管線的非開挖施工技術(shù)涉及內(nèi)容較多，它包括頂管施工法、水平定向鉆法、夯進(jìn)空心管法、微型隧道施工法、水平螺旋鉆進(jìn)法、導(dǎo)向鉆進(jìn)施工法、氣動(dòng)矛施工法等等，其中非開挖頂管敷設(shè)管道技術(shù)近年來在軟土地區(qū)得到廣泛的應(yīng)用，并了許多成功經(jīng)驗(yàn)，是一個(gè)非常有用的市政工程配套管道的施工方法，值得我們?nèi)ヌ接懪c分析。
 

1 工程概況
 

1.1地質(zhì)特點(diǎn)
 

本地區(qū)市政管線工程所敷設(shè)設(shè)的各種管道普遍位于淤泥質(zhì)粘土層，淤泥層厚一般為20～30m，土的顏色多呈灰色或黑灰色，光潤油滑且有腐爛植物的氣味，多呈軟塑或流塑狀態(tài);同時(shí)土壤含水量高(一般為60%～70%)，孔隙比大，具有高壓縮性和高靈敏度，抗剪強(qiáng)度和地基承載力低(40kPa)等特點(diǎn)。
 

1.2 工程建設(shè)特點(diǎn)
 

(1)本項(xiàng)目的地質(zhì)情況決定了市政管線工程采用大開挖管線施工時(shí)必須對管道基礎(chǔ)進(jìn)行處理，溝槽開挖一定要設(shè)置密排支護(hù)樁支撐，遇到夾砂層還需輔以井點(diǎn)降水，如不采取充分完備的工程措施，必定會導(dǎo)致溝槽坍塌、溝槽涌土、破壞道路和溝槽兩側(cè)基礎(chǔ)，造成大范圍的土壤擾動(dòng)、土體塌陷，嚴(yán)重影響市政管道工程的建設(shè)質(zhì)量;
 

(2)由于管道基礎(chǔ)的施工，導(dǎo)致晾槽時(shí)間過長，豐富的地下水和經(jīng)常性的降雨均會影響管道基礎(chǔ)建設(shè)的質(zhì)量，不確定因素增多，成為影響管線質(zhì)量的隱患;對于大口徑管道和埋設(shè)深度大管道的基槽開挖(一般指地面以下4～6m)，即使采取了諸如基礎(chǔ)處置、設(shè)置溝槽強(qiáng)支護(hù)措施等，仍然面臨著較終施工質(zhì)量難以的危險(xiǎn)，為不得已采取的方法;在這種形式下，采用非開挖頂管技術(shù)，并在本地區(qū)市政配套設(shè)施管線的建設(shè)過程中進(jìn)行應(yīng)用。

 

2非開挖頂管在軟土工程施工要點(diǎn)分析
 

頂管技術(shù)一般應(yīng)用在大口徑壓力管道和重力流的污水工程中，水平定向鉆技術(shù)一般應(yīng)用在小口徑壓力管道和通信、電力管線施工中，其中以非開挖頂管技術(shù)在市政工程建設(shè)中應(yīng)用較廣泛。文章主要針對性強(qiáng)、適合于本地區(qū)地質(zhì)情況特點(diǎn)、通過機(jī)具構(gòu)造加工簡單、工程造價(jià)低廉的擠壓式頂管施工要點(diǎn)進(jìn)行分析。
 

2.1 工藝使用條件
 

非開挖擠壓式頂管工藝適用于標(biāo)準(zhǔn)貫入度小于10，內(nèi)摩擦角φ<50，含水量大于50%%的軟塑、流塑粘性土及軟塑流塑粘性土夾薄層粉砂。
 

2.2 工程基本情況
 

本地區(qū)排污工程頂管管徑為φ900，管材采用鋼承口鋼筋混凝土管，總長度為2km;管線設(shè)計(jì)高程所在土層地質(zhì)情況為淺灰黃-灰色，流塑狀，濕度飽和，高壓縮性，成分以粘粉粒為主;結(jié)合周邊環(huán)境、工程條件、地質(zhì)資料、投資情況等并參照以往類似工程經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)過詳細(xì)的經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較，較終確定采用非開挖擠壓式頂管頂進(jìn)技術(shù)。
 

2.3 基本工作步驟和頂力的計(jì)算
 

為使工程方案科學(xué)、可靠、經(jīng)濟(jì)，根據(jù)頂管工作井后靠土體的穩(wěn)定性、管道頂進(jìn)的頂力、管材可承受頂力和其它施工因素等(如通風(fēng)、照明、排土、安全措施等)確定較佳井距(即一次頂進(jìn)的距離);工作井后靠土體的穩(wěn)定性、管材可承受頂力的計(jì)算較為成熟，這里不再贅述。
 

其中頂管頂力的計(jì)算是項(xiàng)目成功與否的關(guān)鍵，由于不同工程地質(zhì)情況和施工工藝都不盡相同，故采用的計(jì)算公式和得到的計(jì)算結(jié)果差異大;而按照規(guī)范提供的計(jì)算公式得到的結(jié)果往往安全系數(shù)偏大，不僅不符本地區(qū)的實(shí)際情況，而且會造成工程投資的巨大浪費(fèi)。
 

在頂管工程中頂力的計(jì)算是其關(guān)鍵的，既要一定的安全度，又不能無控制的放大頂力導(dǎo)致造價(jià)急劇上升。根據(jù)多年來我們在頂管工程中的頂力實(shí)測結(jié)果，結(jié)合相關(guān)相臨各地的經(jīng)驗(yàn)公式和理論研究，總結(jié)了一條符合本地區(qū)特點(diǎn)地方經(jīng)驗(yàn)公式：
 

P=P1+P2(適合于淤泥質(zhì)土層中擠壓頂進(jìn)施工)

P1=αCu(-6.9lgβ/100+π/3)

P1——迎面阻力(kN)

α——頂進(jìn)過程中，土粘聚力的下降值，取1～0.45

Cu——土的粘聚力(kPa)

β——進(jìn)土開口率

P2=fsL

P2——管周摩阻力(kN)

fs——管周摩阻，取3.5～7.0kN/M2

L——一次頂進(jìn)的距離
 

2.4工程應(yīng)用情況
 

(1)利用上述公式的計(jì)算結(jié)果，確定一次頂進(jìn)長度不大于90m;按照計(jì)算頂力再進(jìn)行工作井、井的設(shè)計(jì)，頂管工作井采用鋼筋混凝土矩形沉井，平面尺寸為2.6×4.2m(凈尺寸)，壁厚875px;圓形井為直徑2.0m(凈尺寸)，壁厚625px。
 

(2)工作井和井尺寸與一般機(jī)械頂管相比尺寸大大的縮小，這得益于擠壓式頂管工藝采用的頂頭和頂進(jìn)設(shè)備尺寸(千斤頂)都較短;特別是機(jī)頭擯棄了一般機(jī)械頂管機(jī)頭繁重的設(shè)備，減輕了自重，防止了出洞時(shí)的“磕頭”現(xiàn)象;
 

(3)靠頂頭工具管開口率的控制來使頂管迎面阻力介于主動(dòng)土壓力和被動(dòng)土壓力間，確保了迎面土體的穩(wěn)定;開口率的確定依賴于排土率，一般在排土率在95%～100%時(shí)，可以認(rèn)定它的頂頭工具管的開口率應(yīng)在20%～30%，像φ900管開口斷面應(yīng)在φ500～φ600之間，才能使地面地下的建筑物、構(gòu)筑物和管線不遭其破壞。
 

(4)在這個(gè)工程的施工過程中，我們進(jìn)行了現(xiàn)場頂力實(shí)測，結(jié)果為1012.6KN，而計(jì)算頂力為1830.8KN，安全系數(shù)在1.8左右，表明安全可靠性高。
 

(5)管線的高程控制和軸線偏差控制均在允許范圍內(nèi)，能夠滿足工藝的設(shè)計(jì)要求。
 

(6)在滿足質(zhì)量要求的前提下，根據(jù)已完成工程的資料統(tǒng)計(jì)，非開挖擠壓式頂管工藝綜合單位造價(jià)是一般機(jī)械頂管工藝的50-65%;與普通大開挖施工相比，直接施工費(fèi)用較高，但綜合造價(jià)大體相當(dāng)，部分工程為經(jīng)濟(jì)，這主要是因?yàn)樵摰貐^(qū)土地資源度緊張，政策處理相對困難。
 

3施工過程中應(yīng)注意的問題
 

3.1施工條件方面
 

雖然非開挖擠壓式頂管工藝對于在淤泥質(zhì)土層敷設(shè)重力流的排水管道和大口徑壓力管道是較為經(jīng)濟(jì)、較為簡便的施工方法，但和其它施工方法一樣，也存在一定的局限性，如要求覆土厚度較深、土質(zhì)均勻且為軟塑、流塑粘性土、迎面阻力不宜過大等。
 

對一些特殊地質(zhì)情況(如淤泥夾細(xì)砂、含淤泥細(xì)砂等)，采用擠壓式頂管工藝會受到一定程度的限制，如在江濱路大口徑排水管道的施工中，由于在砂層中頂進(jìn)，頂力大，導(dǎo)致一次頂進(jìn)距離短，投資增大;同時(shí)若管材為平口管，在管線糾偏時(shí)，接口會錯(cuò)開，滲漏嚴(yán)重;后來通過引進(jìn)封閉式頂管施工，解決了在這種特殊地質(zhì)情況下管線的施工。
 

3.2 補(bǔ)救措施方面
 

針對非開挖擠壓式頂管工藝存在的問題，可以通過采用封閉式頂管和高強(qiáng)度承插式管材來解決，但這會增加一部分工程費(fèi)用。現(xiàn)在在軟土地區(qū)，封閉式頂管已經(jīng)獲得了大家的認(rèn)可，得到了廣泛的應(yīng)用，成為非開挖擠壓式頂管工藝的補(bǔ)充和發(fā)展，如在某工程(一期)工程中，我們就采用了泥水平衡頂管施工工藝，該工程管徑為φ2200，總距離L=1.85km，一次頂進(jìn)長度達(dá)為542m;由于采用了注漿減阻，加設(shè)中繼間等輔助措施，降低了管線頂力，大的增加了一次頂進(jìn)的距離，減少了工作井和井的數(shù)量，降低了投資;同時(shí)采用了“F”型鋼承插口管材，由于接口形式加合理、適應(yīng)性強(qiáng)，增加了在砂層中使用的可靠性，很少出現(xiàn)由于管節(jié)糾偏而導(dǎo)致的接口錯(cuò)開脫落、管線出現(xiàn)滲漏等現(xiàn)象，使得非開挖擠壓式頂管工藝存在的缺欠得到完善。
 

由于受到工程地質(zhì)情況、建設(shè)條件、建設(shè)資金、工程周期的諸多條件的限制，其它非開挖施工技術(shù)在市政工程的應(yīng)用相對較少，除擠壓式(封閉式)頂管工藝外，水平定向鉆成為另外一種成功用的非開挖施工技術(shù)。
 

目前，水平定向鉆在軟土地區(qū)的應(yīng)用還局限于電力、通信和煤氣等領(lǐng)域以及一些小口徑的壓力管道，如過河倒虹管等，但我們也看到，由于功率、扭矩的限制和精度控制，水平定向鉆還不大適合大口徑管線和重力流管線的敷設(shè)，在今后的實(shí)際應(yīng)用中還應(yīng)加強(qiáng)這方面的研究和實(shí)踐。
 

綜上所述，本文通過針對于本項(xiàng)目特殊的地質(zhì)情況和工程條件的限制，非開挖頂管施工技術(shù)具有不破壞表層地面、減少節(jié)約土地資源、政策處理、工程質(zhì)量、縮短建設(shè)周期、降低工程費(fèi)用的特點(diǎn)，有著廣泛的應(yīng)用空間和技術(shù)優(yōu)勢。

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