城市水利建设工程中顶管技术的应用

2022-09-11

1 引言

城市水利工程的施工对技术要求较高, 这主要是因为城市施工不但会受到施工环境的制约, 还会受到城市规划建设的影响。为了达到经济、高效、高质的目的, 城市水利建设施工会使用顶管技术来替换传统的水利管道施工技术, 从而最大程度的提升水利工程的经济和社会效益。

2 顶管技术在水利工程中的应用优势

2.1 有利于控制施工成本

随着市场经济的快速发展, 我国在水利工程建设中的资金投入变得越来越多, 但是我国的财政并不宽裕, 因此水利工程施工需要注意节约成本, 从而提升水利工程的综合效益。顶管技术的实施, 不需要在地面上明开挖, 节约了很多的施工量, 因此直接控制和降低了工程的施工成本。

2.2 有利于降低对周边居民生活产生的负面影响

传统的水利施工当中, 在进行施工时需要采取地面明开挖的方式, 该方法存在着工程量大、施工技术层次低、对城市基础设施影响大等缺点。常规的水利工程线路途经交通要道时, 若直接开挖会对整个交通产生影响。顶管技术在施工时, 作为立体的施工技术, 不但不需要进行大规模的明开挖, 在施工过程中还不需要封锁交通和拆迁房屋, 因此在施工时对城市基础设施的影响比较小, 同时对居民生活产生的影响也比较小, 可以明显的降低城市水利工程施工的压力。

2.3 有利于保护生态环境

传统的水利工程在进行施工时, 需要进行明开挖的施工方式, 因此会对城市的生态环境产生严重的影响。此外, 拆迁和明开挖都会产生大量的建筑垃圾, 从而形成固体污染。顶管技术的应用可以有效的避免上述问题的发生, 最大程度的降低对生态环境的影响。

3 某水利工程顶管技术的应用

3.1 工程概况

2016年设计应用案例:某县城由于历史的原因, 有鱼子坡溪 (集雨面积5.4km2) 穿城而过, 上游分偏家坡溪, 七里冲溪。由于植被破坏, 洪道淤塞, 外江水位抬高, 城市地势低加上防洪设施不健全, 致使洪涝灾害频繁。自1990年以来, 城市几乎年年都被洪水围困, 仅2011年一年中, 洪水共进城四次, 城镇居民深受洪涝水之害, 可谓苦不堪言。灾情、水情一年比一年加重, 严重威胁城区人民生命财产安全, 制约了城市经济发展。

2011年城市治涝工程审批的设计方案:在偏家坡溪 (集雨面积2.0km2) 、七里冲溪 (集雨面积1.81km2) 建土坝蓄水, 分别修建偏家坡溢洪道 (200年一遇调节后排涝流量16.61m3/s) 、七里冲溪溢洪道 (200年一遇调节后排涝流量16.97m3/s) , 排涝涵闸为钢筋砼矩形2.8×2.8m, 汛期涝水分别排向城外的老溪和通溪, 平时通过大坝放水使下游穿城的2.5km鱼子坡溪河道。偏家坡溢洪原设计深挖填埋溢洪箱涵, 因边坡稳定要求与两侧已建有民房的安全矛盾, 原施工明挖方案实施难度极大, 业主担心原大边坡开挖方案难以实施。经各方面商议拟调整溢洪涵施工方案。结合工程布置及地质, 地形条件。施工变更有两种方案;方案一:顶管法施工溢洪涵 (建议方案) 。方案二:管棚法暗挖形式施工溢洪隧洞。

(1) 顶管法溢洪涵施工设计

顶管法属于非开挖方法, 在工作坑当中依靠设备产生的顶力来克服土壤和管道之间存在的摩擦力, 将管道设计当中的坡度顺利顶入土当中, 并将取出的土运走。管子顶入土层当中, 依靠主顶油缸和管道间等的推力, 将挖掘机和工具管推到接收坑内吊起, 然后再将管道埋设在这两者之间。

顶管技术可以解决管道埋设给道路产生的堵塞和城市产生的破坏等问题, 因此在环境保护等方面显现出了自身的优势。对于城市施工而言, 顶管技术的使用十分必要, 可以带给城市一个更加美好的环境。

近年来, 非开挖技术逐渐得到了大家的重视, 它主要是通过不开挖或者少开挖的方式进行水利工程的施工。非开挖技术主要是利用铺设地下管线的方式, 来实现水利工程的施工, 一般的顶管直径选择DN800—4500, 利用工作井将管子顶入到土内, 可以成功的绕开地下的障碍物或者管线。

顶管技术的实施, 最主要的就是及时的纠正地下管子延伸过程中产生的偏差现象, 尤其是大中型管径, 采取该技术不但可以保护当地的环境, 还具有高效、经济等优势。顶管技术不开挖, 因此对建筑物的破坏性小、对环境污染小等特点, 此外该技术具有造价低、省时、安全等优点。

顶管技术的上述特点, 使其可以应用在天然气石油管道、地下排水管道等的非开挖施工当中。顶管技术的使用, 可以降低施工费用, 同时还会降低对环境和交通的影响, 因此具有一定的社会和经济效益。

具体本工程管道采用内径2.6m管壁厚12mm的钢管作为溢洪道, 施工中分三段设四个工作坑共226m, 工作坑采用沉井挖法, 钢管使用顶管法施工。

由于本段过水面积减小, 偏家坡水库两百年一遇洪水经计算雍高0.44m, 大坝顶部设置防浪墙, 高0.6m, 宽0.5m, 贴瓷砖装饰。

(2) 管棚法+导管注浆加固暗挖形式施工溢洪隧洞。

管棚法施工可以避免隧道开挖引发的围岩松动或者地表下沉等问题, 因此在开挖之前需要在上半断面的周围根据设计内容打入相应的后壁钢管。这样可以在底层当中设置承载棚, 从而提供底层承载力, 确保开挖的安全。管棚法主要应用在特殊困难的地方或者软弱的地层当中, 比如塌方体、浅埋大偏压等围岩, 并对地层变形有严格要求的工程。

管棚由钢管和钢拱架组成。管棚中的钢管应根据设计当中的规定实施开孔和加工, 注意在管内灌注一些水泥砂浆或者水泥浆等位置, 从而提升钢管的强度和刚度。

管棚法被用于城市地下铁道的暗挖施工, 在建筑物密集、交通繁忙的城市中心地区.采用明挖法施工地下工程必须拆迁大量的地层管网和地面建筑物, 由于人们的环保意识得到了提升, 同时国家对环保的重视程度很高, 因此施工时需要才起具有环保效果的暗挖施工方案。

如以上措施不能保证施工安全, 由业主、监理、施工方共同议定增加小导管注浆加固地层措施。小导管注浆加固地层的目的是确保施工时不会产生土体塌方等问题, 因此开挖之前必须采取注浆加固、超前支护等措施。在隧道开挖轮廓线之外安设注浆管, 并将浆液注入其中, 实现止水和加固围岩的效果, 此外小导管的安插还能够起到超前管棚预支护的作用。小导管可以运用在无粘结的砂层和砂砾石层当中;开挖的土层不可以长期暴露, 因此需要先进行支撑, 然后再进行开挖;此外, 小管注浆还能够运用在临时底层的加固当中。

近年来, 管棚超前支护方法得到了广泛的应用, 可以在软弱的围岩当中实施隧道挖掘, 该技术最早是一种隧道辅助技术, 在软岩隧道的施工过程中具有重要的意义。预埋超前管棚作为侧壁和顶板的支撑, 为以后的施工起到了重要的作用, 同时管棚技术的使用, 具有工期短、施工快等优点, 因此在隧道施工过程中具有较好的效果。

本工程通过方案比较综合分析, 虽然顶管法和管棚法都存在各自的优点, 但是在施工造价方面, 顶管设计费用相比于管棚法要少两百多万, 并且施工时间较短, 因此我们最终选择了顶管施工技术方案。