.工程概况
该排水系统改造遗留工程位于市区繁华地段,污水管道走向主要沿着交通繁忙道路,沿线建筑物密集,地下管线错综复杂。污水管为2400 钢筋混凝土管,“F”型接口,采用顶管施工,管道全长约718.2m。工程分7 段顶进,其中3 段为直线顶管;4 段为曲线顶管,包括:汾阳路曲线顶管149.6m(R=600,α=7.4°),桃江路曲线顶管87.6m(R=300,α=11.6°),宝庆路曲线顶管77.9m(R=300,α=11.6°)和复兴西路曲线顶管197.8m(R=600,α=8.0°)。
2.曲线顶管施工
整个曲线顶管过程分为四个阶段:出洞前准备阶段、正常顶进阶段、曲线段顶进、出洞及后期收尾阶段。
3.曲线顶管轨迹控制与纠偏技术
3.1 顶管自动测量引导系统。
测量对曲线顶管的轨迹控制至关重要。由于在曲线顶管管内,测量仪器不能与机头通视,而且在顶进过程中,整体管道都是处在无规则动态,还会发生旋转现象。若采用人工地下导线测量方法,不仅测量时顶管必须停止,而且工作量大,影响顶管进度。在二次测量之间,只能盲目顶进,顶管质量难以得到可靠保证。为此,引进了国内先进的顶管自动测量引导系统,实现了机头的跟踪测量,做到“随测随纠”,有效地保证了顶管的质量并大大提高整体施工进度,效果特别明显。
3.2 曲线顶管的纠偏技术。
除了机头一套纠偏装置以外,把最前3 节管子设计成纠偏特殊管。曲线顶管从直线段到曲线段和曲线段恢复到直线段,应经过一段过渡曲线。施工前可根据设计曲线制定实际控制曲线,实际控制曲线宜保持在设计曲线的内侧。
4.曲线顶管施工沉降分析及沉降控制
4.1 沉降分析。
顶管施工引起地层沉降而破坏环境的原因往往是综合性的,涉及到施工的方方面面,归纳起来,主要有以下一些因素。
(1)膨润土泥浆制备质量差,减摩性能不好,顶进摩阻力大;注浆工艺不合理,顶管密封性不好,不能形成完整的泥浆套,泥浆减阻作用不能有效发挥甚至产生“背土”现象;纠偏措施不力,轴线偏差过大。这些因素都会使管周土体扰动范围过大而引起较大沉降。如果顶管机选型不合理,开挖面土体因卸荷作用大量向外挤出甚至坍塌也会引起较大地层沉降。
(2)中继环或顶管接头因曲线顶进而张开或局部应力集中而破损,密封失效,使膨润土泥浆大量渗漏到管内,以至浆套无法形成。
(3)泥浆配比不当,泥浆套支撑作用难以有效发挥,导致上覆土体特别是非粘性土垮塌。
4.2 沉降控制措施。 在顶管施工过程中,难免会扰动周围的地层而引起一定的沉降,但制定良好的施工预案和采取合理的应对措施,将沉降控制在周围环境(特别是商业繁华和交通繁忙的闹市区) 能够承受的范围内却是非常必要的。针对沉降原因的分析,就泥浆制备和注浆工艺、进出洞技术和中继环密封技术等几个方面系统地讨论一下相应的施工控制措施。
4.2.1 泥浆制备和注浆工艺。
(1)配置触变泥浆要选用优质膨润土,根据经验和试验采用合适的配比,以保证泥浆的减摩效果和支承能力。浆液必须搅拌充分,在膨润土泥浆压入以前,对储浆箱内的泥浆再进行一次搅拌。 (2)严格控制注浆压力,使其不能小于管体上部的静止土压力和水头压力。顶进时要根据地面变形、地下水位等因素适当调整压力和压浆量。在泥浆出口处装单向阀,不使其回浆,以使触变泥浆套的压力在临时停泵后仍基本不变。根据工程实际情况设置中继压浆泵,以抵消输送管的压力损失,稳定注浆压力。
4.2.2 进出洞技术。
工作井洞口止水装置密封采用橡胶止水法兰。在橡胶止水法兰之前预埋注浆孔,以便压注膨润土泥浆。洞外工作井土体密封加固采用SMW工法桩加压密注浆等方案。在支护结构内预设钢圈,使出洞更加快捷。在内衬的预留洞上安装双道橡胶法兰止水装置,确保止水可靠安全。顶管过程加强出洞口的触变泥浆压注,减小对出洞段土体的扰动。
4.2.3 中继环密封技术。
结合该工程的情况设计一种新型的中继间,用于接力顶进。这种中继间采用双道可调节橡胶密封圈进行密封,其中有一道密封圈是可更换的,密封圈内圈有环向压板将密封圈压紧,每块压板上有一个调节螺栓来调节密封圈的压密量,如果密封效果不好,通过压紧压板可以改善密封状况。两道密封圈中有一道事先是压紧的,另一道的压板则是放松的,留作备用,若一道密封圈损坏,就使用另一道。
4.3 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旋转措施。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。在机头二侧焊压铁支架,1 号与6 号管二侧亦焊压铁支架。二侧先平均放压铁,共20 t。一旦发现机头有微小偏转,立即将压铁移到一侧。
4.4 泥水接力及泥浆排放措施。
机头所需用水采用消防用水排入泥浆箱,通过泥浆泵注入机头泥水仓,泥水仓叶轮将机头切削入仓的土与水搅拌成泥浆通过泥浆泵输送至沉淀箱沉淀后,比重超过1.3 后是为废浆外排。废浆外排采用罐装泥浆运输车外运,排放至渣土办指定排放点。
5.对道路、构筑物和公用管线的保护措施
5.1 沉降监测。
在顶管管位沿线路口和构筑物上布设沉降监测点。
(1)一般道路沿轴线布置5 个断面,每断面布置9 点,断面间距为5.0 m,点位间距5.0 m;构筑物的沉降观测点布置在四个角的位置,并在管道轴线附近处适当加密,确保沉降能够及时得到反映,以便采取应急措施。
(2)检测频率:开始顶进施工时为2 h 测1 次,穿越构筑物区域时每节管测1 次。后期沉降,施工后15 d 内为每24 h 测1 次。
5.2 精心施工。
(1)在出洞后的顶管过程中,根据地面沉降监测数据对顶管正面土压力和泥水压力调整到最佳值,防止因正面水土流失引起的沉降。
(2)顶进过程中,对顶管轴线要进行严格复核,做到勤测、勤纠偏,尽量减少由于顶进偏差大引起地面沉降。
(3)顶进过程中,对机尾定点压浆,中间长度补浆和局部地段的定点压浆要严格管理,并通过沿线沉降监测和顶进测量数据及时反馈有关操作人员。
6.结论与建议
(1)机头的纠编动作,将增加顶管纠偏附加摩阻力,在实际顶管中应减小大动作的纠偏。
(2)曲线顶管技术为施工困难地区管道工程提供了新的施工途径。特别是老城区,由于原有管线密布,道路弯曲,曲线顶管施工技术必将在市政工程建设中得到越来越广泛的应用。
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