沙层地质条件下敞开式人工挖掘顶管施工方法,本论文可用于顶管论文范文参考下载，顶管相关论文写作参考研究。
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摘 要：对在沙层、沙砾层地质条件下,采用敞开式人工挖掘顶管无法施工时,利用地面预注浆加固的方法,使人工挖掘顶管能够正常顶进施工,排除了在顶管施工过程中因管内涌沙、坍塌而引起的安全隐患,同时相比较采用其它封闭式的平衡类顶管,节约了工程施工成本.
关键词：沙层地质；人工挖掘；顶管；施工
0 引言
目前,随着城市的不断扩张,各种地下燃气管道、雨污水管道、电力及通讯管道等市政管网工程在下穿城市建构筑物及道路时都将用到顶管施工技术.但是当遇有沙层的地质条件时,如果采用普通的敞开式人工挖掘顶管施工,很容易引起涌沙、洞内坍塌、沉降过大以致周边管线破坏、甚至造成地面塌陷而中断交通等情况,将无法保证地上结构物的安全,造成施工安全事故；如果采用封闭式的平衡类顶管方案,则施工工艺复杂,专业技术性强,造价成本较高.
1 施工工艺原理
在顶管未顶进之前,先采用地面注浆的方式,将拟要穿越的管体周围沙层进行注浆固结,使沙层和水泥浆成为整体的胶结体,依靠胶结体一定的自稳能力,再进行人工挖掘顶管施工.
顶管施工先采用人工开挖、倒挂壁支护的方法,完成工作井和接收井的施工；然后在工作井内安设顶进设备和混凝土管道,通过人工在管道内前端进行土方开挖,再利用千斤顶顶力将混凝土管道顶入前方,如此不断循环,最终完成整个混凝土管道的施工.
2 地面预注浆施工
2.1 地下管线勘查
由于顶管施工一般位于城区,地下管线及构筑物密集.在开始施工前一定要对管径穿越以及工作坑、接收坑开挖等施工区域进行地下彻底勘查,查明地下管线及构筑物具体位置,并在地面上做好标记.为地面注浆孔孔位布置提供依据,以及后续顶进施工及开挖提供安全保障.必要时应挖工作探坑以确认管线位置.
2.2 固结范围和孔位布置
2.2.1 确定固结范围
注浆固结范围和孔位布置密切相关.注浆固结范围以工作管为中心,对管体穿越路径及四周均进行注浆加固.
具体固结范围：宽度为管径两侧向外各1000mm范围内,深度为自工作管底部标高向下500mm处,至工作管顶部标高向上1000mm范围内.即宽度为：工作管直径（D）+2000mm,深度为工作管直径（D）+1500mm.
2.2.2 孔位布置
地面注浆孔位布置,采用 格型梅花布置.纵向沿管道走向,横向沿管道宽度布置.竖向成孔至管道底部标高以下500mm处时,开始注浆；注浆采用分段后退式进行,注浆至管道顶部以上1000mm处标高,该孔注浆结束.
为了使注浆范围不遗漏,其纵横向孔位间距应小于2倍的浆液扩散半径,浆液的扩散半径R可取500～750mm.
纵横向注浆孔孔位间距均为1000mm,根据管径大小横向布设相应数量的孔位,纵向孔位按1000mm的孔位间距沿管道走向一直布设.
2.3 注浆压力及注浆量
2.3.1 注浆压力
注浆压力是浆液扩散、填充、密实的动力,其和浆液类型、沙层孔隙发育程度及其埋深、注浆速度及注浆量等难以确定且多变的因素有关.注浆压力过大,会使浆液造成超扩散,材料消耗及机械损耗大；压力过小,无法使沙层胶结,起不到固沙的作用.
故注浆压力应结合以往注浆施工经验,并通过现场试验进行确定.根据计算及现场试验我们确定的沙层注浆压力终压值选定为0.6～0.9 MPa.
2.3.2确定注浆量
浆液注入量的大小,将影响浆液是否能在孔壁及沙层中良好充填、并胶结,是评价注浆效果的重要指标.所以,要有充足的浆液注入量使孔壁周围及沙层的孔隙填充饱满,方能达到固沙,防止出现涌沙现象的目的.
浆液注入量是浆液占据沙层中孔隙的体积,根据现场沙的孔隙率以及确定的浆液扩散半径,进行注浆量的估算.
2.4 浆液配置
浆液采用单液水泥浆进行注浆,水泥采用普通硅酸盐水泥P.O42.5,其凝结速度较快,能快速胶结沙层,施工时间缩短,不影响地面交通.且水泥浆液具有成本低,胶结强度较高,凝结时间可控等优点,是较为理想的注浆材料.
其浆液质量比例为,水泥：水等于1：1.浆液初凝时间约8h左右,终凝时间为16～18h.
3 人工挖掘顶管施工
3.1 工作井
工作井是顶管施工的工作场所,工作井的施工应根据设计文件进行布置并施工.
3.2 设置工作井导轨
导轨作用是引导工作管按设计的中心线和坡度顶进,保证工作管在顶入土之前位置正确.导轨采用钢质材料制作,根据管材质量选配钢轨作导轨.
导轨对管道的支承角宜为60°,导轨的高度应保证管中心对准穿墙管中心,其纵坡和管道设计坡度一致.
两根导轨应直顺、平行、等高,导轨安装牢固.导轨安装的允许偏差应满足几点.
⑴导轨高差允许偏差2mm；
⑵导轨内距允许偏差为±2mm；
⑶中心线允许偏差为3mm；
⑷顶面高程允许偏差为0mm～3mm.
3.3 顶进设备
顶进设备主要包括千斤顶、主站油泵及顶铁等.千斤顶是顶进施工的主要设备,其型号的选择应根据顶管顶力的大小.顶管顶力的计算参照《给排水管道工程施工及验收规范》GB50268-2008和《给水排水工程顶管技术规程》CECS246：2008.
3.4 挖掘顶进
⑴工作管采用钢承口Ⅲ级钢筋混凝土管,第一节工作管即为工具管.
⑵挖掘顶进前首先确保地面至少一节工作管范围内已经注浆完毕,且该范围内的浆液和沙层已经固结.
⑶工作井内设备安装完毕,并经试运转确认状态良好,即可进行挖掘和顶进.
⑷采用汽车吊将工作管下至导轨上,就位以后,装好顶铁,校测管中心和管底标高及接口处是否符合设计要求,合格后进行管内人工挖掘,凿开穿墙闷板或护壁进行进洞施工.
3.5 测量控制及纠偏
3.5.1 测量控制
⑴顶进过程中应遵循“勤测量、勤纠偏、微纠偏”的原则,来保证顶管顶进方向及高程.
⑵顶进方向控制：采用经纬仪或激光导向仪测量定位顶进方向.
⑶高程控制：在工作坑内引设水准点,将水准仪支设工作井内,来测设管底前端高程.
⑷测量频次：第一节工作管顶进时,每顶进50cm/次；正常顶进时,每顶进100cm/次.
3.5.2 顶进纠偏校正
人工挖掘顶管纠偏采用超挖纠偏法及顶木纠偏法.超挖纠偏法,即在工作管偏向的反侧适当超挖,而在偏向侧则不超挖甚至留坎,形成阻力,使管体在顶进中向阻力小的超挖侧偏向,逐渐回到设计位置.
⑴顶进中发现管位偏差10～15mm左右,应进行纠偏.
⑵纠偏时不可立即将已顶好的管子校正到位,应采用小角度缓慢进行,使管子逐渐复位,不得猛纠硬调或突升突降.
⑶纠偏应在顶进过程中进行,边顶进边校正.
3.6 出渣
⑴人工挖掘沙土及胶结的沙块,采用土斗和人工手推车至工作坑内,配合坑上电动葫芦,将土斗提升并运至工作坑外临时堆放位置.
⑵由于工作坑顶部场地狭小,开挖出沙土必须及时外运.
4 结束语
⑴该方法在沙层地质条件下人工挖掘顶管施工中应用,能确保地上附近建构物、地面交通不受影响,同时保证地下施工安全,有效控制施工进度.
⑵和平衡类顶管施工比较,其投入成本较少,技术简单,施工便于操作,有比较好的经济效益和一定的社会效益,在以后的市政管网工程中有很好的应用空间.
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