工程实例看非开挖技术论文
摘要：近年来随着城市的快速发展，顶管施工在城市市政管道铺设中被广泛应用。本文从施工原理方法和技术措施及施工过程等方面详细介绍了下沙幸福北路顶管施工技术，详细阐述了泥水平衡掘进顶管施工技术。
论文关键词：非开挖,顶管,施工
地下管线是城市基础建设的重要组成部分，它就像人体内的“神经”和“血管”，日夜担负着传送能量的工作，是城市赖以生存和发展的物质基础，被称为城市的生命线。地下管线的施工方法有开挖和非开挖两种。所谓非开挖技术是指利用各种岩土钻掘设备和技术手段，在地表不开挖沟槽的条件下，铺设、更换或修复地下管道、电缆、电线等公用设施，不影响任何交通和设施运行，做到最小限度地扰民碍市。本文根据具体的实例说明城市地下管线非开挖技术。[1]
1 工程概况
本工程位于下沙幸福北路工程桩号K0+040～K0+880污水管道。该段管线主要位于道路西侧绿化带中，污水管道管径D1 650mm，顶管管材采用F管，钢承口型接口，Ⅲ级管。D1 650顶管长度为844.1米，坡度i=0.6‰。
图1 顶管工作坑布置图
2 管材的确定
根据幸福北路（九沙大道～德胜快速路）工程设计图纸的要求，本工程污水管顶管所使用的管材为：采用F管，钢承口型接口，Ⅲ级管。
3 顶管施工方案、工艺及质量控制措施
（1）顶管简况
幸福北路（九沙大道～德胜快速路）工程顶管工程，顶管管径为D1 650，采用泥水平衡机械掘进机顶管施工。投入1台Φ1650TLM泥水平衡顶管掘进机用于本工程施工作业。
4 顶管设备的选用及安装
4.1 顶管掘进机的选择
图2 TLM泥水平衡掘进机
选择好顶管掘进机对顶管施工是至关重要的。根据业主提供的工程地质勘察说明书、地质资料显示，本工程顶管穿越地层为粉砂土层，渗透系数大，物理力学性质差。因此，选择一种较先进的全封闭机械顶管掘进机――TLM泥水平衡掘进机。该机具有沉降控制精度高，顶进速度快等优点。
4.2 主顶进系统设置
主顶进系统由油缸组、顶进环、钢后靠及液压泵站等组成，其主要功能是成管节顶进，是顶管设备系统的主要组成部份。
（1）油缸组
油缸组由4只油缸分两列左右对称布置，每列各2只油缸叠积而成，并用可分式结构的支座固定，用联接梁连成一体。
油缸选用国产的双冲程、双作用等推力液压千斤项，每只油缸最大推力为1000kN，装备最大推力为4000kN，满足顶管最大允许顶力的要求。油缸行程3.0m，因此长度2.5m的管节可一次连续顶进完成，无须再设垫块，提高了工效，并减轻了劳动强度。
（2）液压泵站
选用2台A2F28RP2斜轴式柱塞油泵，配备Y200L—6型电机。通过调速阀可改变油泵的流量，根据顶进时的工况要求及时控制主顶油缸的顶速。以满足开挖面土压平衡的条件，从而起到控制地面沉降的作用。
（3）钢后靠
管节顶进时油缸的反力，通过钢后靠均匀地传递到工作井井壁上，避免井壁受力不均或局部受力过大造成井壁结构破坏。钢后靠安装时，应与顶进轴线保持垂直，与井壁间的空隙应用素混凝土填实，确保整体接触。
（4）主顶进装置主要技术参数
油缸数量：4只
油缸尺寸：D×d×L＝φ250×φ220×3 500 mm
油缸行程：S=3 000 m
限定油压：P额＝25 MPa
限定推力：F额＝1 500 kN
最高油压：Pmax＝31.5 MPa
最大推力：Fmax＝2 000 kN
顶进速度：V=0-80 mm/min
4.3 泥水出土系统
图3 泥水出土系统
泥水系统采用Telemole管路系统。渣浆泵型号：4/3 C－AH，电机功率18.5 KW，流量90 m3/h，扬程21.8 m。顶管施工的管内出土是影响工效的关键环节，因为采用泥水管路系统可使顶管实现连续推进。
4.4顶管工作坑设施布置
图4 顶管工作坑布置
基坑导轨应具有足够的强度和刚度。本工程基坑导轨由型钢和钢板焊接而成。在工作井底板基础上应事先预埋钢板，预埋钢板的位置与基坑导轨相吻合，以便导轨与之焊接。预埋钢板上的锚固钢筋要焊牢并有足够的锚固强度，导轨安放后，还应在二侧用型钢支撑好，必要时再浇筑混凝土，确保导轨在受撞击的条件下，不走动，不变形。导轨安装的允许偏差为：轴线位置：3mm，顶面高程：0~+3mm，两轨内距：±2mm。在顶进过程中经常进行检查和复核。
主顶油缸架是拼装式结构，主顶油缸架的安装也要定位准确。保证油缸受力点的正确位置。其高程和平面安装误差小于5mm。
顶铁轴线应与管道轴线平行、对称，顶铁与导轨之间的接触面不得有泥土、油污；顶铁与管口之间应采用缓冲材料衬。在顶进过程中，工作人员不得在顶铁上方及侧面停留，并应随时观察顶铁有无异常迹象。
承压壁是承受和传递全部顶力的后座墙，更应具有足够的强度和刚度，并有足够安全度。本工程的承压壁设计在内衬混凝土上先用钢筋混凝土浇平，后靠钢板用δ＝70钢板，在钢板和混凝土平面之间衬满堂50mm松木板。
5 顶进施工工艺、技术及质量控制措施
5.1 顶管施工工艺流程图（详见图5）
5.2 最大顶推力及其限制措施
本工程主顶液压系统最大顶推力根据工作井的许用顶力设置为： 1000KN。
限制措施为控制液压系统的压力。当液压系统的压力达到10MPa时,主顶液压控制台将报警，以满足限制最大顶力的措施。由于限制的系统压力较小，所以液压系统的故障将大大减小，顶管的可靠性也相应提高。
5.3 顶管纠偏技术要点
纠偏操作方案应是顶管司机交接班讨论的重点。方案的依据为测量提供的机头折角、倾斜仪基数和走动趋势、前后尺读数比较、机尾处地面沉降量等等。0.5度以上的`大动作纠偏须尽量避免并慎重讨论，不得已时也应争取在非重要地段进行并加强观测。纠偏动作后如无折角变动应即停顶，会同电工、机修工检查电路和液压管路，尽早排除故障，严防轴线超差。纠偏应在下管后尽早进行，注意观察倾斜仪读数的纠后趋势及光点滞后变化，同时通知地面和地下压浆人员加大同步压浆量。
5.4 沉降控制措施要点
在顶管施工前，必须摸清管线或构筑物的标高及位置。制订切实可行的保护措施，并取得对方的认可才能施工，确保管线及构筑物安全。
（1）地面监测，优化掘进机参数
在初始推进阶段，要精心组织地表监测，在轴线上方每隔3m布设一个沉降控制桩。通过地表监测得到隆沉量与相对应的掘进机主参数（包括推进速度、开挖面土压力值，出土率等）进行比较，从而优化掘进机参数，指导以后的顶管推进。
（2）注浆稳定措施
除了在初始推进阶段，优化推进参数以外，在顶进过程中加强同步注浆也是有效手段之一，必须尽可能将膨润土泥浆套随机头向前移动，形成连续的环状浆套。要选择触变性能良好的膨润土制浆材料。
5.5 测量仪器配备与检验
顶管施工需进行三维动态测量，其精度要求特别高，必须采用精度高，性能优良的测量仪器。
为此，特配备了苏一光OTS232型全站仪（侧角精度+2”量距3 mm）NA2水准仪等一系列精密高档仪器。
图5 顶管施工工艺流程图
5.6 顶管过程中的应急措施
（1）对开挖面的土体进行改良的技术措施
为了对正面的土体进行改良，在机头迎土面的上部布置了注浆管。顶进时，通过注浆管向土体内压注一定量的泥浆并经刀盘搅拌后，可以有效地改良正面地土体，使出土保持顺畅。
（2）管节止转的技术措施
顶进时机头在刀盘及螺旋机的作用下会发生旋转，而机头旋转尤其是转角偏大时会对顶进造成不利影响，因此对工具管要采取纠转措施。在机头前方筒的水平二侧焊翼板，长1.8 m宽30 mm，厚25 mm，以防止机头旋转。对机头的旋转主要采用加压重块的方法。在机头二侧焊压块支架，1＃与6＃管二侧亦焊压铁支架。二侧先平均放压块，共60 t。一旦发现机头有微小偏转，立即将压铁移到另一侧。
6 结语
城市非开挖技术在世界上已经经历了100年的历史，而在中国却处于一种起步应用阶段。随着城市经济的不断发展，非开挖技术越来越显示其优越性，并广泛地被人们认识和接受。我国很多大中城市均采用此技术，发挥了非开挖技术的独特作用。
参考文献
[1]颜纯文,蒋国盛,叶建良.非开挖铺设地下管线工程技术[D].上海科学技术出版社.
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