城市污水管道顶管施工工艺及问题

2022-09-11

近年来我国城市建设在大规模快速发展, 大量管网及地下交通隧道等地下工程不断在新建、扩建和维修。对于人口集中、地面建筑物和地下管线十分密集、地面交通拥挤的繁华城区来说, 传统的明挖埋管方法逐渐受到限制;而采用顶管施工则显示出极大优越性。同时, 城市可持续发展的战略要求和人们对环保的日益重视, 也使得非开挖顶管施工技术越来越受到欢迎。

1 顶管施工的原理

顶管施工就是借助主顶油缸及管道间的中间推力, 把工具管或掘进机从工作坑内穿过土层一直推到接收坑内, 与此同时也就是把紧随工具管或掘进机后的管道埋在两坑之间。这是一种非开挖的敷设地下管道的施工方法。

2 城市污水管道顶管施工的主要工艺

2.1 顶管设备组成及安装

顶管设备主要由后背、油缸支架、主顶油缸、主顶泵站、导轨、穿墙止水、泥浆搅拌及压注系统组成。

(1) 导轨:用16号槽钢加工而成, 下部用12号槽钢做成支撑导轨, 两排导轨支架之间用8号槽钢作为水平连杆, 连接两排导轨支架; (2) 后背:是用来承受主顶油缸后坐力的构件, 并将主顶油缸传来的集中力均匀地传给井壁。后背采用钢板、工字钢和混凝土加工而成, 安装在主顶油缸的后面; (3) 油缸支架:是用来支撑并固定主顶油缸的构件, 用12号槽钢加工而成; (4) 主顶油缸:是顶进的主要设备, 是管节顶进原动力, 装载油缸支架上, 后端紧靠后背, 主顶油缸安装好后, 用输油管与主顶泵站和控制台相连; (5) 主顶泵站:是给主顶油缸供油以及主顶油缸回油的设备, 该泵站安装在工作井旁; (6) 穿墙止水:是安装在管节外壁与井壁之间的构件, 其主要作用是在顶进过程中防止工作井外的泥、水沿管壁流入井内; (7) 泥浆搅拌及压注系统:是将膨润土搅拌成泥浆并充分膨化后输送到管壁与土壤之间的设施总称, 该系统安放在主顶油缸的旁边。

2.2 顶管设备的选用

(1) 主顶站选用每台顶力400t, 最大行程1300mm两台组成, 设计总站顶力可达600t; (2) 纠偏千斤顶选用每台顶力40t, 最大行程110mm的8台, 安装在顶头后面; (3) 液压装置有液压总站、液压控制箱、管路及其他液压元件组成; (4) 减少顶进阻力所需泥浆在现场拌制, 膨润土系统有泥浆泵、拌浆池、储浆池、备用池、泥浆管、阀门等组成。

2.3 管道的顶进与接口

在设备调试完毕及一切工作准备就绪后, 开始进行管道的顶进作业, 利用吊车将管道安放在导轨上, 顶进时先将管机头顶进土内, 让土体进入管内形成土塞。当土塞达到一定长度时, 即停止管道的顶进, 而进行管内取土。管内取土采用人工挖取, 同时将土送出。管前取土原则上控制与机头前端平齐。当土塞清除结束后, 再进行管道的顶进, 当工作坑内的管道顶入115m时, 即进行下一节管道的安放, 如此循环将管道顶进。

管道接采用“T”形接口, 两相邻管节间利用“T”形钢套环进行连接, 钢套环采用16锰钢, 防锈采用环氧富锌漆二镀。采用“T”形接口可以提高管道的整体性, 减少管内底之间错口产生。在钢套环与管壁之间塞入木楔, 顶进工作完成后, 挖除木楔并填充石棉水泥, 在施工时应保证管道间接口的平顺。

2.4 顶进过程的操作与控制

(1) 顶管出洞前, 做各种设备调试工作, 出洞时每500mm测量一次, 出洞时, 顶头标高比设计标高提高10mm。 (2) 前7节管用拉杆连接, 以防管节漂移。 (3) 顶进过程中, 严格按照勤顶、少顶的原则操作。 (4) 采用F型钢套环橡胶圈防水, 楔形橡胶圈的外观和断面组织应致密、均匀、无裂缝、孔隙或凹痕等缺陷, 钢套环接口无疵点, 焊接接缝平整, 肋部与钢板平面垂直。 (5) 木垫环采用20mm厚的松木加工制作而成, 加工时要求凹凸口应对中, 环向间隙应均匀。 (6) 安装橡胶圈前涂抹黄油, 如发现有位移、扭转或露出管外, 必须拔出重插。 (7) 顶管全线结束后, 应立即用2∶1水泥浆将膨润土浆置换出来, 以确保管道外围土体有足够的支撑和较少渗水。 (8) 顶管结束后, 管节接口后内侧间隙用水泥砂浆密封, 再进行防腐。 (9) 纠偏时应在顶进过程中采用小角度逐渐纠偏。

2.5 管道的轴线、高程误差的校正

管道产正误差后, 由机头前安装的导向油缸、纠编油缸进行管道纠偏, 由于顶进时管子间已有连接, 误差是逐渐累积和逐渐校正的, 在纠正时采用趋势图辅助判断偏差趋势。在顶进过程中每500mm测量一次, 并进行数据整理然后绘制成如上曲线图, 根据曲线的斜率分析机头偏差发展趋势进行管道的纠编, 先根据偏差的实际情况逐渐调整纠偏角度, 当曲线到达峰值之后, 我们可以判断顶管子已经是开始往回走, 甚至可以判断最前部的管机头已经开始向中心靠拢。这样我们就应该把纠偏角度逐渐的减小, 然后在适当的时间把机头摆正 (前后段没有角度) , 假如机头往回的趋势过大, 则应进行反向纠偏, 直至管道的高程趋于正常范围内, 此时纠编角度也趋于零。纠偏动作一定要在顶进过程中进行, 尽量减小纠偏所产生的折角, 否则纠偏所形成的折角将导致所有经过的管口产生连接误差应力。

3 顶管施工过程的技术质量保证措施

施工中对现场坐标、水准点应做好复测工作, 并做好坐标、水准点的保护工作。要严格控制管材的质量, 对于强度及裂缝不符合要求的严禁进入施工现场。要做好第一节管道的水平测量、高程测量, 并做好测量记录, 如发现重大偏差应及时上报。要及时将管道内前方的挖土运出, 防止因堆土过多而造成管道的沉降, 并做好出土的数量记录。在千斤顶安装时, 应保证千斤顶的顶力位置和顶进抗力位置在同一轴线上, 并确保四个千斤顶用力均衡, 避免产生顶进力偶。在顶进时做好顶进设备的记录, 如发现顶力异常增大时则应停止施工, 分析原因并采取相应的措施方可进行下步的施工。在顶进过程中应随时注意地质的变化情况, 在如出现流砂现象时, 应根据现场实际采用改造顶管的机头、泥砂固结、降低土体的地下水位等不同方法确保顶管的施工。

4 顶管施工过程中应注意的问题

(1) 顶管出洞。即打开钢封门, 将工具管顶出井外, 顶管出洞是整个顶管工程的关键环节, 此时要防止工具管前方土坍塌和工具管偏离设计轴线。 (2) 纠偏。是指工具管偏离设计轴线后, 利用工具管内的纠偏机构 (纠偏油缸) 改变管端方向, 减小管线偏差的过程。 (3) 纠扭。顶进过程中常常遇到管道扭转, 这对管道出泥、电机安装等有较大的影响, 因此必须加强控制, 避免扭转角度过大。 (4) 导轨偏移。基坑导轨在顶管施工过程中产生左右或高低偏移。 (5) 洞口止水圈撕裂或外翻。 (6) 后靠背严重变形、位移或损坏。 (7) 主顶油缸偏移。 (8) 地表隆起。在任何一种顶管施工中, 若操作不当, 都会使机头前方沿滑裂面范围内的土体遭破坏使地表隆起。 (9) 地面沉降。在顶管机过后或顶管施工完成以后, 在管子中心线左右两侧的地面产生沉降, 并且随着时间的推延, 沉降槽的宽度与深度均与日俱增。

摘要：顶管施工具有场地占地面积小与开挖量小等优点, 尤其适用于市政建设的污水管道工程及综合性管道工程。本文通过工程实践, 对城市污水管道顶管施工中的技术工艺、技术质量等问题进行探讨。

关键词：污水管道,顶管,施工技术