土 1gmm或高程偏差士 1lmm。及有偏差趋势应及时纠偏。纠偏用调整部分内统一布置在一个断面上的4个可调式千斤顶调正机头，通过控制各方位的千斤顶的伸缩，调整工具管刃角走向实现的。

2.7注浆系统

注浆系统由拌浆、注浆和管道三部分组成。拌浆是把注浆材料兑水以后再搅拌成所需的浆液。注浆是通过注浆泵来进行的，它可以控制注浆的压力和注浆量。管道分为总管和支管，总管安装在管道内的一侧。支管则把总管内压送过来的浆液输送到每个注浆孔去。注浆压力的大小和稳定性会对土体的移动有影响。如果注浆压力过大，会对管道周围的土体造成挤压，使土体发生侧向位移和地面隆起现象：如果注浆压力过小，则浆液无法顺利地填补管道与周围土体之间的空隙，无法形成泥浆套，不能达到注浆的预期效果。同时，注浆压力不稳定，则会对土体产生扰动，破坏土体的结构，从而引起沉降，尤其是后期的固结沉降。

2.8供电及照明系统

顶管施工中常用的供电方式有两种：在距离较短和口径较小的顶管中，一般采用直接供电。如动力电用 380V，则由电缆直接把 380V 电输送到掘进机的电源箱中。另一种是在口径比较大而且顶进距离又比较长的情况下，把高压电输送到掘进机后的管道中，然后由管道中的变压器进行降压，降至 380V 再把 380V 的电送到掘进机的电源箱中去。高压供电的好处是损耗少，但高压供电危险性大，要做好用电安全工作和采取各种有效的防触电、漏电措施。照明也有低压和高压两种，若管径大的，照明灯固定时一般采用 220V 电源。

2.9通风与换气系统

通风与换气是长距离顶管中不可缺少的一环，否则可能发生缺氧或气体中毒现象。顶管中的换气应采用专用的抽风机或者鼓风机。通风管道一直通到掘进机内，把混浊的空气抽离工作井，然后让新鲜空气自然地补充。

3.质量保证措施

（1）制定严格的质量管理制度并进行定期的检查，确保施工质量

（2）在顶进施工过程中，必须合理安排施工人员，确保24h日夜连续施工。

（3）所有管节质量、接口焊接质量必须符合规定质量要求，运到现场应附有产品的合格证明，并逐一进行外观检查。不合格的不能使用。

（4）建立完整的施工管理质量检查体系，进行定期和不定期的质量检查，每月二次定期召开质量会议，并做好记录。

（5）测量纠偏是顶进中的控制关键，必须贯彻勤测微纠的原则，一是对应测量两组纠偏千斤顶行程的差值不能大于50mm，二是经常检查机头内的坡度仪，以确保机头顶进的轴线符合设计轨迹。

（6）在顶进注浆过程中，认真做好压入量、压浆压力和压浆点位的原始记录。交接班时应交清本班的测量记录及管道轨迹的纠偏趋向。每个顶程结束后必须全面复测、绘制管道顶进轨迹图（含高程、方向、顶力曲线），并山施工质检人员检查复核。

（7）施工前必须向各施工班组进行详细的技术交底，确保施工人员对质量的监控。

4.结语

以上是对排水管道顶管施工技术的探讨，这些技术的良好运用，不仅确保了顶管施工的工程质量，还改变了城市管道乱挖的现象，保护了环境，节约了成本，最终取得了提高经济效益和社会效益的双重效果。施工单位应严格管理，精细施工，努力探索新的施工工艺和施工方法，为顶管施工技术的发展贡献力量。