市政污水管道施工中顶管技术的应用
2018-09-13韦华军
韦华军
(广西绿城水务股份有限公司 广西南宁 530021)
顶管施工即非开挖施工法,在管道埋设中不开挖或少开挖。工作坑中采用特定设备产生一定顶力,用于克服土壤和管道之间的摩擦力,按照设计要求将管道顶入到土中,然后将土方及时运走。当一节管道进入到土层以后,对第二节进行持续顶进。原理为充分借助油缸和管道之间的推理,将掘进机或者是工具管等从坑中穿过土层直到接收坑。目前,随着市政设施的不断完善,作为一种能最大限度降低影响、干扰和破坏的施工技术,顶管施工逐渐得到广泛应用。
1 工程概况
施工区域目前存在很多地下管线,相互交叉,污水管道难以开挖施工;同时,范围内还设有大型购物广场和交叉路口,日常交通十分繁忙,车流与行人都巨大。综合考虑以上实际情况,经多方研究与讨论,一致同意采取顶管施工技术,机械顶管,人工顶管管径D2800,机械顶管管径D2600~2000。采取顶管施工技术的起迄桩号为k9+500~k12+500,总长为3000m。
2 顶管施工工艺
2.1 工作井设置
在设置工作井的过程中,应严格按照以下基本原则:①充分利用管线上已有工艺井;②保证排水、出土与日常运输的便利性;③尽可能远离高压线与居民区;④尽量避免与管线、树木及构筑物产生接触;⑤设置工作井数量不能太多,用于降低成本,尽可能缩短工期[1]。
2.2 工作井施工
(1)工艺流程
工作井施工工艺流程如图1所示。
图1 工作井施工工艺流程图
(2)施工测放与基坑开挖
现场使用全站仪准确放出工作井具体位置和沉井壁具体位置。使用反铲挖机对基坑进行开挖,由人工进行挖探管线予以配合。
(3)垫层铺设
在刃脚部位进行垫层的铺设,铺设材料为中粗砂,厚度按500mm控制,分层铺设,每层铺好后都要将其夯实,最后用水准仪进行找平。
(4)制作井壁
①井壁支模
在井壁支设的模板采用组合钢模,脚手架需要和模板分离,各自形成一个系统,避免因下沉产生破坏。采用对拉螺栓对模板进行加固,并加焊止水片。在施工缝处进行钢板的埋设,形成止水带,支模时注意收口,不得出现上大下小。在沉井壁上设置预留洞,于制作过程中在洞口处埋设穿墙管,在管中埋好夯实以后的粘土。
②钢筋绑扎
沉井段的水平钢筋使用帮条进行焊接,而竖向钢筋则应使用压力焊进行焊接,所有接头都按照设计要求错开,设置支撑,按照1.5m的间距进行。在井壁中设置的插筋都要采取有效的加固措施。
③井壁浇筑
刃脚和筒身的浇筑必须分段进行,保证对称性、均匀性与连续性,防止地基不均匀沉降使沉井产生裂缝与倾斜。筒身完成浇筑后应达到密实,表面光滑且平整。如果存在防水要求,则应在穿螺栓孔的中间进行止水环的加焊;水平施工缝部位的筒身需要设置钢板止水带,从筒壁上突出的部分,需要在拆模以后将其铲平。
(5)沉井施工
①开工前检查结构的外观,确定混凝土强度与抗渗等级,以勘测报告为依据对极限承载力等参数进行计算,将计算结果作为判断不同阶段是否产生突然沉降等现象的依据。
②施工前应在分区分组的基础上依次拆除砖垫座与承垫木,抽出垫木以后,用砂砾、砂石及卵石等材料进行充填。
③施工采用排水下沉的方法,在机械开挖的基础上辅以人工配合,采用卷扬机进行吊运施工,开挖产生的土用载运汽车将其运输到设计指定的地点[2]。
④对于小型沉井,开挖时采用人工,也可采用风动工具;对于大型沉井,在井中采用反铲机进行开挖。开挖应分层且对称,从沉井的中间不断向四周进行,层高按0.4~0.5m控制,在刃脚的周围应留设一定宽度的土堤,再沿刃脚的方向进行土层切削,一次切削5~10cm,如果土层在切削后产生破裂,则应在自重下进行挤土,避免发生倾斜。
⑤施工采用排水的方法进行。管壁不断下沉时,处在外侧的土会产生下陷,和筒壁之间产生空袭和,通常在筒壁的外侧进行填砂,高度要达到30cm以上,用于降低摩阻力,同时减轻清淤压力。
(6)沉井封底
①下沉到要求的标高,且2~3d不再发生下沉后,开始封底。
②封底之前,对接触表面进行清洗与打毛,将井底修整成锅底的形状,从刃脚不断向中心进行开挖,用卵石进行充填。
③浇筑需要在沉井上分层连续进行,从四周开始不断向中央浇筑,并在浇筑的同时使用振捣器进行振捣,如果井中存在隔墙,则应在对称的基础上进行逐孔浇筑。
④浇筑完成后立即养生,待实际强度达到要求后,开始封堵。
2.3 顶管施工
(1)施工准备与施工方法
开工前仔细掌握图纸,再对顶管轴线实施定位,进行工作坑放样与高程的准确测量。以已经完成施放的轴线和平面位置为依据,进行导轨的预埋,两条导轨之间的距离按0.7m控制。完成对轨道的安装之后,对设备进行安装调试,并于沉井上进行各类设备的安装施工。在混凝土底板实际强度满足要求后,正式开始顶管。
(2)管道顶进
开挖采用人工完成,而顶管则主要采用机械进行,对第一节顶管进行安放时,需要对管道的轴线及高程进行认真复核,确认无误后,开始顶管。在不容易产生扰动,且视线清晰的位置设置控制点,同时予以有效保护。
①顶管的工艺流程为:围挡施工→人工开挖→平台搭设、起重设备就位、支架搭设→人工开挖→顶管机械就位→顶管施工→井身砌筑→支撑拆除→管道清理和打口。
②施工测量:施工开始前对管线情况进行调查,确定并检查管线所在位置和高程。现场的测量人员必须持证上岗,所设水准点必须在闭合以后才可以使用。
③后背安装:和墙壁紧贴,浇筑混凝土,浇筑完成后贴钢板,平面和管道的中心线必须保持垂直。顶力设备采用油压千斤顶,其行程应达到700mm以上。以顶力为依据进行计算,设置两台千斤顶,和管道的中心线呈对称形式布置。施工过程中,顶力要控制在5000kN以内。
④导轨安装:导轨为140槽钢,宽度根据顶管直径确定,高程采用水准点进行测设。导轨的底部与两侧均使用槽钢进行焊接加固。
⑤管前开挖和顶进施工
顶管偏差高程不能超过+1cm与-2cm,开挖长度通常为30cm,要控制在50cm以内。顶管的上部可以超挖3cm,但管壁和土基面必须保持吻合。在工作坑中设置两个可以校准的中心点及水准点,施工过程中要对其进行妥善保护,避免发生碰撞。顶进过程中应连续施工,避免由于中途停止而增大摩擦力,导致顶进无法进行。如果遇到以下情况,必须停止顶进,立即采取有效措施进行处理,管道前方产生塌方;后背发生倾斜或产生严重的变形;顶铁变形,出现很大的错位,而且无法进行校正;顶力超过预计等[3]。
⑥清理收尾
在完成顶管之后,积极组织相关里相对管道进行清理。将临时设置的砖挡墙拆除,进行流槽的浇筑与二次混凝土安装盖板,进行土方回填,使地面恢复到自然的标高。
⑦质量要求
顶管时允许偏差按表1要求控制。顶管位置准确,不偏移,管节没有错口,底部设有一定坡度,没有倒落水。接口环和灌缝正对,并和管外周紧贴,端部垫板设置牢固,无脱落。各段管节上没有裂缝和渗水,且管道中没有泥土与建筑垃圾。
表1 顶管允许偏差
3 结束语
截至目前,本工程顶管施工已顺利完成,经检查,顶管施工质量达到预期,说明以上所用顶管施工技术合理可行,既能保证施工质量,还能缩短工期,减少或避免对周围其它管线及建筑造成的影响,符合在复杂市政环境下进行污水管道施工的要求,具有良好的推广与应用价值。