盾构法与顶管法施工工艺改进设想

所属栏目:动画艺术设计论文 发布日期:2012-08-04 08:53 热度:

  摘要:随着城市的不断发展,各大城市不可避免的出现了地面可利用空间逐渐缩小的现象,地下空间的开发和利用不断地被提上议程,因此地下空间施工方法引起了人们的关注。纵观现有的地下管道、隧道施工技术,盾构和顶管法施工是比较常见的两种。盾构技术适用于大型地下工程的施工项目,成本高工期较长,相比之下顶管技术适用于中小型地下管隧道施工,成本低工期较短,但是使用效率比较低。这两种技术上的主要矛盾体体现在工期与成本、效率与质量上,因此本文重点要讨论解决或者减缓这种矛盾的可能性以及对这两种施工工艺的一些改进设想。
  关键词:盾构技术;顶管技术;成本效率;技术改进
  正文:
  一、盾构与顶管法的特点及局限性
   盾构法施工运用在大型地下工程时,其断面一般有圆形、矩形、半圆形、马蹄形等多种形式,最常用衬砌的断面形式是圆形。采用圆形断面形式一方面可以使各方压力尽可能达到平衡,另一方面可以便于管片的拼接,适当加快施工进度。但是由于管片自身尺寸以及拼接过程中的各种施工工艺的限制,使得盾构的掘进不能持续进行,这样施工的速度就会变得缓慢,加上施工过程中可能遇到的种种不可测意外,加大了延误工期的可能性,不可避免的会造成成本的增加以及质量的敷衍。
   顶管法施工通过工作坑内的压力以及钻头的持续掘进使得各管组成的管道整体向前蠕动。在此过程中,由于前进的长度逐渐增加,连接的管道也越来越多,这些管道又总是在不断前进,这样一来土壁给管道的摩阻力就不断增加。理想状态下,使得管道前进它本身的长度只需消耗土层对自身的摩阻力所作的功w1=nFl(F为单管受到的摩阻力,l为单管的长度,n为管数)。但是实际操作中,对于顶管的整个系统所输入的实际功是土层摩阻力所作的重复功的叠加w2=〖n×(n-1)×(n-2)…×1〗×Fl。比较w1、w2,短程内比较接近,但是长程w2明显远超w1。由此可见,顶管法较于盾构施工更加流畅,但是顶管法的能量损耗以及由此造成的投入产出比显著要高于盾构法。
  
  二、盾构法的改进设想
   为了克服第一部分提到的一些盾构技术的局限性,增加盾构使用的连续性加快施工进度,结合顶管施工的一些优点提出以下设想:
    1、用管道代替管片前进过程中不断放下管道。盾构机不停地前进,另一方面,放下的管道作为完整衬砌无需进行零碎的拼、焊接,同时也不必要在做防水方面花更多的时间。整个掘进的过程是盾构机的前进与管道的焊接同步进行,但两者又属于两种不同工艺,这样一来就可以大大提高盾构机的使用效率。
    这个设想的主要障碍是在于如何运输管道,后进的同直径的圆管怎么才能穿过前面的圆管,这是个棘手而且必须解决的问题。我的观点是做双层衬砌,第一层较薄,用相互嵌套的方式轮流向前运输(薄层外径依次减小),前一个薄层基本施工完毕再从内部做第二层衬砌,这种形式圆管工艺直观的感觉就像单筒式望远镜。
    2、将顶管施工的工艺融入盾构,用盾构机牵引相连管道前进。选用管道时因选外径稍小于盾构机开挖直径的管道,将管道外壁做成凹凸或者螺旋状,减少摩阻力的同时又不至于造成过大的沉降。
  
  三、顶管法的改进设想
   顶管法的种种优越性让它成为地下管道、隧道施工的重要手段,但是它依然存在第一部分中提到的一些局限性。理想状态下顶管施工是将每段管道直接运送到它所要被推到的地方,这种状态就是完全排除管道在前进过程中做的无用功,但是在现实操作中实现这种状态的可能性几乎不存在。在此本文对顶管法提出两点设想:
   1、管径依次递减。作为先推进的管道我们可以在满足土压力的情况下满足内径不变的条件适当加大它的直径,后面推进的管道依次减小外径,这种减少量可以非常微小,只需与前进坑道有一定间隙即可,这样就可以有效减少滑动摩擦力,从而显著减少前进过程摩阻力做的功。
   2、采用外壁螺旋纹管道,管道在旋转中前进。将管道外壁设置成螺旋纹理,并将推力系统加设旋转装置,在旋转状态下前进,摩阻力显然会大大降低,与此同时,纹理一致的螺纹在前方管道行进过程中会留下螺纹坑辄,这样的话就相当于有轨运载,后方摩阻力基本可以忽略不计。它的原形可以用自攻式螺丝来喻比,螺丝后部的轴向压力加上外部的扭矩,使得工作部可以更轻易的前进。同样的工作原理用在顶管施工中,顶管施工的效率就可以得到显著地提高,由于成本的降低质量也可以得到充分的保障。
  
  四、结论
   地下管道、隧道施工成本与工期不能兼得,质量与效率不成正比的矛盾的关键问题就是施工技术和辅助工艺的特点决定的,只有通过科学手段将掘进技术优化才能从根本上解决这个问题。文中提到的这几种改进设想是在结合盾构和顶管技术的各自工作原理,对它们的设计施工的优点进行分析融合提出的。相信掘进技术通过各种科技手段优化,待技术更加成熟、效率进一步提到、成本显著降低后,城市规划对地下空间的利用将迎来迅速发展时期。
  
  五、参考文献
  1、软土盾构法隧道管片接头位置的优化研究,黄钟晖、廖不明,《地下空间》,2000年第四期。
  2、浅谈盾构法施工地铁区间隧道的施工工艺,富康峰、张信其,《甘肃科技》,2009年第十期。
  3、软土地层矩形顶管推进施工措施分析,鲍永亮、郑七振、唐建忠,《铁道建筑》,2009年第8期。
  4、泥水式平衡顶管施工技术探讨,赵久敏、王岚、黄伟,《山西建筑》,2007年第9期。

文章标题:盾构法与顶管法施工工艺改进设想

转载请注明来自:http://www.sofabiao.com/fblw/wenyi/donghua/12876.html

相关问题解答

SCI服务

搜论文知识网的海量职称论文范文仅供广大读者免费阅读使用! 冀ICP备15021333号-3