顶管技术在市政排水管道工程施工中的应用分析.pdf

303：2023年9 月江西建材工程技术与应用顶管技术在市政排水管道工程施工中的应用分析肖伟中铁二十二局集团第三工程有限公司，福建厦门361000摘要：传统的排水管道施工技术存在许多问题和不足，具有比较大的局限性。文中就顶管技术在排水管道工程施工中的应用进行分析和阐述，以期为后续市政排水管道施工提供参考。关键词：顶管技术；市政排水；管道工程中图分类号：TU992文献标识码：B文章编号：10 0 6-2 8 9 0（2 0 2 3）0 9-0 3 0 3-0 3Application Analysis of Pipe Jacking Technology in Municipal DrainagePipeline Engineering ConstructionXiao WeiChina Railway 22nd Bureau Group Third Engineering Co.Ltd.,Xiamen,Fujian 361000Abstract:With the acceleration of urbanization,the construction of underground engineering has become increasingly important.Traditionaldrainage pipeline jacking construction technology has significant problems and shortcomings,and has strong limitations.Therefore,pipejacking technology has emerged as the times require.This article analyzes and elaborates on the application of pipe jacking technology in theconstruction of drainage pipeline engineering,in order to provide reference for subsequent municipal drainage pipeline construction.Key words:Pipe jacking technology;Municipal drainage;Pipeline engineering0引言顶管施工是一种具有明显优势的给排水施工方式，市政给排水管道施工应用时，在不开挖或者少开挖的情况下，顶管可以穿越建筑物、河道、公路，有利于保护环境、降噪除尘。同时，在经济效益方面，顶管施工投资成本小，工期短，相较于以往的市政给排水施工技术，有着诸多优点。1工程概述某项目位于湖滨南路污水管道跨17 排洪沟段，采用下穿倒虹方式布置，管道直径为12 0 0 mm，长度为8 2 m，采用DN122418mm碳钢管，工作坑设置在排洪沟东侧，内空尺寸为3.0 m6.5m，井深为6.56 m，采用钢筋砼沉井结构，接收坑设置在排洪沟西侧，内空尺寸为3.0 m4.5m，井深为6.42 m，采用钢筋砼沉井结构，检修管道采用DN3258mm碳钢压力管，在路面以下1.5m处浅埋敷设。2顶管施工技术在市政排水管道中的应用优势2.1施工效率高顶管技术在市政排水管道施工中效率较高，这是因为顶管施工能减少开挖量，无需采用大面积开挖土方的方式完成管道敷设，减少了土方开挖的工程量，节约了施工时间和人力成本。相较于传统的开挖施工方式，顶管技术可以在不干扰地表交通和地下管线的情况下进行施工，减少了行车和管线迁改等工序，提高了施工效率1。同时，顶管技术具有绿色环保的特点，能减少露天开挖和土方运输对环境的污染，降低施工噪音对周作者简介：肖伟（19 8 8-），男，江西赣州人，本科，工程师，主要研究方向为市政工程。边居民的影响。相较于传统的市政管道施工技术，顶管施工操作简便，可精确控制井口位置和管道弯曲半径，保证施工质量和管道通畅。总之，顶管技术在市政排水管道施工中具有明显的优势。2.2市政交通影响小顶管技术在市政交通施工中的优势主要体现在以下几个方面：（1）顶管技术主要通过地下推进施工的方式完成管道敷设，相比传统的开挖和挖槽施工方法，对城市道路交通的影响较小。同时，顶管技术可以在不破坏道路、建筑物等地面设施的情况下进行施工，减少了施工对交通的干扰。（2）顶管技术适用于各种地质条件和管道类型，能应对城市中复杂的地下管网布局，无论是在繁忙的市区，还是在狭窄的街道，顶管技术都可以进行灵活施工，满足各种特殊作业需求。（3）顶管技术采用先进的施工设备和监控系统，可对施工全过程进行实时监测和控制，有效保证管道敷设的质量和准确度，降低后期维护运营的成本和风险。2.3生态环境破坏小顶管技术是一种用于地下管线敷设的施工方法，相比于传统的挖掘开挖方法，具有对生态环境破坏小的优势。使用顶管技术可避免大面积的土地开挖，减少对地表植被和生态系统的破坏，相比之下，传统的挖掘开挖方法需开辟较大的工地，对周围的土壤和植被造成破坏。在水资源保护方面，顶管技术可降低水资源污染的风险，在河流、湖泊或水源地附近进行工程施工时，传统的挖掘方法可能导致水体污染，而顶管技术则可3042023年9 月工程技术与应用江西建材保持地表和水体的隔离，最大限度避免水污染2 。在生物多样性保护方面，顶管施工技术土地开挖量少，对周围的生物多样性影响较小，例如，在自然保护区附近进行管线敷设时，顶管技术可更好地保护动植物的繁衍生息地，减少对生物多样性的破坏。需要注意的是，虽然顶管技术在生态环境保护方面有一定的优势，但并不意味着不会对生态环境造成任何影响。因此，在实际施工过程中，仍需遵守相关环保法规和技术标准，采取有效措施，最大程度减少对生态环境的影响。3顶管施工在市政排水管道中的应用策略3.1管径的选择将顶管技术应用在市政排水管道时，其核心思路是，在目标施工区域的两端，分别开挖工作坑和目标井，在不需要其他区域进行开挖的前提下，采用顶管技术，穿越地面建筑物和地下管线，即可实现对排水管道的施工。在应用顶管技术前，施工单位应严格遵循以下施工原则：（1）尽可能避免大开挖，以减少对城市交通造成的影响。对于不同城市的给排水管道，需根据城市的实际情况进行确定，但是对于大口径管道的埋设深度，若超过3 m，则可使用顶管技术进行埋设作业3 。（2）由于顶管的施工作业均位于工作坑内，所以，需对工作坑和检查井的位置进行定期检查，防止其位置发生偏差。（3）随着管节被下放到坑内，为了保证管道能顺利进人土层中，可采用液压千斤顶入管的方式，但需在管道前方设置相应的接头，以辅助管道向前方导进，并在顶进作业中，完成对接口的有效设置。顶管的管径应根据不同的使用位置进行选择，最大直径为20003600mm，该管径可确保人能站立和自由行走；中直径顶管的直径为8 0 0 18 0 0 mm，该管径确保人可弯腰行走；最小直径顶管的直径6 0 0 mm，人只能爬行；超大直径顶管的直径3600mm。顶管按一次顶进距离的长短分为短距离、长距离和超长距离等三种，短距离顶管是指无需采用中继间的顶管，长度在10 0 m以内；长距离顶管是指顶进长度大于40 0 m的顶管，需设置通风、变电和中继间；超长距离顶管是指单向顶进1000m以上的顶管。施工结束后，严格按照GB50242一2 0 16市政给排水验收规范进行验收，确保给排水管道满足规范要求。3.2工作管设置工作管也叫机头、导头，在顶管施工中，工作管主要用于地下空间的挖掘，并将挖掘的土壤传送到地面。工作管设备挖掘能有效避开城市重要建筑物，随后带动后续管道向着目标区域掘进。根据工作管施工中的水泥初定参数设定工作管的速度，当水泥比重为1.15t/m水泥仓压力为2 45kPa，水泥流量小于0.65m/min，排泥流量小于1.0 7 m/min时，对应的工作管顶进速度设置为10 0 mm/min。如果要增大顶进速度，则应在保证水泥仓泥压的情况下，增大泥浆流量，并计算出顶进速度。此外，工作管在使用过程中，还具有定向纠偏的作用，能防止管节前土方出现塌的情况，具体如图1所示。在工作管带动待顶管节作业时，工作管的具体构造由施工地区的土质运送情况决定，一般使用机械法或者水力法这两种方式，机械法主要为应用带或者螺旋输送机，而水力法则应用水力泥浆罐4。土体挖掘包括开挖、挤压、水冲和抽吸等四个阶段，若要在降低顶管顶进作业时的阻力，可在工作管的前端对其进行设置，随后对沟道外壁铺设一层泥浆，使沟道外壁形成一层泥浆层，这对提高地下排水管道的稳定性有着较好的效果。千斤顶工具管O顶型铁环背（前部）(后部）千斤顶图1工作管带动待顶管节作业图3.3工作坑设置在顶管施工中，工作坑是重要的环节。在市政排水管道中应用顶管技术时，应确保工作坑的平面呈现出矩形特征，同时，管道方向呈现出矩形方向，才能正常推进地下管道的开挖进度。为了确保工作坑作业全过程处于安全状态，则应在坑壁处设置对应的支撑体系。顶管时，通常可使用钢板桩的方式，对市政排水管道坑位进行覆土作业。使用钢筋混凝土结构的沉箱时，需对其进行沉井作业的直接改造。工作坑选取可以根据实际情况综合考虑，从而不断优化，应该遵循以下原则：（1）在软的土质及地下水又比较丰富的情况下，工作坑应首先考虑用沉井施工法。（2）砂性土质中，当其渗透系数约为1.0 10 4cm/s时，工作坑可选择沉井施工，也可选择钢板桩坑。采用钢板桩坑，应配有降水措施，以保障施工安全。（3）土质好且地下水少时，首选造价低、施工速度快的钢板桩坑。（4）当覆土深度较大时，多次浇筑配合多次下沉的沉井施工和地下连续墙工作坑是最适宜的。在这种情况下，工作坑的前后壁承受巨大的应力，因此，必须加固工作坑，才能满足工程的需要。3.4接收井设置在市政排水管道工程施工过程中，接收井和工作坑具有相对独立性，属于工作坑的另外一端开挖工程。当施工结束后，接收井和工作坑相连通，这也使得接收井和工作坑具有相同的矩形特征，平行管道的方向为长边5。接收井长度设计需满足支撑顶管机头能被取出的要求，同时，选择管道转折处为平面圆形的接收井状态下，管道内径的设置至少达到标准值的要求。但是，排水管道的接收井深度较深，故也应使用钢板桩完成井壁的支撑体系设置，在竣工之后，接收井可完全按照工作坑的处理方式，改建成另一个检查井。例如，一段长度为150 m，深度在7 11m的D1000管道工程，工作和接收采用沉井构筑305上接第3 0 2 页）-2023年9 月工程技术与应用江西建材需3 0 d，成本为45万元，而顶进作业仅需9 d，成本为2 5万元，针对不同的土质、施工条件和顶管方式，需要选用与之适应的构筑方法。3.5管节顶进与接口处理管节顶进与接口处理需从以下三个方面展开。（1）挖掘方法通常可分为人工挖土、挤压切土、水力冲土以及机械切土等。在实际工程施工时，根据工程实际情况，这些挖土方式可按照一定顺序应用，如，人工挖土可使用人力挖掘和小车运土的方式，并在前段挖出一段土后，对其进行顶管施工，这种挖土方式一般适用于管径在10 0 0 mm以上的管道。而应用挤压切土时，将工作管顶入到土中，对应的土体会有一端被挤压到工作管内，沿着挤压口的内缘将土体切断，落在出土车等设备上，被运送到工作坑后被排出。而在水力冲土中，可使用高压水流处理工作面上的土层，全部冲碎后装人运输设备，最后送到地面。（2）在管节进程的方向控制过程中，为了确保工作管不脱离预设的方向，工作管应在管节的带动下向前顶进。为此，在控制管节进程方向时，每隔一段时间，观察管节位置，防止发生偏离。如果管节方向存在偏离现象，则应及时纠偏。（3）当管节在工作管的带动下到达预设位置后，需做好后续管节之间的连接工作，否则，会给管节结构连接位置留下安全隐患。现阶段，顶管的管节均为钢筋混凝土结构，故管口形式呈现凸口状，对于这种类型的管节接口，可采用以下两种方设计配合比。2.3.2调整规律（1）若气泡轻质土湿容重超出设计容重，则增加气泡掺量。通过试验总结，调整比例按此计算：每降低湿容重20kg/m，则增加气泡掺量1%，流动度减少约5mm，当流动度低于设计要求时，表明不能再通过增加气泡群掺量降低湿容重；反之亦然。（2）不能通过调整气泡群掺量进行调整时，则需改变水胶比进行调整，调整比例为水胶比每增加0.0 5，流动度增加5mm，重新选择水胶比后按设计步骤（1）-（4）重新试验。3结语本文研究了气泡轻质土湿容重、流动度、抗压强度的影响因素和影响规律，提出了气泡轻质土优化配合比优化原则、设计步骤和调整规律，提高了气泡轻质土配合比设计的效率和质量，具有借鉴意义。参考文献【1】庞超明，王少华.泡沫混凝土孔结构的表征及其对性能的影响式处理。第一种是在一节管道顶进施工结束后，另一节管道下吊工作坑内，同时使两节管道的管口对齐；第二种是对管节内壁的接口进行处理，并在接口位置用金属内胀圈做好相应的防护，可避免接口内壁被撑破。4结语顶管施工技术具有对环境破坏小、工期短、效率高等优点，在实际施工中，应用顶管施工技术时，需注意工作管的设置，在工作坑及接收井开挖时，确保其长度、宽度和深度满足要求。在顶管作业时，注意工作管的顶进方向，及时发现存在的偏差并给予纠正，最大限度地避免管道在后续应用时出现渗漏现象。参考文献【1段兴军.排水管道技术在市政工程施工中的应用分析【J.居舍，2021（2 5):41-42,56.2张志强顶管技术在市政给排水管道施工中的运用分析【J.建材发展导向，2 0 2 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