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頂管施工方案研究論文
1工程概況
福建省莆田金鐘水利樞紐引水配套工程是將莆田仙游西北部金鐘水庫及雙溪口水庫水源引向莆田市東南部及仙游縣中南部水資源短缺地區(qū)的調(diào)水工程，設計現(xiàn)狀年采用2007年，設計水平年為2015年，規(guī)劃水平年為2025年，引水規(guī)模為36．37t/d，受益人口109．55萬人。本工程線路起點位于金鐘引水隧洞在寶峰的出口，橫穿木蘭溪溪底140m，輸水干管沿仙港大道埋設12．94km管道;媽祖支線沿仙港大道、濱海大道及城港大道布置到媽祖對臺貿(mào)易城，布置長度51．41km(管徑1．4m，輸水流量1．73～2．95m3/s)。本工程總輸水長度89．10km。
2頂管工程情況
(1)本頂管工程位于福建省莆田市仙游縣楓亭鎮(zhèn)輝煌村，平面布置樁號為ZMG0+900～ZMG1+014．7管段，橫穿福泉高速公路。主要設置:工作井、接收井。鋼管外徑1．82m、壁厚0．02m;頂管長度，按114．7m設計。工程包括1個工作井和1個接收井，均采用矩形形狀，工作井基礎及周圍采用水泥攪拌樁加固處理。(2)頂管管道采用φ1820mm×20mm的鋼管管道，套管采用φ1420mm×16mm的鋼管管道，設計坡度i=0．0097，頂進鋼管每節(jié)長度3．0m，管節(jié)之間安裝按設計要求采用K型坡口雙面焊接，管尾端應為平口。
3頂管的工作井及接收井施工
頂管的工作井及接收井為沉井樁號ZMG0+900、ZMG1+014．7，采用C25鋼筋混凝土井，鋼筋為Ⅱ級，混凝土保護層厚度為井壁30mm，底板40mm，鋼筋遇孔洞處自行切斷。井壁內(nèi)采用防水砂漿(1∶2水泥砂漿摻水泥重量的5%的防水劑)，抹面厚20mm。本標段ZMG2+100－ZMG2+192管段，鎮(zhèn)墩，頂管工作井ZMG1+014．7基礎、頂背承載不滿足要求，采用深層水泥攪拌樁進行加固處理，工作井井內(nèi)布置主要是后靠背、導軌、主頂油缸、油泵動力站、鋼制扶梯等。頂進施工測量前應對井內(nèi)的測量控制基準點進行復核。頂管主推設備選用150t×4液壓千斤頂，為四油缸千斤頂，并設8個糾偏液壓千斤頂，均勻布置。
4頂管施工
4．1鋪設導軌
導軌是頂管的支撐結構，根據(jù)頂節(jié)長度和主推裝置行程，選用導軌長度為7m，由I20鋼制作，與預埋于混凝土底板的鋼支墩焊接。
4．2安裝靠背
沉井設計時，已考慮了頂管的工況，因此，靠背只須起防局部破壞作用即可。用10mm厚鋼制作，板尺寸為5m×5m。在鋼板和井壁之間設置30cm(C30素混凝土)，防止混凝土局部壓壞或開裂。
4．3安裝千斤頂
4臺千斤頂通過油缸支架固定在導軌上，對稱分布在鋼管截面處，油缸中心落在鋼管管壁環(huán)向中線上，并連接頂鐵和套環(huán)。
4．4安裝頂管、工具管和出碴平臺
在頂管底高程采用20厘工字鋼和8厘鋼板，架設1．5m×1．5m作為鋼管就位和出碴平臺，在井壁前設0．5m×1m有蓋板活動倉作為鋼管底部焊接基坑。利用吊機將4m長DN1800鋼鋼管吊放在工作平臺上。與已頂進鋼管焊接，再安裝DN1800直徑的鋼制工具管即可進行管道頂進。
4．5頂進
頂管及工具管就位后，首先割開頂管預留孔的鋼板，觀察預留口的土層地質情況，如遇高塑性土層，立即采用注漿等措施進行土層超前加固。在頂進過程中，利用在后背墻上懸掛激光照準儀，作為日常軸線測量控制的主要措施。激光照準儀的激光束直接投射進頂管工作面，工作面上再利用垂球畫出頂管中線。由于在施工過程中，沉井很可能產(chǎn)生位移，再加上一些人為因素的影響，造成激光照準儀偏向，所以在頂進過程中需經(jīng)常對激光照準儀進行校正。再就是每頂進30cm左右，利用高進度水準儀進行1次頂管標高的復核。鋼管頂進過程中的軸線控制測量，每頂進1m至少測量1次以上，或每臺班至少1次，以便及時發(fā)現(xiàn)頂管的偏差，通知頂管作業(yè)人員進行糾偏。由工作井向接收井方向進行，將DN1800鋼管擠壓頂進，采用擠壓式管道頂進作業(yè)施工。開始頂進時，開動千斤頂，活塞伸出一個行程，將管子推進一段距離，此時應細心觀察鋼管軸線是否正確。待千斤頂活塞完全伸出，操縱油缸進油控制閥，使活塞回縮，安裝頂鐵后繼續(xù)頂進，直到管端與千斤頂之間可以放下一節(jié)頂管為止。頂進中注意觀察油泵壓力的變化，如出現(xiàn)異常變化(如突然升高或突然減少)，立即停止頂進，待查明原因和采取相應措施后，方可繼續(xù)頂進。頂管頂進時注意要力求連續(xù)作業(yè)，減少不必要的停歇。工程實踐證明，在黏土層中頂進中斷后，重新起頂時，頂力會比中斷前增加50%～100%;但在飽和沙土中，重新起頂頂力比中斷前頂力小，頻繁中斷會令頂力反復大幅波動。
4．6鋼管焊接
當頂進一節(jié)鋼管后，卸下頂鐵，下管就位，安排3～4名焊工焊接鋼管。焊工均要求有相應的專業(yè)資質。鋼管在焊接完成后，根據(jù)設計要求進行焊縫質量檢查，只有焊縫符合質量要求后，才轉入焊縫鏟平和內(nèi)外壁防腐工序。
4．7出土方案
由于防止地面的沉降要求比較嚴格，故此不采用超前挖土法，采用人工法挖土，遇石方采用人工解石法將固石破碎取出，利用頂力將工具管盡量頂入土體。人工在管中出土，只挖除管內(nèi)已被鋼管切出的土體，且出土工作面離工具管端面保持一定的距離，防止管前塌方。出土采用人工挖裝土體，并利用經(jīng)改裝的手推車運到頂管工作坑，再由吊車吊到地面，由汽車運走。
5施工過程中的控制措施
5．1頂進過程中的測量及控制管軸線復核
在頂進過程中，利用在后背墻上懸掛激光照準儀，作為日常軸線測量控制的主要措施。激光照準儀的激光束直接投射進頂管工作面，工作面上再利用垂球畫出頂管中線。由于施工過程中，沉井很可能產(chǎn)生位移，再加上一些人為因素的影響，造成激光照準儀偏向，所以，在頂進過程中需經(jīng)常對激光照準儀進行校正。另外，每頂進30cm左右，利用高進度水準儀進行一次頂管標高的復核。鋼管頂進過程中的軸線控制測量，每頂進1m至少測量1次以上，或每臺班至少1次，以便及時發(fā)現(xiàn)頂管的偏差，通知頂管作業(yè)人員進行糾偏。
5．2地面沉降觀測
在頂管通過的線路設置觀測點，一般是每隔2m設置1個，在主要建筑物，須在路肩、路中分別設置觀測點。觀測時，采用精密水準儀測量測點標高，跟上次測量的標高相比較，計算沉降量，并繪出沉降曲線，分析地面沉降的趨勢。一旦發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)異常沉降，立即停止頂管施工，查明原因并采取有效措施進行處理。
5．3糾偏措施
當測量發(fā)現(xiàn)頂管出現(xiàn)偏移時，暫時停止頂進，操縱工具管千斤頂，使偏斜一側的千斤頂伸出，應及時糾偏。采用小角度糾偏方式，產(chǎn)生一個偏移量，然后繼續(xù)頂進，并加大測量控制的頻率，待鋼管回復正常位置時，將伸出的糾偏千斤頂回縮，恢復常態(tài)，糾偏完成。由于頂管將穿越厚層淤泥層，其承載力較低，頂管在通過該地層段時容易造成鋼管下沉。但由于鋼管為薄壁結構，自重不大，為防止下沉提供了有利條件，如土層情況十分不利，則采取提前灌注水泥漿的辦法加固，加大土層的承載力。同時，在頂進過程中，按照“勤測微糾少糾”的原則，控制頂管機前進的方向和姿態(tài)，通過淤泥土層。
5．4遇淤泥及流沙層的措施
當在頂進過程中遇淤泥及流沙土層時，采取網(wǎng)格擠壓法頂進。即在工具管內(nèi)加裝一個由10mm厚、500mm寬鋼板焊接而成、呈網(wǎng)狀的柵格，網(wǎng)格尺寸60cm×60cm。鋼管頂進時，將該網(wǎng)格頂進淤泥層中，對周圍土體產(chǎn)生擠壓，令其穩(wěn)定，降低其流動性，再用人工掏出網(wǎng)格內(nèi)土體，實現(xiàn)出泥，然后繼續(xù)頂進。對采用網(wǎng)格擠壓法頂進效果不奏效時，采用進行超前灌注水泥漿的辦法，提前固結土層再頂進。
5．5管內(nèi)通風
管頂進距離較長時，保持好管內(nèi)正常的通風，當頂進距離超過80m時，需采用離心式送風機向管內(nèi)送風，以保證管內(nèi)施工作業(yè)人員的安全。
作者:關國保 單位:福建省莆田市供水公司
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