顶管技术在管线穿越既有公路中的应用_薛鹏.pdf

CM&M 2023.01263过程安排专人全程监测，防止路面塌陷，保证国道的正常通行。施工前应事先收集、查明沉井开挖段是否有排水暗沟、地下管网、电力、通信电缆等地下埋设物，避免施工造成经济损失或工期延误3。2.2 千斤顶的选型计算假设迎面的阻力为，F1顶进的阻力，F2总推力为，F0 引言近年来，很多新技术、新工艺在我国在公路建设领域都得到了应用1-2。为了提高管线穿越既有公路中顶管技术的施工质量，本文结合工程实例，从施工监测、千斤顶的选型计算、顶管工作井和接收井的施工、反力墙施工、顶进设备安装、管道顶进、注浆加固、质量纠偏控制等方面，对穿越既有公路的顶管施工技术进行了总结和分析。1 工程概况1.1 跨线路顶管施工技术选择某公路工程设计为一级公路，其中 K3+917.2 设计雨水管道施工横穿现有国道及支路。现有国道及支路交通量巨大，按当地政府部门要求，必须保证交通不中断，杜绝污染周边环境，最大限度减少对周边居民的影响。结合实际情况，经过方案设计比选，采用非开挖顶管施工技术。液压千斤顶顶管具有操作简单、传力均衡的特点，故选用此方案。顶管用规格为 1650mm 钢承口型钢筋混凝土套管，柔性接口采用楔形氯丁橡胶密封圈。1.2 顶管平面图顶管施工设计从跌水井 1 始，横穿现有国道及支路，至跌水井 2，顶管长度 72.8m。平面位置详见图 1。1.3 施工段地质情况按地勘报告结果，顶管施工段为粘性残积砂质岩土层，自上而下是素填土和残积砂质黏性土，如图 2 所示。2 穿越既有公路的顶管施工技术2.1 施工监测顶管工程施工时，因管道下穿现有国道及支路，施工顶管技术在管线穿越既有公路中的应用薛鹏摘要：为了提高管线穿越既有公路中顶管技术的施工质量，结合工程实例，从施工监测、千斤顶的选型计算、顶管工作井和接收井的施工、反力墙施工、顶进设备安装、管道顶进、注浆加固、质量纠偏控制等方面，对穿越既有公路的顶管施工技术进行了总结和分析。结果表明，此顶管施工技术有效确保了项目的顺利竣工，质量验收合格，值得在类似项目中推广和应用。关键词：顶管技术；公路；顶进；注浆加固；质量纠偏（邢台道桥建设工程有限公司，河北邢台 054000）图1 顶管平面图图2 地质剖面图设计路面线1素填土跌水井2跌水井1钢筋混凝土管5 残积砂质粘性土264工程机械与维修CONSUMERS&CONSTRUCTION用户施工则各推力计算如下：F=F1+F2 （1）F1=/4D2P （2）F2=DfL （3）P=KOHO （4）式中，D表示管外径，取值 1.98m；P表示控制土的压力；KO表示静止土的压力系数，正常取值 0.55；HO表示掘进设备到地面中心厚度，约为 6.34m；表示土的湿重量，取值 1.9t/m3；f表示管外表面平均综合摩阻力，取值0.8t/m3；L表示顶距，取最大值 72.6m。通过以上公式和数值，可以求得总推力最小值F为383.84kN，取该最小值作为液压缸总推力。主顶液压缸可选用两台 300t 级。采用油泵压力来控制使油缸的顶力不超过200t。该项目主顶设备用 300t 的两台千斤顶即可符合要求。2.3 顶管工作井和接收井的施工顶管工作井采用跌水井 1 的基坑，该基坑长 宽为6.6m4.1m，采用桩长 12m 的 168500 钢管桩+一道内支撑支护。基坑的深度为 8.16m，按危险性较大工程规定补充安全专项论证方案。顶管接收井位跌水井 2，位于国道线南侧某江北岸的坡面挡墙位置。该井位置挡墙地面标高约 6m，进水口处管道底标高 5.24m，出水口处管道底标高3.2m，河岸线标高 2.918m，雨水管出水口标高 2.885m。2.4 反力墙施工钢管桩施工完成后，施工工作井基础垫层，然后进行C40 混凝土反力墙基础及墙体的施工。反力墙基础及墙体严格设计 18 配筋，钢筋间距 20cm。反力墙完成混凝土浇筑后，背靠墙预留钢筋与墙体顶部钢筋设置刚性连接，保证顶管顶进方向水平面与反力墙垂直面垂直。在反力墙基础、墙顶及墙身适当位置设置 12 个收敛监测点，在顶管施工过程中每 6h 观测记录一次，如发现异常及时停止顶进作业。反力墙完成后增加设置 10cm 厚钢板，增大顶管时的后坐力受力面积，满足最大顶力要求。验算反力墙的承载力及侧压力，确保其满足顶管顺利施工的反力要求。2.5 顶进设备安装2.5.1 设备轨道及支架安装、铺设顶进导向设备采用导轨作为导向设备。导轨及支架安装的优劣对顶进施工质量影响很大。导轨采用钢制材料，导轨安装除保持在同一水平面，还要做到平行、顺直。将支架安装于钢导轨下，以支撑顶进设备。顶进施工过程中，对管道轴线和标高进行纠偏控制4。2.5.2 千斤顶系统安装钢导轨轨道及支架安装完毕后，按程序开始安装千斤顶系统。对顶管顶伸力的计算分析，考虑该路段地质情况及现场工作基坑开挖尺寸等因素，结合施工进度计划情况，按照顶推施工设计方案投入两台液压千斤顶5。开挖工作井，安排技术人员时刻关注周围土层及地面土质情况，如若出现土质和设计地勘报告有较大区别或者地面有隆起现象，应立即停止施工，经核查做出相应调整后方能继续进行开挖作业。然后进行传力设备顶铁安装，顶铁有横顶铁、方形顶铁、环形顶铁。在退千斤顶时安装最长的顶铁，顶铁安装要顺直，无扭曲、歪斜。顶进作业时，顶铁正侧面严禁站人，以防顶铁崩开伤人。2.5.3 其他辅助设备安装顶管主要机械设备安装完毕，即可进行辅助设备的安装，具体包括空气压缩机、风管、水泵、泥泵、测量仪器全站仪及卷扬机等设备6。当辅助设备安装后，再进行其他辅助装置的安装，如临时供电箱、基坑排水泵及照明电路等。2.5.4 调试工作所有进场的设备必须进行维修保养，经验收合格方能投入使用，使用前必须进行单、整机调试工作。必须确保投入使用的顶管设备性能指标等，符合设计及施工规范要求。调试工具管、液压千斤顶、污水泵等各种设备的受力性能及技术参数指标。2.5.5 顶管电力设备配置电力设备供电电压遵循三相四线，变压器二次侧线电压 400V，相电压为 230V，动力机械电压 380V，工作井周围照明用 24V 电压。管道内部照明选用符合规范要求的安全电压，配电采用安全变压器，变压器电容量一般电压为220V，手把作业灯电压为 12V，其他按施工安全规范要求进行选择布置。2.5.6 通风及检测设备配置顶管工作期间，必须经常做管内的气体检测及监测工作，增加检测频率，提前做好通风措施，排除洞内的一氧化碳、甲烷、二氧化碳等有害气体，确保顶进施工安全正常，保证洞内作业人员不受有毒气体的危害。洞内施工通风要求，按不小于 3m3/min/人的新鲜空气计算。通风设备风机用压入式，通风管管道直径 0.3m。顶进施工时，在工具管后的第二节钢管管内安装压入式风机，管内二氧化碳等混浊气体随风管通风灌入新鲜空气，沿着管道通风排出井外。工作实行轮班制，管道内掌子面施工作业人员实行每 0.5h 轮换班一次。每次换班后开始作业前强行通风排气 5min，保证洞内空气新鲜。对于施工中的间歇工作，如作业停顿超过 2h，必须延长排气通风时间，每次不少于15min。作业停顿 8h 以上的，延长排气通风时间 0.5h，作业前必须用空气检测仪器进行空气质量检测，检测结果符合规定才能进行施工作业。2.6 管道顶进顶管设备安装好后开始进行顶进施工。顶进过程中，通过预留压浆孔朝向管壁外侧注入触变泥浆。随着顶进管的尺寸注入适宜的泥浆量，以降低管道顶进的外壁摩擦阻力，同时起到填充管壁空隙，减少土体滑落沉降作用。CM&M 2023.01265顶进主要设备为液压千斤顶配合有支撑和掘进作用的工具管。顶推管段通过工作井的预凿墙孔洞把管道压入土中。用人工持风镐、铁锹等土方开挖工具，对前方土体进行开凿，进入工具管的泥土经人工和皮带机装车，用小车运出掘进管道。在工作井处安装卷扬机，用于吊运作业。千斤顶顶推达到规定最大距离后全部缩回，放置顶铁。千斤顶接着顶进作业，待液压千斤顶再次伸缩至最大距离行程后，重复缩回初始状态，接上第一节钢管，反复进行顶进最大距离缩回及接管工作，顶进管道渐渐延伸入土里。待首节钢管及工具管全被顶推出洞至预留接收置后，拆除工具管及顶铁，吊出坑内，清洗干净，安放焊接预先准备的管道。等焊接冷却后，重复利用工具管和顶铁进行操作，直至完成全部管道顶进作业。顶进施工需遵循边顶边压及先压后顶的原则。施工铺设顶管导轨，要考虑平衡重力作用的影响，工具管末端向上微倾一定角度，准确正对预留穿墙孔位置，这样会使工具管头在顶进和穿墙孔洞作业中发挥最大优势。工具管头与连接管道要采用刚性联接，能有效避免工具管头顶进作业发生脱落故障。2.7 注浆加固考虑土层中地下水情况，注浆加固要使用高强度、止水、不易溶解的注浆材料。对不同的地层，材料的凝结时间可以进行调节。按设计要求做好水泥、水等材料掺配比（见表 1）。注浆材料拌制完成，储存浆筒内发酵一天后方能投入使用。如需提升注浆材料的早期强度和工作质量，可适当掺入一些特种材料，如硅酸钠等。顶管顶进施工完成相邻两个井段后，为增加管道抗压强度，必须进行注浆处理。采用空压机对管道周边的土层注入浆液，使管道与周边土体密封粘结，提高管道周边土质地基强度及稳固性。注浆的标准：注入的浆液要注满包裹住管道外壁，直至地层与管道外壁无多余空隙为止。如利用管道上预留的注浆支管进行注浆，每个支管均需设置独立控制阀门。注浆泵注入压力宜大于 0.1MPa，可调节注入压力以分次压注，直至管道外壁与周围土体密封无空隙。注浆过程，安排专人控制好注浆压力表读数，检查相连通的就近出浆口出浆情况。注浆施工结束后及时做好机具设备的清洁工作。顶管井段施工结束后，对管道端头与周围土体空隙及时加固封堵。如需检测注浆质量效果，可以在注浆位置钻孔，通过注水等方法测定地基土层的水渗透系数及水流量。结合地基土质密度及强度判断注入吸水量大小，以判别注参考文献1 刘聪,高楠穿越高速路的顶管工程施工 J.中小企业管理与 科技,2015(6):105-1062 刘吉贞.穿越既有地铁线路顶管施工关键技术 J.石家庄铁路 职业技术学院学报，2021(4):30-343 汤长悦,张杰,沈晓伟,管珊珊,韩春雷.顶管下穿城市公路高 架桥的变形影响分析 J.江苏建筑,2021(6):48-50.4 沈承,姬永红.平行顶管施工及公路拓宽工程的相互影响研究 J.城市道桥与防洪,2022(5):129-133+141+19.5 徐宇龙.人工顶管施工技术在下穿高速公路顶管施工中的应用 J.河南科技,2021,40(23):70-72.6 徐涛,王凯.顶管工程施工对邻近轨道交通高架结构的变形影 响分析 J.现代隧道技术,2021,58(S2):66-72.浆质量是否满足要求。2.8 质量纠偏控制纠偏是质量控制要点，顶管顶进过程中要勤测量和勤纠偏。工具管掘进时所受土体阻力及管道周边不均匀摩擦力，以及千斤顶等机具受力偏差不均匀，往往在顶进作业中管道会产生偏差。顶管纠偏方法有衬垫法、支顶法、支托法。衬垫法选用的衬垫材料，既要能保护管道端头混凝土，又要能有效传递顶推力。可选钢板、木楔或加工的刃板、胶合板、木工板等。采用衬垫板进行顶进偏差的调整，将偏差按规定调整合格后撤掉垫板，保证两个管口接触面不受破坏。支顶法是利用 10t 左右的千斤顶或者木支柱做前支撑，斜向支立于前管口顶端，设木托板在支柱下方，以增大承压面积，之后边顶进作业边支顶起管道。待管道支顶至设计标高后，可缓缓撤掉支顶材料，使顶进作业正常有序进行。顶进作业中，禁止调速过快或者支撑受力变化太大，任何使管壁部分受力不均匀的操作都引起管体损坏。支托法是在管底支垫工字钢，千斤顶为脚顶，工具管辅助。此种方法支撑能力较强，尤其适合有流沙的地质。3 结语将顶管技术应用在在管线穿越既有公路中，满足了不中断现有道路的通行要求，减少周边环境污染，提高了项目的社会效益并保证了工期。顶管施工技术可以代替传统的开挖施工工艺，不仅适用工程施工管道需要下穿现有通行道路，保证人民日常出行，而且还能减少征拆费用，降低环境污染。表 1 注浆材料比重材料名称膨润土CMC纯碱水配比13