給水管道頂進(jìn)施工段設(shè)計(jì)研究范文

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《河北工程技術(shù)高等專科學(xué)校學(xué)報(bào)》2017年第1期

摘要：文中以某引水工程為例，根據(jù)地質(zhì)條件分析了管道穿越某國道的設(shè)計(jì)方案，確定了管道中心高程、工作坑與接收坑尺寸以及頂進(jìn)施工方案，并提出了施工中的注意事項(xiàng)。

關(guān)鍵詞：引水工程；管道工程；頂管施工

1工程概況

某引水工程全線采用管道輸水方案，管線全長3．591km，設(shè)計(jì)規(guī)模2．132m3／s。該引水工程的管道需穿越某國道。國道路面寬25．0m，路面高程10．67m；其東側(cè)為路邊溝，寬約37．0m，深約6．0m。管道穿越國道段的樁號為k3＋469．747～k3＋514．747，全長45m，管線與國道的夾角為80．41°。穿越國道的管段擬采用頂管施工。

2工程地質(zhì)

2．1地形地貌

引水工程位于河北平原東部，地貌類型為沖積、湖積成因類型，其基底構(gòu)造屬冀中坳陷。該區(qū)域地勢平坦，總體自西南向東北方向微傾。

2．2地層結(jié)構(gòu)與地下水

管道沿線勘探深度范圍內(nèi)揭露地層均為第四系全新統(tǒng)沖積、湖沼積松散沉積物。該工程坐落于2－1黏土層，其成因類型、巖性特征、分布埋藏條件和物理力學(xué)性質(zhì)如下：第2－1層，黏土（Qal4）；黃褐色，可硬～硬塑，稍有光澤，中等干強(qiáng)度，中等韌性，具銹斑，含姜石；屬中壓縮性土；厚度為4．00～4．50m，平均4．30m；層底標(biāo)高為1．80～2．80m，平均2．35m；層底埋深為7．60～8．00m，平均7．88m。在工程勘查期間，地下水水位埋深為國道兩側(cè)地面以下3．5m，施工期間需做好排水。

2．3地基土特性

以劃分的工程地質(zhì)層作為統(tǒng)計(jì)單元，對地基土的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)在剔除異常值后進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

3工程設(shè)計(jì)

3．1管材及中心高程

根據(jù)《某輸水管道工程初步設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》穿越國道的管道一般采用混凝土管內(nèi)套鋼管的穿越方式，套管內(nèi)徑要按比內(nèi)穿鋼管大0．8m考慮。本工程的頂管施工段的設(shè)計(jì)執(zhí)行JC／T640－1996標(biāo)準(zhǔn)，采用DN2400鋼承口式頂進(jìn)施工法鋼筋混凝土排水管（DRC）Ⅱ級管，每節(jié)管長2．5m，壁厚240mm。本段保護(hù)涵管共頂進(jìn)18節(jié)圓管，總長45m。根據(jù)《某輸水管道工程初步設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》當(dāng)管道穿越國道時應(yīng)滿足交通行業(yè)規(guī)范要求，管頂以上覆土厚度≥3m或者≥1．5倍的管道外徑。頂管起始點(diǎn)路面高程10．84m，終點(diǎn)路面高程10．5m，故確定頂管施工部分管頂高程為6．27m，管道覆土平均厚度為4．4m，管道中心高程為4．83m。

3．2工作坑

在公路西側(cè)設(shè)置頂進(jìn)坑實(shí)施頂進(jìn)作業(yè)，東側(cè)設(shè)置接收坑，根據(jù)《頂管施工技術(shù)及驗(yàn)收規(guī)范（試行）》的要求確定工作坑和接收坑的尺寸。

4頂管施工方案

4．1頂管施工方法選擇

在本工程中，保護(hù)涵管底位于黏土層，地下水水位埋深為兩側(cè)地面以下3．5m，根據(jù)管道所處土層性質(zhì)、管徑、地下水位等各種因素，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后確定采用土壓式頂管法。土壓式頂管施工是機(jī)械式頂管施工的一種，它最大的特點(diǎn)是排出的土或泥漿一般都不需要再進(jìn)行二次處理。此外，與其它型式的頂管施工相比較，土壓式頂管施工又具有適應(yīng)土質(zhì)范圍廣和不需要采用任何其它輔助施工手段的特點(diǎn)，在經(jīng)濟(jì)上能大大減少工程投資。這種施工方法允許管道周圍地層和地面有較小變形，變形量一般控制在5cm左右。

4．2施工機(jī)械選擇

4．2．1頂管掘進(jìn)機(jī)

常用土壓式頂管掘進(jìn)機(jī)可分為多刀盤土壓平衡頂管掘進(jìn)機(jī)和DK式土壓平衡頂管掘進(jìn)機(jī)。多刀盤式土壓平衡頂管掘進(jìn)機(jī)適用于DN1650～DN3500管徑的混凝土管，它只適用于軟土層的頂管。DK式土壓平衡頂管掘進(jìn)機(jī)適用于DN1200～DN3000管徑的混凝土管，它適用于粘土及中砂土質(zhì)的頂管，適用范圍較廣。綜合考慮本工程區(qū)域地質(zhì)條件等因素確定采用DK式土壓平衡頂管掘進(jìn)機(jī)。4．2．2主頂設(shè)備頂管施工中的主要設(shè)備包括主頂油缸及附件。本工程采用的主頂油缸為雙作用油缸，是既可以伸出也可以縮回的油缸，缸體為45號無縫鋼管。

4．2．3頂鐵和后靠板

頂鐵分為環(huán)形頂鐵、弧形頂鐵和馬蹄形頂鐵，它的作用是把主頂油缸的幾個點(diǎn)的推力均勻地分布到鋼筋混凝土管端面上，同時起到保護(hù)管端面的作用。本工程所采用的頂鐵為環(huán)形頂鐵。后靠板是安裝在后座墻與主頂油缸之間的鋼結(jié)構(gòu)件，本工程采用50～70mm厚的鋼板即可。

4．3施工注意事項(xiàng)

（1）頂管施工前應(yīng)根據(jù)圖紙及機(jī)械設(shè)備確定施工方案，并及時上報(bào)業(yè)主、監(jiān)理方審批，經(jīng)批準(zhǔn)后即可進(jìn)行施工。

（2）頂管后背墻應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和剛度，后背墻壁面應(yīng)平整，并與管道頂進(jìn)方向垂直；后背墻應(yīng)緊貼工作坑土壁，當(dāng)土壁面與后背墻之間有孔隙時應(yīng)用砂石料填塞密實(shí)。

（3）安裝后的導(dǎo)軌應(yīng)牢固，不得在使用中產(chǎn)生位移，并應(yīng)經(jīng)常檢查校核；兩導(dǎo)軌應(yīng)順直、平行、等高，其縱坡應(yīng)與管道設(shè)計(jì)坡度一致。

（4）頂鐵宜采用鑄鋼整體澆鑄，在頂進(jìn)時頂鐵拼裝后應(yīng)鎖定。

（5）在頂管進(jìn)出預(yù)留洞的一段距離（通常為10～20m）內(nèi)，應(yīng)根據(jù)土體特性、機(jī)頭類型以及周圍地下管線、建筑物的情況，采取井點(diǎn)降水、土體加固等保護(hù)措施，以防止因土體流失導(dǎo)致機(jī)頭下沉，保證機(jī)頭順利進(jìn)出洞口。

（6）鋼筋混凝土排水管管節(jié)未進(jìn)入土體前，應(yīng)在接口外側(cè)墊麻絲、油氈或木墊板，在管口內(nèi)側(cè)留有10～20mm的空隙；在頂緊后，兩管節(jié)間的孔隙宜為10～15mm；管節(jié)入土后，在相鄰管節(jié)接口處安裝內(nèi)脹圈時，應(yīng)使管節(jié)接口位于內(nèi)脹圈的中部，并將內(nèi)脹圈與管道之間的縫隙用木楔塞緊。

（7）管道頂進(jìn)應(yīng)連續(xù)作業(yè)，當(dāng)管道停止頂進(jìn)時，應(yīng)采取防止管道外土體坍方的措施。

（8）在管道頂進(jìn)的全部過程中，應(yīng)控制頂管掘進(jìn)機(jī)前進(jìn)的方向，隨時測量頂管掘進(jìn)機(jī)的中心位置和高程，并根據(jù)測量結(jié)果分析偏差原因，確定糾編措施。

（9）頂管完畢，經(jīng)檢測合格后應(yīng)拆除后背墻，回填工作坑，恢復(fù)原狀，不得留有阻礙供水管道安裝的任何障礙和隱患。

參考文獻(xiàn)

［1］余彬泉，陳傳燦．頂管施工技術(shù)［M］．北京：人民交通出版社，2003．

［2］中國非開挖技術(shù)協(xié)會．頂管施工技術(shù)及驗(yàn)收規(guī)范（試行）［S］．北京：人民交通出版社，2010．

作者：褚珊 單位：滄州水利勘測設(shè)計(jì)院