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1、沙土層頂管施工操作工藝及關(guān)鍵控制技術(shù)0 引言手掘式工具管由于其正面敞胸，人工開挖,操作方便的優(yōu)點(diǎn),從頂管初期一直使用到現(xiàn)在，但是,采用手掘式工具管頂管法施工對地質(zhì)條件有一定的要求，它特別適用于在壤土,砂壤土、粘土和泥灰等粘性土層,而對流砂、淤泥、沼澤地來說,頂管法施工受到一定的限制,特別是在砂土層中。結(jié)合多年的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),筆者就沙土層頂管施工操作工藝及關(guān)鍵控制技術(shù)，談?wù)勛约旱囊恍┬牡皿w會。1、 當(dāng)前手掘式工具管砂土層頂管法施工存在的技術(shù)問題1.1 后靠土體穩(wěn)定性差 由于砂土層中砂體自穩(wěn)性能很差，一方面工作井的形成較難,再加之頂管所需要的總推力要通過后背墻傳遞給后靠土體，而后靠土體屬于無粘性的松散2、砂土，往往會引起后靠土體的滑動和坍塌產(chǎn)生大幅度位移,使后靠土體缺乏穩(wěn)定性,導(dǎo)致頂管工作井無法形成.1.2 進(jìn)出洞土體不能滿足工具管進(jìn)出洞要求 砂土層頂管進(jìn)出洞時，由于砂土層中土體屬粒狀結(jié)構(gòu),顆粒之間無粘性,呈松散性，流動態(tài)，導(dǎo)致工具管一方面很難進(jìn)入土體,另一方面往往會造成大量的砂土體漏入工作井,導(dǎo)致洞口周圍地表大面積沉陷,造成頂管工具管無法正常進(jìn)出工作井和接收井。1.3 挖掘面坍塌 頂管過程中，由于工具管前挖掘面的土體坍塌、流砂，很難形成工具管頭部正常需要的挖土空間，一方面造成頂力加大，另一方面造成頭部的流砂堆積，并且由于土體缺乏頂管所必需的導(dǎo)向力,導(dǎo)致頂管過程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)糾偏工作難以進(jìn)行,并3、且出土量大，引起地面沉陷,造成頂管無法正常進(jìn)行工作，缺乏安全性、可靠性.2、開敞式手掘式工具管砂土層頂管法施工操作工藝及關(guān)鍵控制技術(shù)2.1 頂管施工操作技術(shù)2.1.1 千斤頂必須同步頂進(jìn) 千斤頂不同步或千斤頂相差較大或安裝精度不夠，造成頂力合力偏差,尤其在軟弱砂土中頂進(jìn)，極易造成管道軸線偏差，為此我們試驗(yàn)過程中選用同樣規(guī)格的兩臺320T千斤頂,其頂力、行程、頂速相一致，這樣可以確保頂力合力與管道中心線相重合，保證管道軸線不會由于頂力相差面出現(xiàn)偏差。2。1.2 主油缸合力中心必須與頂進(jìn)方向一致 兩臺主油缸左右對稱分布,但其合力中心直接影響頂進(jìn)管道頂進(jìn)的方向,由于在管道進(jìn)洞時，工具管入土較淺，土的4、支撐面較小，支撐面的應(yīng)力就較大,工具管頭部易下沉，入土深度增加后支撐面應(yīng)力很快減小,工具管不再下沉,為了防止在進(jìn)洞初期工具管下沉,頂力的合力中心也應(yīng)偏下，一般頂力合力中心低于管中心R/5R/4。2。1。3 采用先頂后挖的掘進(jìn)方式 在砂土層頂管施工操作中,掘進(jìn)方式上和普通粘土地區(qū)頂管正好相反，普通砂土地區(qū)掘進(jìn)方式是先挖后頂,而在砂性土中，必須采用“先頂后挖”的掘進(jìn)方式,由于工具管前段的管帽較長，可直接切入砂土中,這樣，再進(jìn)行挖土工作，由于有了管帽的保護(hù)，一方面工作人員能在安全保護(hù)下進(jìn)行，另一方面，由于管帽的阻擋,又防止大量流砂坍塌，或出砂量過大，及引起地面沉降等的問題。2。1.4 設(shè)置活動隔板 5、在頂管過程中，為了防止正面阻力過大,可將水平隔板設(shè)計為活動隔板，頂進(jìn)時取掉隔板，頂進(jìn)后再插入隔板，這樣既可防止頂管阻力太大,又可保證挖土工作時防止砂土坍塌。2.1.5 充分利用砂土的假粘聚現(xiàn)象 由于本試驗(yàn)地段屬一般性風(fēng)積砂地區(qū)，風(fēng)積砂盡管其C值很小,但頂管處的砂土，由于具有一定含水量而存在著假粘聚現(xiàn)象，因此每次頂進(jìn)后盡快將其格柵上的砂土清理，挖掘面的砂土由于存在假粘聚力，并不會立即發(fā)生坍塌和流砂現(xiàn)象，從而使挖掘面保持短暫的穩(wěn)定。2.1.6 頂進(jìn)速度控制 頂進(jìn)開始時，應(yīng)緩慢進(jìn)行，待各接觸部位密合，再按正常頂進(jìn)速度頂進(jìn)，頂進(jìn)中發(fā)現(xiàn)油路壓力突然增高，應(yīng)停止頂進(jìn),檢查原因并經(jīng)過處理后方可繼續(xù)。回鎬時,6、油路壓力不得過大，速度不得過快。另外,挖出的土應(yīng)及時外運(yùn)，及時頂進(jìn),盡可能使頂力限制在較小的范圍。2。2 砂土層頂管頂進(jìn)方向偏離的原因及其特點(diǎn)2.2。1 頂進(jìn)方向偏離的原因 頂管過程中，由于各種原因使管道偏離軸線是經(jīng)常發(fā)生的，分析頂管施工偏差的原因主要是由于作用于工具管的外力不平衡造成的，外力不平衡的主要原因有:推進(jìn)管線不可能絕對在一直線上。地層正面阻力不均勻,使工具管受力不均勻，形成導(dǎo)向差,造成管道偏離軸線.頂管后背發(fā)生位移或不平整,使頂力合力偏移,造成管道差.管道截面不可能絕對垂直于管道軸線。管節(jié)之間墊板的壓縮性不完全一致。推進(jìn)管道在發(fā)生撓曲時，沿管道縱向的一些地方會產(chǎn)生約束管道撓曲的附加7、抗力。以上幾條原因造成的直接結(jié)果就是頂管頂力產(chǎn)生偏心，管道軸線與設(shè)計軸線偏差過大,使管道發(fā)生彎曲，甚至造成管節(jié)損壞,接口滲漏。2。2.2 偏差特點(diǎn)砂土層頂管易出現(xiàn)偏差 在砂土層中頂管易出現(xiàn)偏差,砂土層中頂管一般比較容易出現(xiàn)工具頭仰頭和叩頭現(xiàn)象，主要是因?yàn)橐环矫嬗捎谏巴翆儆谲浫跬?砂土地基反力小,如果工具管設(shè)計重量過大，便很容易出現(xiàn)叩頭現(xiàn)象,另一方面如果沒有很好的解決挖掘面的坍塌問題，便會出現(xiàn)工具管頭部由于流砂堆積而出現(xiàn)仰頭現(xiàn)象。 出現(xiàn)偏差后糾偏難度大 工程經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場試驗(yàn)均表明,砂土層頂管一旦出現(xiàn)偏差后糾偏難度很大.2.3 頂進(jìn)方向控制技術(shù)及其糾偏措施2.3.1 頂進(jìn)方向控制技術(shù) 頂管的過程實(shí)際8、上也是一個不斷糾偏的過程，糾偏是指工具管或管道偏移設(shè)計軸中心,利用工具管的糾偏機(jī)構(gòu)或其它措施，改變管端方向，減少偏差，目的是使管道沿設(shè)計軸線頂進(jìn).頂管偏差出現(xiàn)是常見的,但采取一定的預(yù)防措施可減少偏差出現(xiàn)的機(jī)會和偏差量，預(yù)防措施主要有以下方面：加強(qiáng)頂管后靠背的施工質(zhì)量,確保后背不發(fā)生位移，應(yīng)使后背平整，以保證頂進(jìn)設(shè)備的安裝精度.導(dǎo)軌是頂進(jìn)中的導(dǎo)向設(shè)備,安裝導(dǎo)軌時要反復(fù)檢測，使中線、高程、坡度必須符合要求，頂進(jìn)中應(yīng)勤檢查,防止偏差過大。頂管施工前應(yīng)對管道通過地帶的地表情況認(rèn)真調(diào)查，測力裝置，指導(dǎo)糾偏，糾偏應(yīng)按照勤測量、勤糾偏、小量的操作方法進(jìn)行。頂進(jìn)過程中應(yīng)隨時繪制頂進(jìn)曲線，以利指導(dǎo)糾偏工作。工具9、管管帽切入砂土的長度應(yīng)按經(jīng)驗(yàn)公式L=DCtg計算，不可太長，防止砂土坍塌,導(dǎo)致工具管低頭下沉。管道產(chǎn)生大量坍塌后,土在挖掘面上形成一個斜坡，同上部的土坍空了，土壓力減少了,切不可盲目猛頂,防止工具管迅速爬高.及時了解管道各接頭上實(shí)際頂推合力與管道軸線的偏心度.隨時監(jiān)測頂進(jìn)中管節(jié)接縫上的不均勻壓縮情況,從而推算接頭端面上應(yīng)力分布情況及推合力的偏心度,并以此調(diào)整糾偏幅度，防止因偏心度過大而使管節(jié)接頭壓損或管節(jié)中部出項環(huán)向裂縫.2.3。2 糾偏措施 頂管產(chǎn)生偏差后的校正應(yīng)逐步進(jìn)行，形成大的偏差后，不可立即將己頂好的管子校正到位，應(yīng)緩慢進(jìn)行，使管子逐漸復(fù)位，絕對不能猛糾硬調(diào)，以防產(chǎn)生相反的效果，一般常10、用的方法有以下幾種:超挖糾偏法 偏差為12cm時,可采用此法，由于砂土含有一定水分，頂進(jìn)后,短時間內(nèi)存在一定的假性粘聚力，這時可采用在管偏向的反側(cè)適當(dāng)超挖，而在偏向側(cè)不超挖甚至留坎，形成阻力,使管節(jié)在頂進(jìn)中向阻力小的超挖側(cè)偏向,逐漸回到設(shè)計位置。工具管糾偏法當(dāng)管道在頂進(jìn)進(jìn)程中出現(xiàn)偏差時，可利用兩段式工具管內(nèi)的糾偏千斤頂使偏斜一側(cè)的千斤頂出缸口即可對管道偏差進(jìn)行校正,校正后在每次頂進(jìn)前進(jìn)行,此時管內(nèi)砂土最少時最易糾偏。強(qiáng)制糾偏法當(dāng)偏差較大時,在超挖糾偏和工具管糾偏千斤頂不起作用的情況下，可用此法，用圓木或方木的一端頂在管子偏向的另一側(cè)內(nèi)壁上，另一端斜撐在墊有鋼板或木板的管前土壤上,支頂牢固，即可頂進(jìn)，在頂進(jìn)中配合超挖糾偏法和工具管糾偏千斤糾偏法,邊頂邊支,利用頂進(jìn)時斜支撐分力產(chǎn)生的阻力,使頂管向阻力小的一側(cè)校正,我們在砂土層中試驗(yàn)時，主要由于砂土地基反力不夠，由于糾偏需要一定的地基反力,為了避免強(qiáng)制糾偏失靈，事先在管前對部分的砂土進(jìn)行碎石置換,對地基進(jìn)行了加固處理,這樣原木一端支在加固后的地基上，糾偏效果明顯.3 結(jié)束語在砂土層中通過開敞式手掘工具管頂管法施工技術(shù)的實(shí)踐研究,表明了施工中采用的砂土后靠土體和工作井及接收井進(jìn)出洞口土體換填素土的加固方法，可以有效的解決工作井后靠土體不穩(wěn)定以及工具管進(jìn)出洞土體坍塌、滑動的問題，并具有一定的經(jīng)濟(jì)性、實(shí)用性和易操作性.