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顶管法降本增效及技术难点分析
时间:2024-05-28 浏览:50次

文章以两个典型的顶管施工案例为分析对象,展现了顶管法较传统明挖法在施工工期和工程造价上的优势,分析了顶管施工过程中顶推设备的计算选择、可能引发的偏移、沉降与隆起、遇到地质障碍等问题,并提出了相应的处理措施。

顶管法工程案例

泥水平衡式顶管的基本原理是在顶管机内设置送水管和排泥管各1根,并用阀门控制,送水管和排泥管间安装一互通管并用阀门控制。当顶管机工作时,打开进水阀和排泥阀,关闭互通管阀门。泥水从送水管经过进水阀进人顶管机的泥水仓内;泥水仓内的泥水通过排泥阀由排泥管排出。只要调节好进、排泥水的流量,就可以使顶管机的泥水仓中建立一定的压力。泥水在挖掘面上形成一层不透水的泥膜,阻止泥水向挖掘面里渗透,泥水本身的压力可以平衡地下水压力和土压力,从而维持开挖面的稳定。

以龙岩地区实施效果良好的两个典型泥水平衡式顶管工程案例为分析对象,案例顶管平面布置图如下。

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案例1顶管施工平面图

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案例2顶管平面布置图

顶管法降本增效分析

在不考虑征地拆迁成本的情况下,将两个典型案例的顶管技术与明挖法的施工工期和工程造价进行对比。案例1表明,顶管法较明挖法工期缩短了 375%,造价节约了8.1%;案例2表明,顶管法较明挖法工期缩短了 30.2%,造价节约了 9.7%。均体现了顶管法的降本增效。具体分析两个案例顶管法的定额套价可知,顶管法的造价主要体现在泥浆制作和输送、顶管工作坑支护和建造、顶管顶进的费用等。对比两个案例可知,顶管施工技术的工期和造价主要是由顶管施工管道的直径、埋深长度以及场地的工程地质和水文地质条件决定的。

顶管法技术难点分析

1、合理选用井内顶推设备

本次举例工程顶推设备的选择要根据场地的工程地质条件和顶管的zui大顶距进行计算确认。以工程案例2为例,采用经验公式,按zui大顶距 65m计算。总顶力等于顶管机的迎面阻力(F1)与侧壁摩阻力(F2)的和。

F1=π/4×D2×P

=π/4×(3+0.275m×2)×(3+0.275m×2)× 125.4kN/m2

=1240.58kN

F2=π·D·f·L

=π×(3+0.275m×2)×4kN/m2×65m

=2 898.22kN

因此,

F=F1+F2=1240.58kN+2898.22kN=4138.8kN,等效为413.88t重物产生的压力。选择在工作井内设备配置3台300t油压千斤顶,其中1台备用。

2、管道轴线偏差过大

顶管顶进过程中的轴线偏差会影响工程进度和工程质量,造成顶进时设备损坏,使顶管停顿。顶管施工中要全程加强监测与控制,确保管线的中轴线方向、起止点、高程和坡度均在规定范围以内。顶管纠偏要设置偏差警戒线,遵循缓慢和多次的原则,杜绝强制性纠偏,尤其是要做好顶进初期的偏差检测与纠正。同时,在施顶过程中,机头随时会产生上漂或下陷现象,应及时纠偏,用螺杆将前面几节管节连接固定,另外在管头内安装一些纠偏装置,使机头在顶进过程中有向相反方向运动的趋势。

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顶管法施工

3、地面沉降与隆起

顶管周边的土体受到顶进荷载而产生扰动进行应力重分布,引发土体变形,可能导致周边一定范围内的地面沉降或隆起。对此,首先要对可能有影响的临近建(构)筑物进行监测或加固,要有适应场地环境和工程地质条件的施工方案,严格控制施工材料的质量,确保施工过程的连续性。在顶管施工过程中,应及时掌握顶近压力和地面沉降测量数据,对沉降过大的地方进行补偿性压浆。填充管道外围环形空隙,密封管道接口,严防渗漏和泥水流失。

4、遇到地质障碍

地下顶管工程施工中经常会遇到各类地下障碍物或中风化岩层等,特别是在河道密布的沿海软土地区实施顶管工程,遇到木桩、块石、混凝土桩、旧管道等障碍物的情况十分普遍。普遍采用的泥水平衡顶管机无法打开机头进行人工清障作业,除了改变管道线路,绕过障碍物外,对于大多数没有详细资料的地下障碍物一般都需要对障碍物进行清除。清除的方法可以采用“开天窗法”,即在掘进机头上方地面通过支护开挖而解决问题的方法。也可以用钢板套箱法,用钢板套箱作为支护体,边下沉边开挖,以暴露障碍物进行清除。或者使用全套管钻机法,套管套住障碍物后,用冲击或冲抓锤进行清除。清障后回填黏土经测绳探测确认管位障碍物被清除后,为防止顶管机通过该区域时向上漂移,应对清障孔进行回填处理。

结语

顶管法在施工过程中无须进行全线开挖,施工占地范围小,减小了施工期间对道路交通的影响,具备地层适应性好、机械化程度高、施工速度快等优点。顶管法较传统明挖法在施工工期和工程造价上有明显的降本增效特征。顶管工程的施工工期和工程造价是由顶管本身的直径、埋深以及场地的工程地质和水文地质条件综合决定的。顶管施工过程中要把握技术要点,合理选用井内顶推设备,同时,避免出现管道轴线偏差过大、施工引发地面沉降和隆起等不良现象,以确保顶管施工的安全和质量。