顶管工艺在污水处理工程中的应用
来源:用户上传
作者:
【摘 要】 顶管施工技术近年来在我国发展逐渐成熟。由于顶管施工将作业面移入地下，避免了对地面交通的影响，所以在市政工程中应用较为广泛。在施工前选择好合理的顶管方案、机械、管材，施工中密切监测坑底、路面、构筑物等变形，并采取有效维护措施，就可以达到预期的效果。
【关键词】 顶管、纠偏、监测、措施
1.引言
为了提升人们居住的水环境质量，城市污水处理量越来越大，污水处理厂污水管道收集系统不仅越来越庞大，也越来越密集。由于管道较长，经过的地质条件以及现场条件较为复杂，当遇到障碍物无法明沟开挖埋管时，顶管法可成为有效的解决方法。本文介绍的是海宁市东部污水干管一期工程黄湾泵站至尖山污水厂管道工程中穿越翁金公路的顶管施工。
2.顶管方案的选择
翁金公路东西向，宽15m。顶管南北向，与公路交角为60°，长度约30m，深度约3.8m。根据工程勘察报告，顶管作业区为淤泥质粘土，该土层强度高，韧性好，施工阻力相对较小，故无需采用触变泥浆，同时为了防止路面拱起，决定采用敞开式顶管法。拟投入施工的机械和人员如表（2.1）和（2.2）。
3.顶管前的准备工作
3.1 顶管工作坑的制作
3.1.1 基坑开挖
用挖掘机整平施工场地，按照“开槽支撑、先撑后挖、分层开挖，严禁超挖”的原则进行开挖，用6m的钢板桩做好竖向和水平支撑。
3.1.2 浇筑后背墙
后背墙的强度是管节能否顺利顶进的关键，浇筑前应对后背土体进行允许抗力的验算。施工最大顶力应大于顶进阻力，但不得超过管材或后背墙的允许顶力。顶进阻力计算按式（3.1.2-1）计算：
Fp=∏·D0·L·fk+Nf （3.1.2-1）
式中 Fp----顶进阻力（kN）；
D0----管道的外径（m）；
L----管道设计顶进长度（m）；
Fk----管道外壁与土的单位面积平均摩阻力（kN/m2），通过试验确定；
Nf----顶管机的迎面阻力（kN）；敞开式顶管机的迎面阻力宜按式（3.1.2-2）计算：
Nf=∏（Dg-t）t·R （3.1.2-2）
式中 Dg----顶管机外径（mm）；
R----挤压阻力（Kn/m2），取R=300～500kN/m2。
3.1.3 工作坑底板浇筑
可视地下水位情况进行抽排水，使井底保持稳定和干燥。坑底设置一50cm*50cm集水坑，并及时浇筑混凝土底板。
3.2 钢板垫块、油压千斤顶和轨道安装
用汽吊将钢板垫块、油压千斤顶、轨道、顶铁等配件吊放入坑内，组织安装人员进行安装。安装完毕后，对轨道轴线、水平、标高等技术参数进行复核，使之满足施工要求。
3.3 管节的选用和安装
所有管节安装就位前必须按设计要求做好防腐，全面检查外观质量，发现有缺陷的一律禁止使用。采用专业吊具将管节吊放在轨道上，安放O形顶铁，缓慢推进，让接头平顺对接。
3.4 动力及照明
施工场地动力及照明均由柴油发电机发电供电，配电箱、开关箱均为BSW型标准箱。照明电线用绝缘子固定，灯具的金属外壳接地。全部设备在顶进前经认真检查、试运行后投入使用。
4.顶管的顶进施工
4.1 顶进线路的控制及纠偏
接头对好后，开动液压千斤顶将管节顶进。机头自身有一段纠偏段，纠编主要是由4台螺旋千斤顶来完成，最大角度范围能够达到上下1.7°左右1.2°。顶进线路的控制主要依靠设备的正确操作以及预见性。
为了使管道按照设计要求的高程和方向顶进，在顶进过程中应不断对工具管的高程方向转动进行测量， 勤测勤纠 ，根据测量反馈结果，调整纠偏千斤顶，使机头改变方向，从而实现顶进方向的控制，确保管道按设计轴线顶进。纠偏贯穿顶进施工的全过程，严格遵循“勤测量、勤纠偏、微纠偏”的原则。
测量是采用数字电子经纬仪进行方向测量的，对于扭转，则由机头的角度仪测出。经纬仪经校正后，牢固固定在千斤顶端，然后管道的机头端安装反射玻璃，并将测量的结果直接输出至控制液压千斤顶的电脑上，方便操纵。
4.2 管节的焊接
管节接口均采用V型焊缝双面施焊，焊条采用E4303型。焊缝外观质量和内部质量达到表4.2的要求，焊缝内部质量采用超声波检测。
4.3 排土
顶进掘出的土由机头上安装的钢丝切成块后用小推车运出管口，再用汽吊移出工作坑，并外运。开挖端面的取土过多或过少，会造成地面的沉降或隆起。为避免这种不良影响，掘进过程中要始终注意土压和排土量的控制。开挖面的土压控制值，按地下水压+土压+预备压设定。排土量Q一般按式（4.3）计算：
Q=∏/4·D·St （4.3）
式中 Q----掘进土计算体积（m3）
D----顶管机外径（m）
St----顶进长度（m）
4.4 监测
为了保证施工安全，在顶进过程中必须加强对工作坑、路面的监测，如附近还有构（建）筑物，则也在监测的范围之内。
4.4.1 工作坑的监测
工作坑的稳定是保证顶管顺利顶进的先决条件。在顶进过程中，必须加强对围护结构的水平变形和竖向变位的监测。在围护结构上取一个便于观测的点，做上记号，进行监测，每顶进一管节观测次数不少于一次。
4.4.2 路面的监测
由于机头纠偏后，刃脚后会形成一个空隙，管道顶进时周围的土体会塌入空隙，有可能引起地面沉降。为避免这种情况，在顶管顶进时，一方面，必须及时测量，勤测勤纠，避免大角度纠偏。另一方面，在顶管施工沿线按一定间距布设沉降观测点，监测顶管顶进施工期间的地面沉降量。
5.接收
在接近到达位置时，放慢顶进速度。根据记录的顶进长度判断出机头的位置，在地面上预先做好到达位置的标记，当机头与管节连接线快要到达该标记时停止顶进。为了避免开挖面过大，此时可以进行开挖，并视条件采取适当的围护措施，确保接收坑的稳定。将机头与管节分离后吊出机头，再借助U型顶铁将管节接头送至到达位置，顶管施工完毕。
6.结束语
本文的顶管长度较短，较浅，现场土质也较好，所以施工相对较为顺利。随着城市规模的不断扩大，地下管线建设越来越密集，污水管道的敷设位置越来越受限制。顶管法的日渐成熟，让污水管道的布置更加灵活。
参考文献
[1] 给水排水管道工程施工及验收规范，中国建筑工业出版社，2008年10月
[2] 市政公用工程管理与实务，中国建筑工业出版社，2011年4月
转载注明来源:https://www.xzbu.com/6/view-4099269.htm
