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        市政給排水工程非開挖頂管施工技術分析

        2022-10-21 12:19:44
        科學技術創(chuàng)新 2022年27期
        關鍵詞:變形工程施工

        王 智

        (安徽省公路工程建設監(jiān)理有限責任公司,安徽 合肥 230051)

        引言

        給排水工程是保證城市給水、供水、污水處理的基礎,此類項目在施工中,不僅要做到對工程質量全面的、嚴格的把控,確保工程的各項質量達到國家規(guī)定的要求,又要保證工程的按時完工[1]。為解決傳統(tǒng)施工技術在應用中存在的不足,在此期間,有關單位要對城市給水工程中出現的各種問題和缺陷進行了分析,例如:施工中設備運行中存在高損耗問題、建設工程項目的有效使用壽命較短等[2]。因此,有必要重視到市政給排水工程的建設,嚴格按照相關規(guī)范進行,為確保城市排水、污水處理等各項工作的實施提供保障。

        1 市政給排水工程實例

        所選的工程項目為某地區(qū)四標段管網工程項目,工程項目施工標號為3K+456-5K+478,通過對施工現場的勘驗,明確了該項目的施工段全長為4 092 m,工程全線共由40 個沉井構成,主要包括15 個接收井與15 個工作井[3]。在深入此項工作的研究中發(fā)現,施工段共由4 個區(qū)段構成,對4 個施工段進行描述,見表1。

        表1 市政給排水工程4 個施工段描述

        按分級標準,該項目有3 個長距離頂管施工段。

        2 市政給排水工程非開挖頂管施工技術

        2.1 設置頂管施工導向軌跡

        采用非開挖頂管技術,對其進行合理的導向軌道設計是保證其安全運行的前提。與傳統(tǒng)的施工工藝相比,采用非開挖頂管施工技術,對管線、重力管等的要求更高。在此過程中,應嚴格控制導軌軌道設計中可能存在的誤差,以有效地掩蓋施工過程中的不利因素,減少施工的風險[4]。在對頂管施工導向軌跡設置時,按照圖1 所示內容進行。

        圖1 頂管施工導向軌跡設置

        按照設置的導向軌跡,在實際施工中,要求頂管水平條件范圍在-12°~+12°以內,調整后的水平精度應當在-30''~+30'' 范圍內,兩軸跟蹤速率在6'/s~8'/s 范圍內。采用多個測控機器人在隧道中構成一根支線,將工作井的參考點的工程坐標傳至頂管機首棱鏡,最后得到目前頂管頭的立體定位[5]。同為管線工程,頂管與埋管是完全不同的,它是一種非開挖的管道鋪設。在頂管工程中,管身與土體之間的相互作用十分復雜,既要經受巖石的摩擦、土的壓力,又要經受管節(jié)頂推、管身前面的土壓力、地表的載荷[6]。根據最常見的方法,采用一條與管外徑相同的假定管溝作為計算方法,其數值偏小。由于頂管施工和礦井掘進工程一樣,都是在結構的掩護下進行,但襯板和盾構是靜止的,而頂管的管體卻在不停地運動,而且要承擔軸向的載荷。

        2.2 頂管材料選擇與焊接、防腐處理

        根據施工現場的實際情況以及給排水工程的施工要求,確定管材的具體長度以及直徑。在設置頂管長度時,可按照下述公式計算得出

        式中:L 為非開挖頂管的長度;l 為實際測量得到的直線距離;τ 為系數,通常情況下,τ 的取值在1.3~1.5 范圍內,若頂管施工的深度在4 m 以內,則根據施工參與方的要求τ 的取值最低不小于1.1。在確定頂管橫截面的直徑時,可按照下述公式計算得出

        式中:D 為非開挖頂管橫截面直徑;B 為工作坑寬度;b為施工區(qū)域內安好管節(jié)后兩側的工作空間;c 為頂管護壁厚度。在完成對頂管長度和直徑等參數的設定后,還需要綜合考慮頂管材料的承受力。在對頂管材料承受力計算前,明確頂管上方土體的荷載向相鄰土層力量傳遞的原理,見圖2。

        圖2 頂管上方土體荷載向相鄰土層力量傳遞原理

        結合上述傳遞原理,確定頂管的承受力計算公式為

        式中:F 為頂管承受力;F0為初始推力;R 為頂管綜合摩阻系數;S 為頂管外圍周長;L 為推進長度。根據上述公式計算得出頂管的承受力,在選擇頂管材料時確保材料的抗壓能力在計算數值之上[7]。頂管由有資質的生產廠家加工,加工后的鋼管要經過監(jiān)督檢驗,然后進行防腐處理。為了便于焊接,管末端的100 mm處沒有進行防腐,在頂管施工中,每隔兩個相鄰的鋼管都要進行一次防腐。

        2.3 非開挖頂管頂進施工

        頂進施工要根據設計的線路,用超提刀不斷向前推進,并密切關注切土刀盤和千斤頂的運行狀況,及時進行頂進作業(yè)的糾偏,要做到及時、精確,將垂直和橫向偏差控制在+30~-40 mm,≤±50 mm 的范圍內。通過修正頂板施工中的誤差,使鋼管原位得到了修復[8]。當然,也要小心,不能有太大的修正。如果頂管機的頭部與設計軸線有顯著的偏差,應進行適當的調節(jié),糾正千斤頂,并間接糾正頭部的位置,使誤差減少,便于管線沿設計的軸線方向進行頂入。如果在施工中遇到方向和高程的同時發(fā)生偏移,首先要進行方向校正,然后再進行高程校正。方位誤差校正,按照小角度、分級方法進行,而對標高的誤差修正,則要靠加壓塊或轉動校正力矩來完成。頂進作業(yè)是非開挖頂管施工中的一個關鍵環(huán)節(jié),其頂進作業(yè)將直接影響到后續(xù)的施工處置,并嚴格遵守施工規(guī)程。

        2.4 洞口止水處理

        在頂板施工中,為了保證管子能夠及時排出,工作井會根據管子的外徑,將預留的洞口擴大到100 mm,這樣的話,頂板的縫隙就會越來越大,如果不能及時堵住,就會造成漏水,從而影響到頂管的施工。遇到這樣的狀況,在沉井施工時,必須考慮到洞口的防滲。預先在洞口留出空隙,用10 mm 厚的鋼板固定住。然后用鋼板將其固定,厚度為16 mm,用鋼板將其快速壓縮。對已完工的頂管進行檢查,如果沒有地下水滲出,也沒有淤泥,則拆卸橡膠凸緣,并將壓板收回,完成封口的防水處理。出入孔的處理也是頂管施工中的一個重要環(huán)節(jié)。在頂管施工過程中,由于穿壁作業(yè)的影響,會使掘進機的方向發(fā)生偏移,因此必須加強對管線的方向控制,同時也要有效地協調頂管施工中的管節(jié)裝配。在隧道穿越過程中,要加強對泥漿和水流的控制,防止其進入和流出,并對崩塌現象進行預防,防止流沙。根據計算結果,觀測管線與軸線是否一致,如有偏差,應適當調整頂進方向,使頂板方向與軸線一致。

        3 實證分析

        施工機械選型:

        在施工機械挑選中,要對頂管的供貨商進行考察,挑選有資質的廠家。同時,對所選的產品進行試驗,以確保施工機械所有工藝指標均達到設計要求。選用耐腐蝕性強的頂管材料,以確保在復雜工作環(huán)境中的穩(wěn)定工作。另外,還應嚴格控制管徑、節(jié)段、配筋等參數,保證工程質量和工程進度。

        在選用頂管設備時,應根據工程地質情況,在施工前進行現場地質調查,并對周圍環(huán)境進行調查,進行多型號設備的優(yōu)選。設計頂管施工所需設備,見表2。

        表2 非開挖頂管施工機械

        在施工過程中,在頂管施工段進行變形監(jiān)測,監(jiān)測中,考慮到該項目最大工作深度可達26 m,因此,頂管施工變形監(jiān)測難度較大,必須制定可行的監(jiān)控方案,并結合現場作業(yè)情況,對施工過程進行科學地分析,以便掌握設計方法在施工中應用是否具有可行性。監(jiān)測實驗參數,見表3。

        表3 變形監(jiān)測實驗指標

        記錄在非開挖頂管施工過程中軸向地表變形,見圖3。

        圖3 在非開挖頂管施工過程中軸向地表變形

        根據統(tǒng)計的非開挖頂管施工過程中軸向地表變形結果,對地表沉降過程進行描述,見圖4。

        圖4 非開挖頂管施工過程中地表沉降過程描述

        本工程項目采用了非開挖式頂管施工技術,相比傳統(tǒng)的給排水施工技術,本文技術的經濟優(yōu)勢顯著,從施工中的土層加固、投入機械、開挖成本、土方運輸成本、減阻措施等多個方面,進行本文施工方法在應用中經濟效益的綜合分析,其結果見圖5。

        圖5 經濟效益對比分析

        4 結論

        通過以上研究,得到如下幾個方面的結論:

        (1) 根據圖4 在非開挖頂管施工過程中軸向地表變形結果可以看出,在頂進施工5~10 m 范圍內,地表變形較為明顯,此時施工段周圍土層受到機械施工作業(yè)的擾動出現了明顯的沉降。但隨著施工的穩(wěn)定實施,地表變形發(fā)生了回歸,并在50 m 施工后穩(wěn)定在地表變形接近于0。由此證明了此次設計的施工方法在應用中具有可行性,可以起到控制地表變形的效果。

        (2) 根據經濟效益對比分析結果,本研究方法的平均成本低于傳統(tǒng)方法的平均成本,即相比傳統(tǒng)方法而言,本研究方法的經濟效益更佳。應用此方法進行施工,不僅可以降低場地費用,還可以減少人工、機械、土方開挖與搬運等多方面費用的支出,實現為工程項目施工創(chuàng)造更高的收益,降低或避免工程施工存在超額支出的問題。

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