低埋深大坡度排水管施工工法

朱奎 葉長(zhǎng)青

【摘要】介紹了低埋深大坡度排水管施工工法特點(diǎn)、施工工藝、主要材料及機(jī)具、質(zhì)量控制措施，該施工方法根據(jù)低埋深大坡度排水管施工特點(diǎn)提出了合理的施工工藝，通過軸線控制工藝、糾偏控制抗浮、抗浮控制工藝、減阻工藝四個(gè)方面使低埋深大坡度排水管質(zhì)量獲得保證。

【關(guān)鍵詞】低埋深大坡度排水管；軸線控制；糾偏控制；抗浮控制；減阻

【中圖分類號(hào)】TU473

【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A

Analysis on safety control of high template support construction

Zhu Kui1，Ye Chang-qing2

（1.Construction Safety Supervision Station of OuhaiWenzhouZhejiang325000；

2.Wenzhou Huajie construction companyWenzhouZhejiang325000）

【Abstract】The characteristic， construction craft， main material， machines and quality control measure of low buried and large slope drainage pipe are introduced. Reasonable construction technique is put forward in accordance with characteristics of low buried and large slope drainage pipe， four aspects including axis control， rectifying control， resistance buoyancy control， decrease resistance control make the quality of low buried and large slope drainage pipe guaranteed.

【Key words】Low buried and large slope drainage pipe， axis control， rectifying control， resistance buoyancy control， decrease resistance control.

1. 前言

排水管坡度較大時(shí)會(huì)給頂管后座、導(dǎo)軌的排布、動(dòng)力系統(tǒng)的設(shè)置以及軸線控制測(cè)量方法上提出新的要求。低埋深情況下由于上覆土層壓力較低容易造成頂管過程中管道上浮的風(fēng)險(xiǎn)，并且若發(fā)生管道上浮的現(xiàn)象，往下糾偏比較困難。管道穿越軟弱土層，土層承載力差時(shí)，壓縮性高，土層受力時(shí)容易發(fā)生壓縮變形，在頂管糾偏時(shí)不易形成糾偏反力，對(duì)頂管糾偏帶來不利影響。

2. 工法特點(diǎn)

2.1有效地控制頂管軸線的水平偏差和高層偏差，簡(jiǎn)化了操作程序，提高了工效。

2.2可有效保持挖掘面的穩(wěn)定，對(duì)管體周圍的土體擾動(dòng)較小，避免管道上浮。

2.3工具管糾偏段長(zhǎng)度較小，糾偏抵抗力較低，糾偏靈活。

3. 施工工藝

3.1工藝原理。

3.1.1軸線控制工藝原理。

首先使經(jīng)緯儀望遠(yuǎn)鏡軸線與排水管軸線方向一致，鎖定經(jīng)緯儀水平度盤，再將豎直角度盤調(diào)至零，向下轉(zhuǎn)動(dòng)望遠(yuǎn)鏡到豎直角度盤讀數(shù)與根據(jù)排水管設(shè)計(jì)軸線坡度計(jì)算出的豎直角一致，鎖定豎直角度盤，此時(shí)望遠(yuǎn)鏡視線與排水管設(shè)計(jì)軸線完全一致，最后根據(jù)望遠(yuǎn)鏡十字絲的位置，在安裝于工具管中心處的標(biāo)尺上讀出工具管水平偏差與高程偏差。

3.1.2糾偏控制工藝原理。

工具管前后段連接處安裝有四組按照45°角度布置的糾偏千斤頂，頂管糾偏通過調(diào)整糾偏千斤頂柱塞長(zhǎng)度以使工具管前段與后段及頂管管段軸線出現(xiàn)夾角來實(shí)現(xiàn)。根據(jù)測(cè)量的軸線偏差數(shù)據(jù)，及時(shí)調(diào)整工具管兩段之間的角度，形成糾偏角，并通過外部土壓力的變化來形成糾偏反力，以達(dá)到糾偏的目的。

3.1.3抗浮控制工藝原理。

（1）排水管糾偏時(shí)尤其是在上下糾偏時(shí)按照“勤測(cè)勤糾，小角度糾偏”的原則進(jìn)行，防止大角度糾偏給管道抗浮帶來不利影響。

（2）在排水管前端堆放壓鐵增加管段重量，來增強(qiáng)管段抗浮能力。

3.1.4減阻工藝原理。

采用工具管尾部同步注漿和管段補(bǔ)漿兩種方式進(jìn)行減阻。同步注漿孔布置于工具管尾部，在后續(xù)管段上每隔20m布置一道補(bǔ)漿孔，每道補(bǔ)漿環(huán)有獨(dú)立的閥門控制。

施工時(shí)首先在工具管尾部注漿孔注入觸變泥漿減阻，在頂進(jìn)過程中，應(yīng)根據(jù)后座頂力的大小在后部補(bǔ)漿孔補(bǔ)漿。

3.2工藝流程。

工藝流程采用如下：測(cè)量放線→工作井施工→導(dǎo)軌安裝→裝配式后背墻安裝→主頂千斤頂安裝→排水管頂進(jìn)輔助設(shè)備安裝→管道頂進(jìn)→糾偏→出洞

3.3操作要點(diǎn)。

3.3.1測(cè)量放線。

布設(shè)臨時(shí)水準(zhǔn)點(diǎn)和管道軸線控制樁，在檢查井處應(yīng)設(shè)置中心樁，必要時(shí)應(yīng)設(shè)置控制樁。根據(jù)管位軸線，用石灰粉劃出工作井的位置。

3.3.2工作井施工。

（1）打設(shè)密咬口鋼板樁，選用12米30#C型槽鋼，沉樁時(shí)，不能傾斜、扭曲、凹凸不平，要保證精度，垂直度控制在1%，板樁軸線偏差控制在±10mm，同時(shí)，板樁鑲接要密縫，防止?jié)B水。支撐圍檁采用兩根槽鋼并在一起或圓鋼管支撐。

（2）在工作井上口預(yù)留槽口內(nèi)安裝鋼筋砼預(yù)制板，槽口內(nèi)要座漿飽滿，板縫要按規(guī)定勾縫。在預(yù)制板預(yù)留口處砌磚墻，所有磚要浸透水，砌筑時(shí)應(yīng)滿鋪、滿擠，上下搭砌，水平灰縫厚度和豎向灰縫寬度應(yīng)均勻，不得有豎向通縫。

3.3.3導(dǎo)軌安裝。

在大坡度頂管情況下，由于管道出洞初期糾偏困難，若水平出洞，在頂進(jìn)初期軸線偏差已經(jīng)相當(dāng)大，無法保證頂管按照設(shè)計(jì)軸線頂進(jìn)。在考慮到以上因素后，按照設(shè)計(jì)軸線鋪設(shè)活動(dòng)導(dǎo)軌，即導(dǎo)軌鋪設(shè)后其導(dǎo)輪平面與頂管設(shè)計(jì)軸線平行，導(dǎo)輪高度應(yīng)保證頂管中心在穿墻管處與設(shè)計(jì)軸線重合。

3.3.4裝配式后背墻安裝。

裝配式后背墻采用型鋼和鋼板等組裝，在鋼板樁與鋼板之間澆筑50CM厚C30砼，待其混凝土達(dá)到95%以上強(qiáng)度后方可進(jìn)行頂管的頂進(jìn)工作。組裝后的后背墻應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和剛度；壁面應(yīng)平整，并與管道頂進(jìn)方向垂直。

3.3.5千斤頂安裝。

（1）后座千斤頂作用面與頂管設(shè)計(jì)軸線垂直，千斤頂軸線與設(shè)計(jì)軸線平行。

（2）千斤頂固定在支架上，其合力的中心點(diǎn)在管道中心線的平行線上；千斤頂?shù)挠吐窇?yīng)并聯(lián)，每臺(tái)千斤頂應(yīng)有進(jìn)油、退油的控制系統(tǒng)。

（3）千斤頂安裝除保證推力作用方向外，還必須考慮推力合力中心位置，由于工具管重量較大，為防止排水管出洞后發(fā)生“磕頭”現(xiàn)象，千斤頂安裝時(shí)使千斤頂合力中心位于排水管直徑的下部1/3～2/5位置。

3.3.6頂管輔助設(shè)備安裝。

（1）油泵設(shè)置在千斤頂附近，油管宜順直、轉(zhuǎn)角少；油泵應(yīng)與千斤頂相匹配，并有備用油泵；油泵安裝完畢，進(jìn)行試運(yùn)轉(zhuǎn)。頂進(jìn)中若發(fā)現(xiàn)油壓突然增高，立即停止頂進(jìn)，檢查原因并經(jīng)處理后方可繼續(xù)頂進(jìn)；千斤頂活塞退回時(shí)，油壓不得過大，速度不得過快。

（2）縱向頂鐵中心線與管道軸線一致，頂鐵上有鎖定裝置，頂鐵放置時(shí)應(yīng)能保持穩(wěn)定，頂鐵與管口之間應(yīng)采用緩沖材料襯墊，當(dāng)頂力接近排水管的允許抗壓強(qiáng)度時(shí)，管端應(yīng)增加環(huán)形頂鐵。

（3）頂進(jìn)時(shí)，工作人員不得在頂鐵上方及側(cè)面停留，并隨時(shí)觀察頂鐵有無異常跡象。

（4）設(shè)備安裝完畢后應(yīng)對(duì)全套頂進(jìn)設(shè)備做一次系統(tǒng)調(diào)試，在確定頂進(jìn)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)情況良好后，開始頂進(jìn)工作。

3.3.7管道頂進(jìn)。

（1）在拆除封門后，應(yīng)立即開始頂進(jìn)機(jī)頭。機(jī)頭初入土?xí)r，因機(jī)頭在軌道上沒有足夠抵抗力矩，使刀盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)機(jī)頭易產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，故在入土的初始2m時(shí)，頂進(jìn)速度控制在5mm/min以下，以防止機(jī)頭旋轉(zhuǎn)，并不間斷地觀測(cè)機(jī)頭傾角和旋轉(zhuǎn)角，傾角發(fā)生變化用糾偏裝置調(diào)正。

（2）在工作井內(nèi)頂管軸線延長(zhǎng)線上設(shè)置固定的經(jīng)緯儀支架，支架高度應(yīng)保證經(jīng)緯儀望遠(yuǎn)鏡轉(zhuǎn)軸處中心與該處頂管軸線位置重合。測(cè)量時(shí)在支架上架設(shè)經(jīng)緯儀，對(duì)中整平經(jīng)緯儀后轉(zhuǎn)動(dòng)望遠(yuǎn)鏡，對(duì)準(zhǔn)設(shè)置于工作井內(nèi)壁上的后視點(diǎn)，將經(jīng)緯儀水平度盤調(diào)至零，然后根據(jù)預(yù)先計(jì)算的水平角轉(zhuǎn)動(dòng)經(jīng)緯儀鏡頭，使經(jīng)緯儀望遠(yuǎn)鏡軸線與頂管水平軸線方向一致，鎖定經(jīng)緯儀水平度盤。上下轉(zhuǎn)動(dòng)經(jīng)緯儀鏡頭使鏡頭氣泡居中，再將豎直角度盤調(diào)至零，向下轉(zhuǎn)動(dòng)望遠(yuǎn)鏡到豎直角度盤讀數(shù)與根據(jù)頂管設(shè)計(jì)軸線坡度計(jì)算出的豎直角一致，鎖定豎直角度盤，此時(shí)望遠(yuǎn)鏡視線方向與頂管設(shè)計(jì)軸線完全一致，最后根據(jù)望遠(yuǎn)鏡十字絲的位置在安裝于工具管中心處的標(biāo)尺上讀出工具管水平偏差與高程偏差。

（3）當(dāng)頂進(jìn)中發(fā)現(xiàn)管位偏差達(dá)3mm時(shí)應(yīng)立即校正，糾偏應(yīng)緩慢進(jìn)行，使管節(jié)逐漸復(fù)位。可采用工具頭進(jìn)行糾偏，每次調(diào)整幅度為3mm，根據(jù)激光經(jīng)緯儀測(cè)得偏差仍未減小，則可加大糾偏力度，否則可保持原力度繼續(xù)頂進(jìn)。

（4）頂管速度控制在30～50mm/min，前20m和糾偏時(shí)用低速，之后視出土攪拌等情況適當(dāng)加快頂進(jìn)速度。下管時(shí)，在機(jī)頭停止頂進(jìn)狀態(tài)下，在停機(jī)時(shí)關(guān)閉螺旋輸送機(jī)排泥液壓門。

（5）工具管工作過程中所挖掘的土，最后垂直吊運(yùn)至地面存土場(chǎng)，定期外運(yùn)。

3.3.8糾偏。

（1）低埋深情況下容易造成管道上浮，輕則造成頂管軸線偏差超過允許值，重則造成管道大幅度上浮，影響工程和施工人員的安全。在上下糾偏時(shí)，應(yīng)按照“勤測(cè)勤糾，小角度糾偏”的原則進(jìn)行，防止大角度糾偏給管道抗浮帶來不利影響。在頂管前端堆放壓鐵增加管段重量，來增強(qiáng)管段抗浮能力。

（2）工具管前后段連接處安裝有四組按照45°角度布置的糾偏千斤頂，頂管糾偏通過調(diào)整糾偏千斤頂柱塞長(zhǎng)度以使工具管前段與后段及頂管管段軸線出現(xiàn)夾角來實(shí)現(xiàn)。

（3）根據(jù)測(cè)量的軸線偏差數(shù)據(jù)，及時(shí)調(diào)整工具管兩段之間的角度，形成糾偏角，并通過外部土壓力的變化來形成糾偏反力。

（4）頂管糾偏應(yīng)遵循“勤測(cè)勤糾”的原則進(jìn)行，堅(jiān)持小角度糾偏，控制頂管管段在設(shè)計(jì)軸線附近小范圍內(nèi)波動(dòng)。

3.3.9出洞。

（1）檢查洞口橡膠止水圈的安裝是否牢固，尺寸是否準(zhǔn)確，是否能完全封堵機(jī)頭與洞口的空隙。

（2）機(jī)頭出洞時(shí)，頂進(jìn)操作應(yīng)謹(jǐn)慎平穩(wěn)、勻速推進(jìn)，首節(jié)管出洞口后應(yīng)立即開始均勻壓注觸變泥漿。在管節(jié)出洞5m范圍內(nèi)，檢查并督促施工人員將切土、出泥、頂速、土壓、軸線、標(biāo)高等施工參數(shù)逐漸調(diào)整至正常狀態(tài)。

4. 主要材料及施工機(jī)具

4.1主要材料。

潤(rùn)滑泥漿材料主要采用鈉基膨潤(rùn)土、純堿、CMC。減阻泥漿物理性能指標(biāo)：比重1. 05～ 1. 08g/cm3，粘度為30～40S，泥漿套厚度為2～3mm。

4.2主要施工機(jī)具。

全套設(shè)備包括：工具管、糾偏裝置、液壓千斤頂、油泵、導(dǎo)軌、頂鐵、控制系統(tǒng)、皮帶運(yùn)輸機(jī)、螺旋輸送機(jī)、加泥系統(tǒng)、激光經(jīng)緯儀。

配套設(shè)備有：電瓶運(yùn)輸車輛、泥土卸載系統(tǒng)、拌漿注漿系統(tǒng)。

工具管采用無鉸型網(wǎng)格式鋼頂管工具管，頭部增加氣閘段穩(wěn)定開挖面，增加排水管施工安全系數(shù)。

5. 質(zhì)量控制

5.1施工過程質(zhì)量控制。

5.1.1頂進(jìn)軸線的控制。排水管在正常頂進(jìn)施工過程中，必須密切注意頂進(jìn)軸線的控制，其偏差不得超過50mm的要求。

5.1.2管底高程控制。初頂進(jìn)施工，嚴(yán)格控制前5m管道的頂進(jìn)偏差，其高程以及軸線偏差不得大于3～5mm。在頂進(jìn)過程中一旦頂管出現(xiàn)上拋現(xiàn)象，不宜采取降低地面土壓力、增大出土量、過量向下糾偏等動(dòng)作。在頂進(jìn)時(shí)應(yīng)將機(jī)頭高程始終控制在負(fù)值，使在機(jī)頭下沉較大時(shí)，以后每結(jié)束頂進(jìn)一節(jié)排水管，必須復(fù)測(cè)管底高程，使管底高程偏差控制在+40～-50mm范圍內(nèi)。

5.1.3采用同種規(guī)格的千斤頂，使其頂力、行程、頂速相一致，保持頂力合力線與管道中心線相重合。

5.1.4頂進(jìn)前應(yīng)將千斤頂逐臺(tái)調(diào)試好，采用同種規(guī)格的油缸，并使液壓泵到各千斤頂之間的距離相等，管徑一致。

5.1.5加強(qiáng)頂管后背施工質(zhì)量的控制，確保后背不發(fā)生位移，并應(yīng)使后背平整，以保證頂進(jìn)設(shè)備的安裝精度。

5.1.6當(dāng)工具管停止作業(yè)時(shí)，一定要防止泥水從土層或洞口及其他地方流失。不然，挖掘面就會(huì)失穩(wěn)，尤其在出洞這一段時(shí)間內(nèi)更應(yīng)防止洞口止水圈漏水。

6. 結(jié)論

本工法通過合理的測(cè)量方法掌握了頂管施工動(dòng)態(tài)，確保頂管施工時(shí)順利糾偏，不但保證了工程質(zhì)量，而且簡(jiǎn)化了操作程序，提高了工效。并采用有效技術(shù)措施避免了低埋深情況下排水管上浮的現(xiàn)象，保證了在軟土層中低埋深情況件下排水管施工的安全。泥水輸送棄土的作業(yè)連續(xù)不間斷，故施工進(jìn)度較快。本工法在軸線控制工藝、糾偏控制抗浮、抗浮控制工藝、減阻工藝四個(gè)方面可以保證工程質(zhì)量與安全、提高功效、加快進(jìn)度，具有明顯的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。