供应南水北调顶管施工

顶管施工技术是一种非开挖技术，起源于美国，而后风靡世界。目前在我国水利、 市政、燃气等施工领域的应用越来越广泛。本文介绍了顶管技术在河南南水北调供水配套工程中的 应用及主要施工参数计算。 【关键词】 南水北调配套工程 顶管施工 参数计算 1 前言 顶管施工技术相对开挖埋管施工，优势有：(1)能安全穿越障碍物（如地面建筑、河 湖、地下管网等），而不影响地表环境，减少拆迁、环保费用；(2)穿越公路、铁路，而 无需中断交通；(3)施工噪音小、扬尘少，对周围居民生活干扰小。 河南南水北调供水配套工程，在输水管道穿越公路、构筑物、岗地等障碍物时，多 采用顶管施工技术。 顶管施工按机械化程度分为手掘式顶管、机械顶管。手掘式顶管，是依靠人工在顶 管前端掘土，再借助顶进设备把管道顶进设计位置；机械顶管，则利用顶管机代替人工 挖土，再通过顶进设备顶进。 机械顶管优势：(1)通过增设若干个中继间，可实现长距离顶管；(2)在长距离顶管 时，施工速度快、效率高。 河南南水北凋配套工程中的顶管长度较短（一般≤100m）、管径大（≥1.8m）、 施工地点分散、地质条件复杂，采用机械顶管则设备投资大、施工速度、效率提高不明 显。 手掘式顶管的优点设备简单、投资少，施工难度小、易于操作；缺点劳动强度大， 施工效率低。 2 手掘式顶管施工及参数计算 2.1 施工流程 顶管施工工艺流程，见图 1。 工作坑、接受坑施工 设备安装、调试 2.2 施工准备 顶管出洞 (1)编制施工方案，制定质 量、安全、环境保护措施。 吊管 挖土、顶进 出土 (2)修建施工便道、引接水 测量纠偏 电线路；规划施工场地，布设 下管、组拼 测量控制网，开挖工作坑和接 受坑、泥浆沉淀池等。 顶进、挖土、注浆 泥土外运 (3)施工人员、材料、设备 顶管入洞 进场。 取出管内附属设备 2.3 主要施工参数计算 2.3.1 工作坑尺寸 全线测量 工作坑一般采用方形；坑 清理、验收 壁有直立、阶梯或放坡等型式， 图 1 顶管施工工艺流程图 但为操作方便，下部坑壁直立 高度应≥3m，若坑壁非得已开挖成斜坡，则管道顶进方向的两端应为直立。 工作坑要有足够工作空间。工作坑开挖尺寸，根据管节长度和坑内设备布置确定， 深度主要由管底设计高程而定，管底外壁高 程减去轨道及基础厚度，即为坑底开挖高 程。 （1）工作坑底宽（图 2），按 W = D + 2 ( B+ b )计算。 式中 W--工作坑底宽度，m； D--被顶进管道的外径，m； B-- 管道两侧操作宽度，m，一 般为 1.2～1.6m； b--撑板与立柱厚度之和，m，一般取 0.2m； （2）工作坑深度，按 H = h1 + D + C + h2 + h3 计算。 式中 H--工作坑开挖深度，m； h1--管道覆土厚度，m； h2--基础厚度，m； h3--垫层厚度，m； D--管道外径，m； C--管外壁与基础面之间的空隙，一般为 0.01～0.03m； （3）工作坑长度（图 3），按 L = a + b + c + d + e + 2f + g 计算。 式中 L--工作坑坑底长度，m； a--后背宽度，m； b--立铁宽度，m； c--横铁宽度，m； d--千斤顶长度，m； e--顶铁长度，m； f--单节管长，m； g--已顶进管节留在导轨上的最小 长度。 为施工安全，工作坑内壁采取支护措施。支护形式：钢筋砼支护、钢支撑+混砼支 护、沉井支护、地下连续墙支护、钢筋砼倒挂井支护、钢板桩支护、喷锚支护等多种形 式或其混合结构。 为防止工作坑基础沉降，而导致顶管时位移过大，一般采用铺设碎石或铺设砼基础。 2.3.2 导轨间距 导轨作用是引导顶管按设计中心线顶入土层。导轨宜 采用钢导轨，管径大时用重轨；两轨平行、等高，略高于 该处管底设计高程，坡度与顶管一致；两导轨间净距按 A2 D 2t h c h c 2 计算（图 4）。 式中 A --两导轨净距，m； D--管道内径，m； t--管道壁厚，m； h--刚导轨高度，m； C --管道外壁与基础面的空隙，一般为 0.01～0.03m。 A0 A a 两导轨中心距离，按 计算。 式中 A--两导轨净距，m； a--导轨的上顶宽度，m。 2.3.3 顶力计算及设备配置 2.3.3.1 顶力计算 顶力根据土质情况，依经验公式计算。 （1）若土质较好、管前挖土成拱，采用“先挖后顶”方法施工时，理论总顶力按 公式 P 理=n P0 计算，式中： P 理--理论总顶力 n--土质系数，取值：①粘土、亚粘土、含水量较大的亚砂土，管前挖土成拱，取 1.5～2.0；②砂质粘性土、含水量较大的粉细砂，管前挖土难成拱者，取 3～4。 P0—所顶管道自重。 （2）若土质较差，易塌方，采用“先顶后挖”的方法施工，顶力由工具管切土正 压力（P1）和管壁摩擦阻力（P2）两部分组成，按 P 理=P1+P2 计算，其中： ①工具管切土正压力（P1） 工具管切土正压力与土层密实度、含水量、工具管格栅形态以及管内挖土等相关， 一般软土层为 20～30t/m2、硬土 30～60t/m2。 经验公式：P1=S1×K1 式中 P1--顶管正阻力(t) S1--顶管正面积(m2) K1--顶管正阻力系数(t/m2) ②管壁摩擦阻力（P2） 管壁摩擦阻力（P2）与顶管外壁摩擦力有关，一般取值 0.1～0.5t/m2。 经验公式：P2=S2×K2 式中 P2—顶管侧摩擦力（t） S2—顶管侧面积（m2） K2—顶管侧阻力系数（t/m2） 2.3.3.2 设备配置 因地下情况复杂，配备顶管设备时，须在理论计算基础上增加安全系数，即按 P 配 =k P 理 (k=1.0～1.5) 配置。 主顶千斤顶数量宜为偶数，且同型号规格，安装在特制台架上，方便同步控制。主 顶力不超过顶管及后背墙最大容许应力。 2.3.4 后背墙设计 后背墙要有足够的强度以承受主顶设备的最大作用力；一般采用砼+后背铁，要求 表面平整、与顶管轴线垂直。 2.3.5 供风计算 2.3.5.1 理论供风量 理论供风量，按顶管内最多施工人数计算，经验公式：Q 理=k×m×q 式中：Q 理－理论需风量，m3/min; k－风量备用常用系数，一般取 k=1.1～1.2 m－顶管内同时施工最多人数 3 q－每人每分钟需要新鲜空气量，一般按 3m /min/人计算。 2.3.5.2 需要供风量 所需供风量，按 Q 供＝P× Q 理计算 式中：Q－计算风量 P－漏风系数，一般风管百米漏风率≤2％。 2.4 顶管施工 2.4.1 测量 将地面控制轴线引至后背墙上，将高程控制点引至工作坑一侧。采用地面和坑内两 台水准仪同时施测，以三次施测平均值作为测量成果。 2.4.2 施工降排水 采取降排水措施，将地下水位降至设计管底高程 0.5m 以下。 2.4.3 顶进设备安装、调试 （1）导轨安装 导轨直接安装在工作坑底板上，与预埋件焊接固定。 （2）止水环安装 在顶进方向坑壁上安装止水环，防止顶管泥水渗入工作坑。 （3）吊管、顶进及出土设备安装 采用汽车吊或卷扬机吊管，空压机带动风镐人工挖土。卷扬机牵引斗车或手推车出 土，千斤顶顶进。 （4）辅助设施安装 包括配电、供风、供浆系统等，有序地固定在管壁适当位置。采用 12～36V 低压照 明、防水防爆灯具；压缩空气经滤清器、气压调节阀送至顶管前端工作面；利用触变泥 浆减少管壁与土体之间摩擦力。 （5）工作平台 用工字钢搭设工作平台，工作坑一侧设卷扬机或吊车，以便出土和吊管。 （6）顶进设备安装、调试 千斤顶并列布置，合力作用点在管口垂直面的 1/4～1/5 处为宜。安放相宜长度的 顶铁。检查工具管轴线与导轨、主顶设备轴线是否一致，有偏差及时调整。 顶管设备安装后，再安装调试电路、油路、注浆系统。 2.4.4 挖土、顶进 采用“先挖后顶，随挖随顶”的方法，挖土进尺以千斤顶一个行程长度为宜，土质 好时，可超前 0.5m 以内。操作步骤如下： （1）首先将工具管吊至导轨就位，装好顶铁、挤牢，在工具管前端掏土约 50cm， 启动油泵，千斤顶进油，活塞伸出将工具管推进一个行程距离；停止油泵，打开控制阀， 千斤顶回油，活塞回缩；添加顶铁，重复上述操作，直至顶进需安装第一节管距离。 （2）卸下顶铁，下管节与工具管连接并采取管口保护措施，重复步骤（1），直至 将第一节管顶进，再安装第二节管。管节安装前应先检查外观合格。 （3）反复（1）、（2），直至全部管节顶进完成。 2.4.5 测量纠偏 开始顶进时，每顶进 20～30cm，测量一次中心线和高程；正常顶进后，每顶进 50～ 100cm 时，测量一次，出现偏差及时调整。 采用小角度、逐渐纠偏。偏差在 10～20mm 时，采用“超挖纠偏法”；若偏差大于 20mm 时，采用“千斤顶纠偏法”配合“超挖纠偏法”，边顶边支，直至偏差回归。 2.4.6 出土外运 大管径时采用人工运土，管径较小时，由卷扬机牵引斗车将土运至工作坑，再通过 工作平台上提升运至坑外，改自卸车外运（见图 5）。 2.4.7 临时设施拆除、地面恢复 顶管完工后，及时拆除临时设施，回填工 作坑、接受坑，恢复原有地面。 3 经验与体会 任何施工技术的运用，都要因时因地制 宜，经多方比较后选用，不能一味追求高精尖 而不切实可行的技术。 手掘式顶管，是短距离、大口径顶管施工 中最原始，但却是最适用的施工方法。
(廊坊市南水北调顶管施工厂家)
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