手掘式顶管在市政排水工程中的应用

　　摘要：从混凝土管材的选定、工作坑的设计及施工、顶管顶进中若干关键问题入手，介绍了手掘式顶管施工技术在市政排水工程中的应用。
　　
　　关键词：手掘式顶管，市政排水，工程应用
　　
　　一、管材的选定
　　
　　在市政排水工程的施工过程中，应确保上层道路的安全，既不能对穿越地段地层结构产生威胁，也不能影响到交通安全。因此，施工单位应以混凝土管预制工艺、起重运输设备能力、工作井尺寸和顶管设备为依据，顶管用混凝土管管壁的厚度一般为管内径的10％，本工程混凝土管管壁厚度采用100mm，管道内径为D600钢筋混凝土管，每根长2m，每顶进50cm后，管节钢筋配置可参照已施工的同类型、同直径的管节配筋，再由设计院根据本工程的施工和使用条件进行校核、调整。管节接口在顶进前先在导轨上用沥青麻绳嵌放于接口处，加钢内胀圈固接，利用顶进之力将沥青麻绳压实，再用水泥砂浆勾缝，保证接口的密实性。
　　
　　二、顶管施工工艺
　　
　　对于顶管的施工工艺，一般应采用的方法是手掘式液压顶管法，另外为了防止安全隐患，管道接口处还应作相关的防腐处理。具体的工作流程如下：现场勘察与探测一测量放线一工作坑设置一设备进场安装一顶管一基坑回填一场地清理一竣工验收。
　　2．1测量放线
　　以施工规划为依据，先用经纬仪在现场地面上准确放出管道铺设的中线控制桩，控制桩必须用混凝土保护好，待工作坑挖好后，再用经纬仪将管道中线控制桩引至工作坑并保护好，确保施工使用时管道中线的准确度。
　　2．2工作坑设置
　　在设置工作坑的过程中，应首先根据施工场地的具体情况，再综合顶管设备的具体操作条件进行。一般情况下，施工场地都比较狭窄，更适宜在一定程度上放坡，深度应按照设计管道底面的标高进行选择，并要综合考虑管道壁厚、导轨承台枕木厚度及导轨高度等因素，当完成作业坑的挖掘支护工作后，应及时通过彩钢板进行围挡，同时不能忽略安全警示标识的设置。
　　2．3导轨安装
　　基坑导轨是安装在工作坑内并为管子出洞提供个基准的设备，是顶管工程关键，要求设置牢固可靠，轨距高程正确，须在轨底下浇注C20垫层，厚20mm并预埋螺栓，以便通过扣件扣紧导轨，并保证水平，导轨高程偏差≯±3mm，中线位移≯±3mm。基坑导轨铺设应注意管线轴线、导轨标高和导轨支排稳定性几个方面的问题。
　　
　　三、掘进与顶进
　　
　　人工掘进，用小回轮车拖出，集中后提升外弃，每次挖掘长度>50cm，采用顶一节挖一节的手掘式液压顶管法。顶铁与管口之间采用缓冲材料衬垫，当顶力接近管节材料的允许抗压强度时，管端应增加环形顶铁。顶进中必须做好高程、中线控制，作好顶进压力、方位、高程记录。在允许超挖的稳定土层中正常顶进时，管下部135。范围内不得超挖，管顶以上超挖量≯1．5cm，超前超挖视具体土质情况确定。
　　3．1进洞技术
　　进洞技术是顶管施工中的重要技术，穿墙进洞作为其中的一道重要工序，不仅有较高的技术性要求，也存在着一定的安全隐患。因为穿墙后掘进机方向的准确与否将会给以后管道的方向控制和井内管节的拼装工作带来影响。穿墙时，首先要防止井外的泥土塌人井内；其次要使管道不偏离轴线，顶进方向要准确。防止井外泥土塌人井内可在施作工作井时先在洞口处砖砌挡土墙。若土质较软或有流沙，则必须在管子顶进方向距离工作井边一定范围，对整个主体进行改良或加固，视情况一一般采用注浆、旋喷桩、深层搅拌幕墙等措施，以提高这部分土体的强度，防止工具管出洞时塌方。当工具管准备出洞时，应先破除砖封门并将杂物清理干净，将工具管切人工作井井壁中，当止水橡胶法兰与工具管充分结合后，观察穿墙进口处地面变形情况，若无明显隆起或塌陷，方可继续顶进。
　　3．2顶管顶进施工
　　从理论上讲，掘进机在顶进过程中，其中的土仓压力如果小于掘进机所处土层的主动土压力，地面就会下沉；反之，如果土仓压力大于被动土压力，地面就会产生隆起。只有把土压力控制在主动土压力与被动土压力之间，才能达到土压平衡。正常顶进过程中，迎面压力控制在0．02～0．2MPa之间，即当土压力随主顶油缸的推进，逐步升高到0．2MPa时开始出土，当土压力下降到0．02MPa时停止出土。管道顶进过程中遇到特殊情况应暂缓顶进，及时处理。当机头顶入土中后，留其尾部约30cm长搁在导轨上，收回顶进油缸，卸走顶铁，安装连接第一节混凝土管，开始管道的正常顶进。顶进中必须控制好机头出土量，出土过多会造成地面沉降，出土量过少会使地面隆起。出土量的多少应根据地质土层情况及地面监测资料进行试验分析确定。机头出土要从管道内运送至工作井，再提升至地面堆放。
　　3．3轴线及高程控制
　　控制轴线和高程，是整个施工过程中的重要环节，直接关系着工程的质量，因此，施工单位需要在工作坑内安置好s3水平仪、J2级经纬仪，每次顶进观测后作好记录，计算其方位、高程，如发生偏离，应及时纠正，不允许超出设计要求(中线允许偏差30mm，管内高程±30mm)。根据设计坡度在导轨上作好调整，通过测量无误后才能固定导轨，并在坑内部设2个可供相互检校的临时水准点，以随时控制管道顶进坡度。一般地，如果在测量中发现管位偏差，并这个差值达到1cm，就应及时进行校正。
　　3．4注浆
　　顶管施工中注浆作用机理为：一是起润滑作用，将顶进管道与土体之间的干摩擦变为湿摩擦，减小顶进时的摩擦阻力；二是起填补和支撑作用，浆液填补施工时管道与土体之间产生的空隙，同时在注浆压力下，减小土体变形，使洞体稳定J。注浆使顶进管道与土壁四周填充密实，并使铺设管道与周围地层形成整体，增加铺设管道的稳固性，确保外接口衔接完善。在每次顶进之前和顶进中压注具有支撑和润滑作用的触变泥浆，顶完后通过预埋在管道顶部外侧的钻有蜂窝状小孔的压浆管压人水泥浆。压浆分次进行，每次稳压5～10min再进行二次压浆。
　　3．5出洞技术
　　工具管就位后，打开接收井穿墙挡板，然后凿除穿墙挡板砖砌体，安装控制工具管进洞方向的导轨，安装密封圈和密封装置。在密封圈内两道钢丝刷中间涂抹盾尾密封油脂，根据测量结果调整基座和扇形压板位置，然后将机头缓慢、均匀地推入穿墙挡板，为防止止水橡胶圈外翻，确保工具管刃脚距接收井墙壁有一定的距离，对工具管刃脚考虑一定的保护措施。
　　
　　四、结语
　　综上所述，在市政排水工程中，合理运用手掘式顶管，不仅可以应对车流量大等情况，也可以对城市的水环境进行综合整治，使其得到相应的改善，此外，通过手掘式顶管施工，使得市政排水工程达到了预期效果，而且没有明显影响到城市交通环境，并取得了一定的经济利益和社会效益。
　　
　　参考文献：
　　[1]蒋绍阶，岳崇峰，孙伟.非市政给水水源用作城市消防供水水源可靠性分析[J].西南给排水，2009(01)
　　[2]高俊来.非开挖技术在市政排水工程中的应用探讨[J].科技资讯，2009(02)
　　[3]方宏.关于城市市政给排水规划设计的思考[J].科技资讯，2009(03)
　　[4]王启麟.基于市政给排水工程质量管理对策的研究[J].科技资讯，2009(02)
　　[5]陈巧文.浅谈市政排水管道工程质量控制与通病防治[J].科协论坛(下半月)，2009(02)
　　[6]殷德庆.市政排水管道设计参数选用及管线布局方式[J].民营科技，2009(03)
　　[7]姚馨源，郭高，范洪才.市政排水管道施工中存在的的问题及质量控制[J].城市道桥与防洪，2009(03)
　　[8]苏雷，谢天水，王春德，葛凯.市政中水在钢铁企业的分质处理与综合应用[J].给水排水，2009(04)