[市政工程顶管进出洞设计与施工技术探讨] 市政工程顶管施工方案
时间：2019-04-03 03:11:46 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
[摘要]：本文对顶管工程中工具头进出洞口的几项因素作了讨论，对洞口加固、洞口止水装置进行了分析，并对测量控制和复杂土层顶管技术措施提出了几点建议。 [关键词]：顶管；洞口加固；工程；技术
[abstract] : in this paper, the pipe jacking in and out of the mouth of the cave in tools head several factors were discussed, and the mouth of the cave for the mouth of the cave reinforcement of water stop device was analyzed, and the measurement and control soil layer complex pipe jacking technology measures were suggested.
[keywords] : top tube; The mouth of the cave reinforcement; Engineering; technology
中图分类号：TU99 文献标识码：A文章编号：
近十年来，随着市政建设技术的飞速发展，人们在用顶管法施工地下管道方面，已积累了丰富的理论和实践经验，但是顶管工具头进出洞技术仍然是困扰顶管施工的难题。如果洞口外土体强度不够且不采取必要的加固处理,就会有大量土体和地下水通过洞口涌入工作井，导致洞口周围地表大面积沉陷，危及地下管线和附近的建筑物。相反，如果加固强度太高，又会给机头刀盘切削和土体开挖顶进带来困难，引起机械故障并影响工程进度。在顶管工具头进出洞时上述两种情况均会发生。使机头和管道叩头或者机头进水，激光接收器受潮，给工程建设带来了很大困难。因此顶管进出洞技术涉及到工作井洞口的设计、洞口外土体的加固、洞口止水装置的设计、测量控制等诸多技术问题，本文结合工程实践，应用土力学基本原理和土体加固理论，就上述问题谈谈自己的观点和建议。
1、测量控制：
1.1激光发射器（经纬仪）的安装
顶管精度的实现取决于下列假设和外界因素：一是“激光经纬仪（发射器）所提供的水平光束始终保持不变”，但是由于顶力达到一定值时候，工作井的刚度不足以抵抗水平推力所引起的变形，工作井后壁将产生竖向扭转和位移，所以提供水平导向的激光发射器不能够安装在工作井的井壁上，比较稳妥而且方便的办法是在工作井底板完成后，再进行二次浇注安装可以调节的支座，然后在上面安装激光发射器。因为工作井的变形和位移主要发生在工作井壁，而井底混凝土板主要是起封堵和承重作用，其整体刚度和抗压强度远远大于工作井井壁，不会产生竖向位移，更不会产生水方向的位移，这样就确保了水平光束在方向和标高上的准确性。二是顶管的基本假设“管子紧跟着设备掘进所形成的孔”,实际上管子在加工时存在不规则性，管链轴线不直，导致顶力合力中心偏移管链轴心，所以管子不一定紧跟着设备掘进所形成的孔，又或者挖掘过度或曲率半径过小的纠偏矫正并不能够足以达到设备驱动所容许的公差，等到误差积累到一定值的时候，才能够发现，再进行大动作纠偏，反而会导致机头失控，达不到预期目标。而且由于机头和尾管的长度会影响实际纠偏效果的真实反映。因此，有必要定时地进行控制测量，用测量值来代替设备的记录值，这类控制测量的间隙不应该大于3节管子。
1.2 测量放线
顶管放线是保证顶管轴线正确的关键。放线准确就能保证顶管机按设计要求顺利进洞，满足施工质量要求；反之，就可能造成顶管轴线偏差，影响工程进度和工程质量，同时也会造成顶进时设备损坏，使顶管停顿。
顶管管线放线，就是将工作井出洞口和接收井进洞口的坐标正确引入工作井内，指导顶管顶进的方向和标高。从理论上讲，目前，顶管管线放线常常是根据工作井和接收井的实际位置，按设计要求，通过测量实际放出管线位置。
2. 洞口土体加固
不论是松散的砂土，还是饱水软粘土，自身均缺少自立性和防水性，一旦有临空面时，土将产生大量的滑坡塌方，出现涌水、涌泥、涌砂等。因此对洞口外土体进行加固处理是必要的。目的是使土体具有自立性、隔水性和一定的强度。使得机头在顶进初期不会因为自身的自重过大而出现叩头现象。进洞时，机头下跌的原因一是穿墙初期，因入土较少，机头的自重仅由两点支承，其中一点是导轨，另一点是入土较浅的土体。这时作用于支撑面上的应力很可超过允许承载力，使机头下栽；二是工作井制作时扰动洞口土体。
2.1 加固的方法和选择依据
土体加固可以采取降水和冷冻等物理方法进行，也可以采取化学方法进行。化学加固方法是近年来发展起来的一门新技术，方法可靠、效果明显、容易控制，其种类也较多。主要有注浆法（包括分层注浆、压密注奖、填充注浆）、旋喷法（粉喷或液喷）和深层搅拌法等。
土体加固方法选择的主要依据有：土质种类（砂土、砂性土、粉性土、粘土）、土体渗透系数、含水量和标准贯入值等物理力学参数；加固的深度和范围；加固正面土体宽度，理论计算一般偏小，实际施工的工艺无法满足，故加固时一般按管壁外侧左右加固范围不小于2米，下部不小于1米、上部不小于3米取值，沿顶进方向不小于2米。
为防止机头下栽，除了采取土体加固之外，还可以采用延伸导轨、保留洞口下部预留缝隙的砖墙、在洞口下部填上硬粘土或用低标号混凝土浇注一块托板，把机头托起。也可将顶力合力中心降低使之位于管中心约R/5--R/4处，把前部管子（一般1节左右）同机头用连接件连接成整体，同时机头亦可抬高一些。
3. 洞口止水装置的设计
洞口止水装置的设计与顶管能否顺利地进出洞和保证顶进过程中的洞口密封可靠性是至关重要的。这通常是顶管施工的薄弱环节，应该引起有关设计施工人员的高度重视。
工作井洞口止水装置应根据工作井的具体条件来进行。在城市排水工程中，一般管道铺设深度较浅。这种形式一般为两种情况，一种是沉井工作井，在沉井制作时就预埋了一环钢法兰，当沉井下沉封底后，由于洞口标高可能与设计值产生误差，而我们又必须使管道标高尽可能符合设计标高，为此，我们在预埋钢法兰上再焊一圈钢法兰，该法兰中心可以与原洞口中心错位，而与实际的管道中心保持同心度要求。这环后焊的法兰中心也就是洞口止水装置的中心。
另一种情况是钢板桩工作井，由于进洞口是根据管道设计标高制作的，因此预留孔中心就是管道的实际中心，不需要后焊一环钢法兰，只要把橡胶法兰直接安装在墙面的钢法兰上就可以了。其它情况与上述做法类似。
4. 复杂土层顶管技术探讨
理论上来说顶进过程中机头所受的土压力是均匀和对称的，但是实际上我们在施工中很少遇到均匀土质，大多数情况下是在不均匀土质或者夹层土中顶进，由于土质、顶力、切削力等不均匀，常常在顶进一定距离后机头会绕自身旋转，特别是在下卧层土质为坚土或者强风化岩，上部为砂性土中顶进，机头常常会发生扭转或者倾斜。从理论上可以做如下分析，由于上部土体为易扰动的砂性土，在机头顶进振动时，上部土体扰动后上土压力Q1变小。而下部土体为较为坚硬的强风化岩，因此，下土压力Q2相对较大而且稳定，因此，在顶进时机头受到的竖向土压力N合力方向向上，故而机头往上爬高。上述情况是机头上下土质不均匀，如果是发生在左右不均匀的土质条件下，特别是在与江河平行或者斜交的顶进过程中，机头不仅会产生爬高现象，而且会由于侧向土压力的不均衡向靠近江河的一边偏转。在宝岗大道顶管工程中就出现了这样的问题，机头向上倾斜。
Y—管道所处土层的重力密度(kN/m3)；
D—管道的外径(m)；
H—管道顶部以上覆盖土层的厚度(m)；
φ—管道所处土层的内摩擦角(°);
K—主动土压力系数K=tg2(45°-φ/2)
5. 结束语
顶管工程开工前应该综合了解工程地质情况、水文特征，充分考虑可能出现的各种情况，并制定相应的应急预案和措施，全面应进行技术、经济指标的综合评价，因地制宜选择洞口封堵、土体加固和洞口止水等重要施工专项方案。
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