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浅谈热力管网顶管技术方案及经济分析

太原市热力集团有限责任公司  王宇军

摘要针对集中供热管网套管穿越顶管工程施工方案设计,详细阐述了顶管各个施工阶段的主要内容及重点。

关键词顶管技术  施工技术   顶管措施  经济分析

        顶管技术是一种不开挖或者少开挖的管道敷设施工技术,在国外已经广泛使用,在国内逐渐普及。当地下管道或其它管线的敷设遇城市交通道路繁忙、人口密集、地下管线复杂等难题时,穿越公路、铁路、河流、建筑物下方,且通过顶进施工方法在交通、建筑、经济和环境保护方面带来好的效益,可采用这种非开挖式施工方法。 

一、工程概况:

        我公司四供暖分公司嘉节电厂至太茅路管线位于南环过境高速南侧,全长约911m0+4680+911段与南环过境高速东西同向,0+468处向北拐穿越过境高速通向嘉节热电厂。0+4685#小室)—0+5646#小室)段需要穿越南北两条灌溉干渠, 设计为两端沉箱,中间顶混凝土套管,顶管长度为96m,供热管道从混凝土套管内穿越。该处地下水位较高,施工段又多年被干渠水流浸泡,土壤含水量很高。

        为保证邻近南环过境高速柱基础的安全,在原设计沉箱制作前,先做外围的钢筋混凝土护壁,护壁做法采用逆向做法,即钢筋混凝土从上向下施工。这样可以减少对周边土质的扰动,保证过境高速柱基础的稳定。

二、施工前准备:

        根据施工方案进行现场放线,划定施工范围。勘查施工范围内的地下管线、构筑物、电线杆、树木等障碍物的准确位置,将其标注在施工平面图及剖面图上,做好拆除、迁移、保护工作,确定地下水位高度。根据建设单位的建议、结合专业队伍的实际做法确定,本工程在设计沉箱的外侧先做钢筋混凝土挡土墙护壁。护壁厚度暂定600mm,高度同设计沉箱,设计要求的沉箱墙体厚度变为300mm,底板厚度、盖板、梁不变。外侧密排12m止水钢板桩作为护壁外模。在远离基坑1015m以外的部位挑选场地,机械开挖10m*6m*2m的泥浆坑,挖出的土方不外运,直接堆放在基坑的周边,并采用挖机拍实。采用沙袋将基坑内侧全部码放整齐,作为顶管泥浆排放的储蓄池。

三、顶管施工主要工序:

        1、顶管工作井和接收井井区现场布置原则:工作井井口周围需布置顶管施工地面设置,包括起重机、油压系统、供水供电、管节堆场、车辆进出通道、加工维修场地、值班室等临时设施。顶管之前管材需一次性备齐,工作井周围设置围挡进行封闭施工。工作井位置通常考虑因素:(1)尽可能利用管线上的工艺井;(2)要考虑到排水出土和运输方便;(3)要靠近电源和水源;(4)要远离居民区和高压线;(5)避免对周围建(构)筑物和设施产生的不良影响;(6)如果管线坡度较大时,工作井宜设置在管线敷设较深的一端。

        2、顶管机的安装调试:泥水平衡顶管机头重量达到20吨,采用50吨吊车吊装,套管的垂直运输使用25T吊车。起吊中必须要求使用专用吊具并且要保证平稳、缓慢,严禁冲击、碰撞,同时要求由专人指挥。顶管机安装在导轨上后,测定前后端的中心方向偏心和相对高差,做好记录。对工具管的电、水、油、泥水管路以及操作设备要进行逐一连接,连接要求牢固,并对各部分分别调试最后进行全面的试运转。

        3、顶管管材的分类及安装:(1)顶管所用的管材一般常用的为钢管和钢筋混凝土管。钢筋混凝土顶管的混凝土强度等级要大于或等于C50,抗渗等级大于或等于P8,当地下水对混凝土和钢筋有腐蚀性时,应对顶管所用的混凝土管内外壁均做防腐处理;(2)管材接口:对管口焊缝进行外观检验及无损探伤检验;(3)管节安装:一个顶程结束后方可在工作井内进行下一根管节焊接拼装。

        4、顶管过程控制:(1)用全站仪在工作井内放样出顶管轴线;(2)根据放样轴线位置在主顶中间靠近后背墙的合适位置定出激光经纬仪的中心,立好仪器支架固定;(3)水平旋转经纬仪,使经纬仪的轴线和顶管轴线重合;(4)上下调整经纬仪,使经纬仪的坡度同管道顶进坡度相同;(5)调节经纬仪的高度,使经纬仪的显示红点和工具机头的光靶中心重合;(6)激光经纬仪安装完毕,施工中根据控制器上的显示器观测红点偏位,正常应该红外线点同光靶中心一致。

        5、泥水平衡式顶管出泥方式:全自动的泥水输送方式,被挖出的土通过机舱内搅拌和泥,水形成泥浆,然后由泥浆泵将泥抽出,高速排出。在沉井周边挖泥浆池,按文明施工要求和渣土处理办法将泥浆池内多余泥浆分阶段外运。顶管施工完成后,泥浆池剩余的泥浆待基本干燥后外运。 泥水平衡法施工工艺流程图如下:



        6 、顶管控制措施:(1)严格要求按照顶管操作程序和设计轨迹施工,加强对顶进管道监测;(2)在顶管过程中严格控制顶管出土量,勤顶、勤出土;(3)在顶管过程中勤纠偏,并且采用小角度顶进逐渐纠偏,防止管道产生轴线位移;(4)在顶进过程中加强膨润土泥浆压浆。在管外壁与土间始终充满膨润土泥浆,泥浆可以在顶管中起到润滑和支护的双重作用,支护着管周围土体不挤向管外壁,同时减小管顶进对土层的拖动,这也是防止顶进管道位移的重要措施之一。

        7、顶管结束后,管节接口的内侧间隙应按照设计规定处理。无设计规定时,可以采用石棉水泥、弹性密封膏或水泥砂浆密封,填塞物要求抹平,不得突入管内。钢筋混凝土管道的接口要求填料饱满、密实且与管节接口内侧表面齐平,接口套环对正管缝要求贴紧不脱落。

四、顶管的过程中若出现下列情况要进行紧急处理:1、工具管前突然遇到障碍物;2、后背墙严重变形;3、顶铁发生扭曲现象;4、管位偏差过大并且校正无效;5、顶力超过管端的允许顶力;6、油泵油路发生异常;7、接缝中出现漏泥浆现象;8、地层、邻近建筑物、管线等周围环境的变形量超出控制允许值。

五、顶管施工的安全技术:1、吊装管材时,沉井下垂直点与管体平衡点不允许站人;2、顶管施工过程中,应加强地表沉降监测,对顶管施工区域出现地表沉降的应及时采取回填并夯实处理;对工作井出现位移的,应分析原因,制定相关技术处理措施后方可再行施工顶管;3、长度大于150米时进洞作业必须通风。短距离顶管可采用鼓风机通风,长距离顶管应采用压缩空气通风;4、泥浆池采用栏杆及安全网围挡。

六、顶管的经济分析:

    该工程钢板桩支护、护壁相对增加了成本,原设计小室墙体的厚度减少、钢筋规格可以降低,相对来说降低了成本。人工、机械方面成本都有一定程度的增加,但施工中不拆除或少拆除地面障碍物,不中断地面交通;在穿越河流时既不影响正常通航,也不需要修建围堰或进行水下作业,减少了这方面协调处理的成本,总的来说社会效益,而且安全性大大提高。

结束语:

    随着施工工艺和技术的发展,科学技术的进步,新型的机械设备在热力工程项目上得到广泛的应用。我们可以利用顶管来提高施工能力和精度使管线在最经济合理的地点敷设,保证热力工程顺利进行,为集中供热事业的发展提供安全的技术支持。

参考文献

1.建筑地基基础设计规范 GB50007-2011

2.建筑地基基础工程质量验收规范 GB50202-2002

3.《中国非开挖技术协会行业标准:顶管施工技术及验收规范》

4.《顶管工程技术》化学工业出版社  ISBN9787122102652

作者简介:

王宇军(1982.10-) 女,山西太原人,高级工程师,主要从事集中供热技术工作。

联系电话:13934573375    

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