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给水管道顶进施工段设计研究

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《河北工程技术高等专科学校学报》2017年第1期

摘要:文中以某引水工程为例,根据地质条件分析了管道穿越某国道的设计方案,确定了管道中心高程、工作坑与接收坑尺寸以及顶进施工方案,并提出了施工中的注意事项。

关键词:引水工程;管道工程;顶管施工

1工程概况

某引水工程全线采用管道输水方案,管线全长3.591km,设计规模2.132m3/s。该引水工程的管道需穿越某国道。国道路面宽25.0m,路面高程10.67m;其东侧为路边沟,宽约37.0m,深约6.0m。管道穿越国道段的桩号为k3+469.747~k3+514.747,全长45m,管线与国道的夹角为80.41°。穿越国道的管段拟采用顶管施工。

2工程地质

2.1地形地貌

引水工程位于河北平原东部,地貌类型为冲积、湖积成因类型,其基底构造属冀中坳陷。该区域地势平坦,总体自西南向东北方向微倾。

2.2地层结构与地下水

管道沿线勘探深度范围内揭露地层均为第四系全新统冲积、湖沼积松散沉积物。该工程坐落于2-1黏土层,其成因类型、岩性特征、分布埋藏条件和物理力学性质如下:第2-1层,黏土(Qal4);黄褐色,可硬~硬塑,稍有光泽,中等干强度,中等韧性,具锈斑,含姜石;属中压缩性土;厚度为4.00~4.50m,平均4.30m;层底标高为1.80~2.80m,平均2.35m;层底埋深为7.60~8.00m,平均7.88m。在工程勘查期间,地下水水位埋深为国道两侧地面以下3.5m,施工期间需做好排水。

2.3地基土特性

以划分的工程地质层作为统计单元,对地基土的物理力学性质指标在剔除异常值后进行统计。

3工程设计

3.1管材及中心高程

根据《某输水管道工程初步设计技术规定》穿越国道的管道一般采用混凝土管内套钢管的穿越方式,套管内径要按比内穿钢管大0.8m考虑。本工程的顶管施工段的设计执行JC/T640-1996标准,采用DN2400钢承口式顶进施工法钢筋混凝土排水管(DRC)Ⅱ级管,每节管长2.5m,壁厚240mm。本段保护涵管共顶进18节圆管,总长45m。根据《某输水管道工程初步设计技术规定》当管道穿越国道时应满足交通行业规范要求,管顶以上覆土厚度≥3m或者≥1.5倍的管道外径。顶管起始点路面高程10.84m,终点路面高程10.5m,故确定顶管施工部分管顶高程为6.27m,管道覆土平均厚度为4.4m,管道中心高程为4.83m。

3.2工作坑

在公路西侧设置顶进坑实施顶进作业,东侧设置接收坑,根据《顶管施工技术及验收规范(试行)》的要求确定工作坑和接收坑的尺寸。

4顶管施工方案

4.1顶管施工方法选择

在本工程中,保护涵管底位于黏土层,地下水水位埋深为两侧地面以下3.5m,根据管道所处土层性质、管径、地下水位等各种因素,经技术经济比较后确定采用土压式顶管法。土压式顶管施工是机械式顶管施工的一种,它最大的特点是排出的土或泥浆一般都不需要再进行二次处理。此外,与其它型式的顶管施工相比较,土压式顶管施工又具有适应土质范围广和不需要采用任何其它辅助施工手段的特点,在经济上能大大减少工程投资。这种施工方法允许管道周围地层和地面有较小变形,变形量一般控制在5cm左右。

4.2施工机械选择

4.2.1顶管掘进机

常用土压式顶管掘进机可分为多刀盘土压平衡顶管掘进机和DK式土压平衡顶管掘进机。多刀盘式土压平衡顶管掘进机适用于DN1650~DN3500管径的混凝土管,它只适用于软土层的顶管。DK式土压平衡顶管掘进机适用于DN1200~DN3000管径的混凝土管,它适用于粘土及中砂土质的顶管,适用范围较广。综合考虑本工程区域地质条件等因素确定采用DK式土压平衡顶管掘进机。4.2.2主顶设备顶管施工中的主要设备包括主顶油缸及附件。本工程采用的主顶油缸为双作用油缸,是既可以伸出也可以缩回的油缸,缸体为45号无缝钢管。

4.2.3顶铁和后靠板

顶铁分为环形顶铁、弧形顶铁和马蹄形顶铁,它的作用是把主顶油缸的几个点的推力均匀地分布到钢筋混凝土管端面上,同时起到保护管端面的作用。本工程所采用的顶铁为环形顶铁。后靠板是安装在后座墙与主顶油缸之间的钢结构件,本工程采用50~70mm厚的钢板即可。

4.3施工注意事项

(1)顶管施工前应根据图纸及机械设备确定施工方案,并及时上报业主、监理方审批,经批准后即可进行施工。

(2)顶管后背墙应有足够的强度和刚度,后背墙壁面应平整,并与管道顶进方向垂直;后背墙应紧贴工作坑土壁,当土壁面与后背墙之间有孔隙时应用砂石料填塞密实。

(3)安装后的导轨应牢固,不得在使用中产生位移,并应经常检查校核;两导轨应顺直、平行、等高,其纵坡应与管道设计坡度一致。

(4)顶铁宜采用铸钢整体浇铸,在顶进时顶铁拼装后应锁定。

(5)在顶管进出预留洞的一段距离(通常为10~20m)内,应根据土体特性、机头类型以及周围地下管线、建筑物的情况,采取井点降水、土体加固等保护措施,以防止因土体流失导致机头下沉,保证机头顺利进出洞口。

(6)钢筋混凝土排水管管节未进入土体前,应在接口外侧垫麻丝、油毡或木垫板,在管口内侧留有10~20mm的空隙;在顶紧后,两管节间的孔隙宜为10~15mm;管节入土后,在相邻管节接口处安装内胀圈时,应使管节接口位于内胀圈的中部,并将内胀圈与管道之间的缝隙用木楔塞紧。

(7)管道顶进应连续作业,当管道停止顶进时,应采取防止管道外土体坍方的措施。

(8)在管道顶进的全部过程中,应控制顶管掘进机前进的方向,随时测量顶管掘进机的中心位置和高程,并根据测量结果分析偏差原因,确定纠编措施。

(9)顶管完毕,经检测合格后应拆除后背墙,回填工作坑,恢复原状,不得留有阻碍供水管道安装的任何障碍和隐患。

参考文献

[1]余彬泉,陈传灿.顶管施工技术[M].北京:人民交通出版社,2003.

[2]中国非开挖技术协会.顶管施工技术及验收规范(试行)[S].北京:人民交通出版社,2010.

作者:褚珊 单位:沧州水利勘测设计院

河北工程技术高等专科学校学报责任编辑:冯紫嫣    阅读:人次