混凝土管道機(jī)械鋼護(hù)筒頂管施工技術(shù)

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摘要：南寧市那平江流域治理工程（一期）是國家重點(diǎn)河道治理項(xiàng)目，該項(xiàng)目主要施工內(nèi)容有兩個(gè)部分，新建截留污水管線和調(diào)蓄池修建。新建管線總長L=38766m，管徑為D200～D2800mm，其中，D2800mm管道總長992m，管頂覆土深范圍為6~12m，但管道位于那平江河岸邊右側(cè)，地質(zhì)條件差，按照設(shè)計(jì)采用常規(guī)泥水平衡機(jī)械頂管施工方法在安全和進(jìn)度方面均有保障，但施工成本高存在虧損風(fēng)險(xiǎn)，若采用傳統(tǒng)人工頂管，大口徑管道在不良地質(zhì)條件下，很難保證作業(yè)人員安全?；谝陨媳尘埃Y(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況，文章提出一種大口徑混凝土管道機(jī)械前導(dǎo)鋼護(hù)筒頂管施工技術(shù)，結(jié)合機(jī)械頂管安全系數(shù)高和人工頂管單價(jià)低的特點(diǎn)，能夠有效保證施工效率，降低施工成本，節(jié)省人力物力的消耗，保證效益，為國內(nèi)地下頂管施工的成本控制及工程效益提升提供借鑒。

關(guān)鍵詞：頂管施工；前導(dǎo)鋼護(hù)筒；混凝土管道

前言

南寧市那平江流域治理工程（一期）河道治理工程分析范圍為那平江河主河道和支流，重點(diǎn)治理區(qū)域?yàn)槟瞧浇拥乐杏味稳伶?zhèn)和下游段仙葫片區(qū)。最終確定該項(xiàng)目主要目的為采取相關(guān)工程措施，消除黑臭水體，達(dá)到污水不排河、雨季限溢流和內(nèi)源污染受控制的效果，滿足市考核要求。本工程主要施工范圍內(nèi)新建截留污水管線和調(diào)蓄池進(jìn)出水管線總長L=38766m，管徑為D200～D2800mm,多采用頂管施工，目前在管道掘進(jìn)過程中，有人工頂管和機(jī)械頂管兩種方式，存在地區(qū)差異性明顯、水平參差不齊、缺乏規(guī)范性管理等問題，有待進(jìn)一步優(yōu)化。目前管道掘進(jìn)主要依賴人工頂管為主，掘進(jìn)速度緩慢，并且存在極大的安全風(fēng)險(xiǎn)，造成直接經(jīng)濟(jì)損失，甚至引發(fā)安全事故。隨著社會的進(jìn)步，技術(shù)的發(fā)展，機(jī)械頂管慢慢進(jìn)入我們視線之中，大大提高了掘進(jìn)的速度，并提升了施工過程中的安全，但是機(jī)械頂管存在費(fèi)用較高的問題，一些中小型項(xiàng)目也只能望而卻步，無法實(shí)現(xiàn)廣泛的應(yīng)用?；谝陨媳尘埃菊撐奶岢鲆环N大口徑混凝土管道機(jī)械前導(dǎo)鋼護(hù)筒頂管施工技術(shù)，結(jié)合機(jī)械頂管安全系數(shù)高和人工頂管單價(jià)低的特點(diǎn)，能夠有效保證施工效率，降低施工成本，節(jié)省人力物力的消耗，保證效益。以下就對該施工技術(shù)的施工步序、關(guān)鍵技術(shù)要點(diǎn)等進(jìn)行詳細(xì)闡述，以期對今后同類型建設(shè)項(xiàng)目提供技術(shù)借鑒。

1依托工程概況

南寧市那平江是邕江水系的內(nèi)陸支流，北起羅傘嶺水庫，南至南寧市仙湖匯入邕江。多年來，隨著南寧市經(jīng)濟(jì)、人口的快速發(fā)展，那平江成了沿河企業(yè)、居民的排污通道，河道不通、水質(zhì)惡化，環(huán)境臟、亂、差。那平江由主河道、主河道右支流、主河道左支流、支流1、支流2、支流3、支流4及支流5組成，其中主河道長27.521km，支流河道長44.577km，總長約72.098km。本工程整治重點(diǎn)區(qū)域?yàn)槟瞧浇拥乐杏味稳伶?zhèn)和下游段仙葫片區(qū)。主要工程內(nèi)容包括清淤工程、截污管道工程、調(diào)蓄池工程、一體化泵站工程。其中管道工程中D2800mm機(jī)械頂管管道位于那平江河岸邊右側(cè)，管線線路大致呈現(xiàn)圓弧狀，圓弧半徑達(dá)180m，根據(jù)地勘報(bào)告及現(xiàn)場工作井開挖地質(zhì)情況，該段管段大部分處于黏土層中，土顆粒細(xì)膩，粘聚力低，內(nèi)摩擦角數(shù)值小，遇水后易塌方，且管道埋深較深，施工周期長，難度大，可供參考的類似工程經(jīng)驗(yàn)較少。

2目的

大口徑混凝土管道機(jī)械前導(dǎo)鋼護(hù)筒頂管施工技術(shù)主要是對大口徑混凝土管道頂管施工傳統(tǒng)施工工藝的優(yōu)化，結(jié)合機(jī)械頂管安全系數(shù)高和人工頂管單價(jià)低的特點(diǎn)，解決了傳統(tǒng)施工工藝耗時(shí)長、效率低、人力物力消耗大等效益問題。為國內(nèi)大口徑混凝土管道施工的質(zhì)量控制及工程效益提升提供借鑒。

3思路

3.1發(fā)現(xiàn)問題

該段頂管地質(zhì)條件差，按照設(shè)計(jì)采用常規(guī)泥水平衡機(jī)械頂管施工方法在安全和進(jìn)度方面均有保障。根據(jù)項(xiàng)目清單“Ⅲ級d2800mm鋼筋砼鋼承口管頂進(jìn)”單價(jià)為10856元/m，而對應(yīng)市場單價(jià)為8000元/m（此單價(jià)僅對應(yīng)單次頂進(jìn)管段小于60m，需頻繁吊裝頂管機(jī)）。若不優(yōu)化施工方案，根據(jù)單價(jià)，加上項(xiàng)目其他開銷，存在虧損風(fēng)險(xiǎn)。若采用傳統(tǒng)人工頂管，大口徑管道在不良地質(zhì)條件下，很難保證作業(yè)人員安全。

3.2原因分析

①D2800mm機(jī)械頂管市場分析D2800mm管道泥水平衡頂管機(jī)生產(chǎn)廠家相對較少，涉及大口徑混凝土管道的市政頂管項(xiàng)目相對較少，從而機(jī)械廠家和具備施工能力的協(xié)作隊(duì)伍在該領(lǐng)域競爭少，單價(jià)高。項(xiàng)目部很難從競爭性談判中獲得好的施工工藝和良好的單價(jià)。②人工頂管技術(shù)分析目前，常規(guī)頂管施工主要分機(jī)械頂管和人工頂管。傳統(tǒng)人工頂管依靠人工在管道中對掌子面進(jìn)行挖掘，每掘進(jìn)適當(dāng)長度，通過工作井中設(shè)置的油頂對末端管道進(jìn)行頂推以達(dá)到頂管效果。管道尺寸口徑越大，人工挖掘掌子面遇到塌方事故風(fēng)險(xiǎn)越高，且作業(yè)時(shí)間長，掌子面頂部塌方若沒有管道及時(shí)頂進(jìn)支撐，易造成持續(xù)塌方，從而反映至地面上，出現(xiàn)地面下沉的現(xiàn)象。若不能采用傳統(tǒng)機(jī)械頂管和人工頂管，則必須采用新型的第三種頂管方式。

3.3制定對策

針對在工藝方面出現(xiàn)的質(zhì)量問題及問題分析結(jié)果，制定相應(yīng)的對策如下：結(jié)合機(jī)械頂管安全系數(shù)高和人工頂管單價(jià)低的特點(diǎn)，創(chuàng)新性地采用“機(jī)械前導(dǎo)鋼護(hù)筒頂管施工方法”。

3.4對策實(shí)施

對策制定完成，進(jìn)入對策的實(shí)施階段，分析對比，過程調(diào)整，將創(chuàng)新實(shí)踐的效果進(jìn)行總結(jié)，形成成果。

4大口徑混凝土管道機(jī)械前導(dǎo)鋼

護(hù)筒頂管施工技術(shù)優(yōu)點(diǎn)①成本較泥水平衡頂管機(jī)低，有效控制成本，保證效益。②前導(dǎo)鋼護(hù)筒預(yù)先插入軟弱掌子面，對掌子面1m具有支護(hù)作用，防止掌子面持續(xù)性塌方。③利用扒沙機(jī)對掌子面進(jìn)行開挖，避免人工直接開挖造成的安全事故，同時(shí)，提高掘進(jìn)速度。④鋼護(hù)筒配置機(jī)械油頂，有效調(diào)整軸線，控制管道頂進(jìn)方向，保證管道順直。

5工藝原理

①在人工頂管施工工藝的基礎(chǔ)上，在頂管管道頂端增加機(jī)械前導(dǎo)鋼護(hù)筒，其結(jié)構(gòu)大樣圖如圖1所示。通過管道后方油頂將管道和前端鋼護(hù)筒向管道前進(jìn)方向頂推，至鋼導(dǎo)管前端頂緊掌子面，再通過鋼護(hù)筒中油頂使鋼護(hù)筒前端1m部分預(yù)先插入軟弱土層，提前利用鋼護(hù)筒對掌子面頂部進(jìn)行防護(hù)。②鋼護(hù)筒插入掌子面土層后，利用扒沙機(jī)對掌子面進(jìn)行開挖，開挖長度50cm，新鮮掌子面后仍有50cm在鋼護(hù)筒的防護(hù)下。再由后方油頂和鋼護(hù)筒油頂配合頂推50cm，使鋼護(hù)筒前端插入掌子面土層1m，然后開挖。③具體操作示意圖如圖2所示，如此①、②循環(huán)，完成頂管施工。利用鋼護(hù)筒上固定設(shè)置的4臺油頂，調(diào)整管道頂進(jìn)方向，達(dá)到糾偏效果。油頂行程端與混凝土管道一端靠緊，通過微調(diào)4個(gè)油頂行程，使整體管道軸線與鋼護(hù)筒軸線形成微小角度，繼而調(diào)整鋼護(hù)筒的導(dǎo)向。

6施工技術(shù)主要步序

①測量定位管道頂進(jìn)方向以及高程；②安裝裝配式后背墻，調(diào)整機(jī)械油頂以及軌道軸心方向及坡度；③安裝機(jī)械前導(dǎo)鋼護(hù)筒并調(diào)整機(jī)械油頂方向及軸心位置，機(jī)械前導(dǎo)鋼護(hù)筒實(shí)樣如圖3所示；④利用龍門吊下放管道并調(diào)整方向及高度，使其與后背墻處機(jī)械油頂以及機(jī)械前導(dǎo)鋼護(hù)筒內(nèi)部機(jī)械油頂處于同一軸心位置；⑤開啟后背墻處機(jī)械油頂電機(jī)，使機(jī)械油頂或已完成的管道、下放管道、機(jī)械前導(dǎo)鋼護(hù)筒三者緊密接觸，再關(guān)閉后背墻處機(jī)械油頂電機(jī)，過程中必須確保三者始終與軌道處于同一軸線上；⑥開啟機(jī)械前導(dǎo)鋼護(hù)筒內(nèi)部機(jī)械油頂電機(jī)，將機(jī)械前導(dǎo)鋼護(hù)筒頂進(jìn)土層50cm，關(guān)閉機(jī)械前導(dǎo)鋼護(hù)筒內(nèi)部機(jī)械油頂電機(jī)，由履帶式立爪裝載機(jī)（俗稱“扒沙機(jī)”）將掌子面處土體挖出，經(jīng)牽引小車運(yùn)出至土斗，并由龍門吊吊出。作業(yè)掌子面實(shí)景及扒沙機(jī)管內(nèi)作業(yè)實(shí)景如圖4圖5所示；⑦清理完畢機(jī)械前導(dǎo)鋼護(hù)筒內(nèi)部土體后，開啟后背墻處機(jī)械油頂電機(jī)，將管道頂進(jìn)50cm；⑧重復(fù)步驟④、⑤、⑥、⑦直至將管道順利頂通。

7取得效果

大口徑混凝土管道機(jī)械前導(dǎo)鋼護(hù)筒頂管施工技術(shù)方案成功應(yīng)用于管道工程中D2800頂管施工，該工程中D2800管道長度為900m，埋深為9~12m，該段管線大部分處于粉質(zhì)黏土層中，土顆粒細(xì)膩，粘聚力低，內(nèi)摩擦角數(shù)值小，掘進(jìn)過程中掌子面塌方嚴(yán)重，給施工帶來極大安全隱患。一種大口徑混凝土管道機(jī)械前導(dǎo)鋼護(hù)筒頂管施工方法的應(yīng)用，很好的解決的這一難題。實(shí)施效果良好，管道順利頂進(jìn)，軸線控制進(jìn)度高，有效控制成本，增加效益，具體經(jīng)濟(jì)效益、時(shí)間效益對見上表。

8結(jié)語

大口徑混凝土管道機(jī)械前導(dǎo)鋼護(hù)筒頂管施工技術(shù)方案的應(yīng)用有效的控制不良地質(zhì)條件下圍巖塌方現(xiàn)象，保證掘進(jìn)過程中施工人員的安全；提高掘進(jìn)以及出土效率，從而達(dá)到提高功效的作用；在施工工序以及機(jī)械方面進(jìn)行優(yōu)化，在保障安全以及質(zhì)量前提下大大節(jié)約經(jīng)濟(jì)成本等優(yōu)勢，具有較高的推廣應(yīng)用價(jià)值，為國內(nèi)地下頂管施工的成本控制及工程效益提升提供借鑒。

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作者：夏梓桐 單位：中鐵四局集團(tuán)第五工程有限公司