引水管道工程論文
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1石獅市引水二期工程頂管施工技術(shù)建議
基于石獅市引水二期工程頂管施工的背景概況，以及結(jié)合工程實(shí)地勘察現(xiàn)狀，發(fā)現(xiàn)工程在控制和調(diào)整頂管方向、吊裝與焊接管道、配置主頂油缸等方面的施工技術(shù)難度比較大，筆者認(rèn)為有必要借助人工頂管技術(shù)，具體的施工技術(shù)方法如下：
1.1總頂力計(jì)算
為精準(zhǔn)計(jì)算出總頂力，需要考慮頂進(jìn)深度范圍內(nèi)不同質(zhì)量土質(zhì)的情況，并選取合適的開挖與頂進(jìn)施工方法：
（1）土質(zhì)較好情況。頂進(jìn)深度范圍內(nèi)，較好的土質(zhì)為粘土、亞粘土和含水量較大的亞粘土，這種土質(zhì)開挖后，容易成拱，土質(zhì)系數(shù)在1.5～2.0之間，在此取值2.0。建議采用先開挖后頂進(jìn)的施工方法，其總頂力可根據(jù)土質(zhì)系數(shù)與頂進(jìn)管子自重計(jì)算，其中頂進(jìn)管子單位自重為0.789t/m，而頂進(jìn)管道總長(zhǎng)度為108.7m，可得出總自重為85.76t，總頂力為171.52t。與此同時(shí)，鑒于實(shí)際工程存在諸多復(fù)雜的不確定性因素，因此總頂力需加上設(shè)備51.46t的儲(chǔ)備能力，最終得出頂進(jìn)總頂力為222.98t。
（2）土質(zhì)較差情況。頂進(jìn)深度范圍內(nèi)，較差的地質(zhì)為砂質(zhì)粘性土、含水量較大粉細(xì)砂，這種土質(zhì)開挖后，不容易成拱，土質(zhì)系數(shù)在3～4之間，建議采用先頂進(jìn)后開挖的施工方法。根據(jù)工程提供統(tǒng)計(jì)資料，確定頂管正阻力為70.34t，頂管側(cè)摩擦力為273.05t，最終確定頂管阻力343t，即克服頂管阻力所需總頂力為343t。綜合兩種假設(shè)的條件，筆者建議本工程可借助2個(gè)250t的千斤頂作為頂進(jìn)動(dòng)力設(shè)備，即滿足500t的總頂力需求。另外以鋼管外徑和鋼管壁厚作為參數(shù)，其中取值1.62m，取值0.032m，根據(jù)公式，可計(jì)算出單位鋼管承受的最大破壞力為3418.3t。由此可見，最終判斷出鋼管在2個(gè)250t千斤頂?shù)捻斄ψ饔孟拢粫?huì)造成任何損傷。
1.2設(shè)備選型、配置與安裝
本工程頂進(jìn)施工所需設(shè)備的選型與配置情況，具體如表1所示。在做好頂進(jìn)施工設(shè)備選型與配置工作的基礎(chǔ)上，需要進(jìn)行頂管設(shè)備的安裝，其中主要有導(dǎo)軌安裝、承壓壁設(shè)置、主頂設(shè)備安裝等。
（1）導(dǎo)軌安裝。本工程所使用的導(dǎo)軌，為裝配式導(dǎo)軌，這種導(dǎo)軌需要穩(wěn)固安裝在砼基礎(chǔ)面之上，以便在頂進(jìn)施工時(shí)，能夠承受各種負(fù)載作用，同時(shí)保證不會(huì)出現(xiàn)位移、變形、沉降等問(wèn)題。安裝導(dǎo)軌時(shí)，一方面需要對(duì)管道中心點(diǎn)位置進(jìn)行詳細(xì)復(fù)核，然后根據(jù)設(shè)計(jì)管底標(biāo)高平行設(shè)置導(dǎo)軌面，另一方面是在頂進(jìn)施工時(shí)，根據(jù)實(shí)際需求對(duì)導(dǎo)軌進(jìn)行復(fù)測(cè)調(diào)整，旨在保證頂進(jìn)軸線的精度。
（2）承壓壁設(shè)置。頂進(jìn)施工需要借助承壓壁克服頂力的影響，因此要求承壓壁具有一定的強(qiáng)度與剛度。本工程承壓壁的承壓面以枕木與鋼板為主材，其中枕木規(guī)格為20cm×20cm，鋼板襯厚為15cm，并且垂直于頂進(jìn)軸線，以及在設(shè)置到位后，利用鋼絲將其綁縛牢固，以免在頂進(jìn)施工中出現(xiàn)傾斜。
（3）其他設(shè)備安裝。在安裝導(dǎo)軌和設(shè)置承壓壁之后，還應(yīng)該重點(diǎn)把關(guān)主頂設(shè)備的安裝和管節(jié)安裝，安裝時(shí)要求在沉井中測(cè)量放樣中心線，然后在安裝好頂機(jī)架、主頂裝置和頂進(jìn)管機(jī)之后，將管節(jié)依次吊裝、頂進(jìn)和拼裝，直至管節(jié)安裝到位，方可出洞。
1.3頂進(jìn)施工
在選型、配置和安裝好頂管施工設(shè)備之后，根據(jù)案例工程的特點(diǎn)，并秉著保證施工質(zhì)量與安全目標(biāo)的原則，按照以下方法進(jìn)行頂進(jìn)施工：
（1）鋼管接頭的測(cè)量控制。本工程所選用的鋼管接口，都以焊接作固定處理，在頂進(jìn)施工期間，如果頂進(jìn)方向稍偏，很有可能導(dǎo)致鋼管變形，甚至是接口脫焊。筆者認(rèn)為頂進(jìn)施工時(shí)務(wù)必進(jìn)行縝密測(cè)量，以控制好頂進(jìn)的方向，并調(diào)整頂進(jìn)的力度，如果發(fā)現(xiàn)存在偏差，需要第一時(shí)間調(diào)整方向，同時(shí)檢查鋼管的順直程度和接口是否脫焊，必要時(shí)作更換鋼管處理。
（2）頂進(jìn)施工細(xì)節(jié)控制。頂管機(jī)頭的控制，頂進(jìn)時(shí)保持該設(shè)備與土體界面的平衡，以此規(guī)避頂進(jìn)時(shí)地面沉降問(wèn)題的出現(xiàn)。頂進(jìn)偏心度的控制，可在頂進(jìn)的同時(shí)增加檢測(cè)頻率，及時(shí)糾正管道軸線的偏差。頂進(jìn)摩阻力控制的具體的做法是將改性石蠟涂抹在管道的外壁，并適當(dāng)增加頂進(jìn)的長(zhǎng)度，即可減少頂進(jìn)時(shí)的摩阻力。不穩(wěn)定土層的控制，本工程某些部位的土層不穩(wěn)定，頂進(jìn)時(shí)存在地面變形和土體位移的現(xiàn)象，筆者建議以水泥注漿的方式進(jìn)行加固，同時(shí)實(shí)時(shí)觀察土層的變化情況，一旦發(fā)現(xiàn)異常，應(yīng)予以及時(shí)預(yù)防。地下水壓控制，本工程地下水位大約1m，頂進(jìn)期間水壓過(guò)大，而頂管地面沒(méi)有其他的建筑物，因此建議在地下水壓過(guò)大的位置，施打降水井進(jìn)行排水。頂進(jìn)與出土平衡的控制，為避免流砂和塌方的影響，頂進(jìn)同時(shí)應(yīng)該控制土體的開挖量，不得出現(xiàn)超挖行為，以及保持頂管軸線平衡。
（3）地下障礙物處理。地下障礙物直接影響頂管施工的進(jìn)度與質(zhì)量，本工程主要的地下障礙物，有地下廢棄管線、孤石和磚墻等，為避免地下障礙物對(duì)頂管施工的影響，在施工前，需要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘察資料，檢查是否存在與頂管管路沖突的障礙物，以便適時(shí)調(diào)整管路設(shè)計(jì)路線。在施工時(shí)，如果發(fā)現(xiàn)存在地下障礙物，需以開挖或者使用鋼套筒的方式，排除地下障礙物，但期間需要糾正機(jī)頭推擠反力造成的偏差。
（4）頂管軸線測(cè)量及管道糾偏。通過(guò)地下導(dǎo)線測(cè)量，可控制頂管軸線，具體的做法是從工作井地面開始，往井底方向引測(cè)，測(cè)量導(dǎo)線長(zhǎng)度約為7m，即可控制長(zhǎng)109m左右的頂管線路，適時(shí)需要借助全站儀、控制箱、工作井測(cè)站、電腦控制臺(tái)等，以較高的測(cè)量精度要求，將起始邊點(diǎn)位誤差控制在2mm以內(nèi)，其測(cè)量方法如圖2所示。以上的頂管軸線測(cè)量，需要在每次頂入土層中約30cm的時(shí)候進(jìn)行至少1次，以及在每次頂入土層中約100cm的時(shí)候進(jìn)行至少1次，如果存在頂管軸線偏差，則必須要根據(jù)實(shí)際情況增加測(cè)量的頻率。關(guān)于頂管軸線偏差的糾正，根據(jù)偏差的大小，以及判斷偏差是否存在增大趨勢(shì)，進(jìn)而對(duì)不同油壓狀態(tài)下的千斤頂機(jī)頭長(zhǎng)度進(jìn)行調(diào)節(jié)，將每次糾偏角度控制在10'～20'范圍內(nèi)，以較為緩慢的速度，將偏移的頂進(jìn)管道，重新調(diào)整在設(shè)計(jì)的軸線上。
1.4頂管施工時(shí)地面沉降控制
本次引水管道工程的頂管施工，多次穿越外環(huán)線的主干道，對(duì)周圍的建筑物造成一定影響，其中地面沉降的影響最為明顯。工程在頂管施工時(shí)，上部建筑物的基礎(chǔ)與頂管軸線距離較近，而所穿越位置的土層不穩(wěn)定，容易引起局部的地面沉降。為此，在頂管施工同時(shí)，應(yīng)該采取措施控制地面的沉降。
（1）為提高控制地表沉降的精度，筆者建議采用人工掘進(jìn)的方式配合施工，但期間必須控制好掘進(jìn)的泥水壓力，其壓力控制的最佳狀態(tài)大約在高于地下水壓力0.01MPa，該壓力值有利于頂管開挖面穩(wěn)定性的控制。
（2）頂進(jìn)施工期間，管道外壁背土容易擾動(dòng)土地，并造成建筑空隙，適時(shí)應(yīng)當(dāng)遵循“觸變泥漿套”原理，在管道外壁建立觸變泥漿潤(rùn)滑套，以及時(shí)填充頂管造成的建筑空隙。但填充時(shí)需要同時(shí)進(jìn)行工作井口壓漿、機(jī)尾壓漿、管道沿線補(bǔ)漿。
（3）完成頂進(jìn)施工工序后，為了避免管道出現(xiàn)后期沉降問(wèn)題，需在觸變泥漿壓注孔接頭拆除之前，利用觸變泥漿，將每個(gè)觸變泥漿壓注孔球閥里面的水泥漿置換出來(lái)；置換泥漿時(shí)，需在釋放水泥漿的同時(shí)，依次將觸變泥漿壓注進(jìn)去。
（4）在置換泥漿的同時(shí)，還應(yīng)該觀測(cè)與控制管道后期的沉降，期間重點(diǎn)監(jiān)測(cè)頂管施工位置的地表、管線持續(xù)與周圍建筑，并根據(jù)監(jiān)測(cè)的結(jié)果，采取注漿加固措施，將管道的沉降控制于基本穩(wěn)定狀態(tài)。
1.5管道功能性試驗(yàn)
在管道頂進(jìn)施工及其他工序完工后，需進(jìn)一步試驗(yàn)管道的功能性，其試驗(yàn)的參照標(biāo)準(zhǔn)為《給水排水管道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》，檢查管道工作壓力大小，如果工作壓力超出0.1MPa壓力值，則需要進(jìn)行水壓試驗(yàn)。本工程管道水壓試驗(yàn)結(jié)果。試驗(yàn)結(jié)果可看出，本引水管道頂管施工達(dá)標(biāo)。
2結(jié)語(yǔ)
文章通過(guò)研究，以石獅市引水二期工程為例，基本明確了引水管道工程頂管施工技術(shù)的應(yīng)用方法，但鑒于不同引水管道工程頂管施工條件與要求的差異性，要求其他引水管道工程在參考借鑒本工程頂管施工方法時(shí)，需緊密結(jié)合本身工程的實(shí)際情況，對(duì)以上施工技術(shù)予以靈活應(yīng)用。