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几种顶管施工方法的比较及应用

  • 分类:公司新闻
  • 作者:zckj
  • 来源:
  • 发布时间:2017-08-15 09:37
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【概要描述】  顶管施工主要应用于Ⅲ级以下土层。在顶管施工中,通常采用大吨位的顶管机直接顶入管道或边排土边顶入,为了减小阻力,第一节管的前端一般制成楔形,对于大直径的管道施工时,人可直接进入前部进行排土作业,楔形面处于上部,有利于防止地层坍塌,保护作业人员安全。如图1所示。排土作业时,根据土层的稳定程度,可以进行一定程度的超挖,以减小顶入阻力和加快顶管速度。对于小直径顶管,可以采用螺旋钻、水力等方法辅助排土。

几种顶管施工方法的比较及应用

【概要描述】  顶管施工主要应用于Ⅲ级以下土层。在顶管施工中,通常采用大吨位的顶管机直接顶入管道或边排土边顶入,为了减小阻力,第一节管的前端一般制成楔形,对于大直径的管道施工时,人可直接进入前部进行排土作业,楔形面处于上部,有利于防止地层坍塌,保护作业人员安全。如图1所示。排土作业时,根据土层的稳定程度,可以进行一定程度的超挖,以减小顶入阻力和加快顶管速度。对于小直径顶管,可以采用螺旋钻、水力等方法辅助排土。

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  1、顶管法
  
  1、1顶管法简介
  
  顶管施工主要应用于Ⅲ级以下土层。在顶管施工中,通常采用大吨位的顶管机直接顶入管道或边排土边顶入,为了减小阻力,第一节管的前端一般制成楔形,对于大直径的管道施工时,人可直接进入前部进行排土作业,楔形面处于上部,有利于防止地层坍塌,保护作业人员安全。如图1所示。排土作业时,根据土层的稳定程度,可以进行一定程度的超挖,以减小顶入阻力和加快顶管速度。对于小直径顶管,可以采用螺旋钻、水力等方法辅助排土。该方法铺管精度较难控制,特别是管道较重时问题尤为突出。
  
  1、2顶管法分类及比较
  
  根据顶进时的工艺方法,传统的顶管法可以分为以下几种:
  
  (1)静压式顶管,即单纯利用给进油缸顶推及后拉套管;
  
  (2)水力冲刺静压式顶管,即采用高压水力冲刺破土,油缸顶推套管,管外少量排渣;
  
  (3)回转式顶管,即钻头切削土层,套管同步跟进,管内排渣,它可分给水钻进和无水钻进两种,又可分套管回转和不回转两种。
  
  静压式顶管工法最为简单,设备要求具有一定的顶推力和拔力即可。静压式顶管一般顶进深度为50m~70m,还可以进行多级顶管。其顶管力计算公式为:
  
  式中:F——顶管阻力(kN);T0——顶管端部起始阻力(kN);D——顶管外径(m);q——管周边均布荷载(KPa);μ——管与土层之间摩擦系数;c——管与土层之间的粘着力(kPa);L——顶管长度(m);从上式可以看出:顶管直径和顶管长度越大,顶管阻力越大;水平管埋设越深,顶管阻力越大。此外,在工程实践中发现顶管速度与顶管阻力之间也存在有正比关系。若取静压式顶管管径127mm,深20m,顶管长度20m,顶管阻力达720KN。可见由于静压式顶管不排渣,对土层产生挤密压实作用,顶管的阻力较大。
  
  水力冲刺静压式顶管施工,即钻头部位给高压水冲削土层,油缸给进推力顶进套管,水力冲削的土屑一部份从管外流入井内,套管内保持干净。水力冲刺静压式顶管施工设备相对静压式顶管较为复杂。关键是钻头的加工及水力给与问题。钻头应大于套管,起扩孔和封堵冲削下来的土层进入套管。钻头的前端装有给水喷头,喷头四周均布有3mm~ 4mm、8~10个向心角为30°~45°的喷嘴,高压水泵将水通过钻杆,由喷嘴射入土中,高压水压力一般为0.5Mpa~3.0Mpa。高压水具有两个作用:(1)冲削土层,对土层起着暂时的扰动和液化,以减少阻力;(2)高压水能带动管周的尾砂流动,起排渣降阻作用。水量、水压应根据顶进的深度而进行调节。一般0m~5m以内水压为0.5Mpa;5m~15m以内水压为1.0Mpa~2.0Mpa;15m以上水压为2.0Mpa~3.0Mpa。水量大约为25l/min~100l/min。
  
  回转式顶管工作原理与跟管钻进方法有许多相似之处,设备一般包括掘进机工作头、控制系统、泥水输出系统、后方顶进系统等。被顶推的管道接在掘进机工作头后,顶进系统一般为一套4~6只成规律布置的液压千斤顶,需设置反力墙。其适用管径为 250~ 3000mm。该工法具有以下特点:(1)顶管机前端部分采用条幅刀盘进行偏心回转,从而能破碎岩石,因而能在粘土、淤泥、砾石等地层施工;(2)顶管机具有纠偏功能,操作员通过定位系统来预测顶管机偏离顶进计划线的偏差值,从而进行方向修正。偏差在30mm以内;(3)一次顶进距离可达100m以上,顶进速度为70~200mm/min。
  
  在顶管施工技术中顶力是选用施工工法,确定后背墙加固方案和确定施工进度的重要依据。根据施工实践,静压式顶管阻力最大,需要的顶力最大,水力静压式次之,回转式最小。但回转式工法对机具要求最高,静压式顶管对机具的要求最简单。因此,在选择顶管施工时,应根据顶进需要的顶力和设备能力来选择合适工法。
  
  2、工程应用
  
  为降低某灰坝灰场内的地下水对初期土坝的影响,在距初期坝93米处平行布置四口内径3m、间距60m的辐射井,井间铺设Φ127导流钢管相连,进行辐射井对接。工程采用顶管施工方法。开始采取静压式顶管,但导流钢管大量挤土,排渣困难,管径摩阻力大,施工困难。因此改用水力冲刺静压式顶管施工,但水力冲蚀导致施工地层“涌灰”严重。最后采取钻机和顶管机结合作业的施工方法,完成对接井施工。
  
  2、1顶管工艺方法及工序
  
  (1)进行初次顶管,按照设计图纸及现场平面布置图,在一号井内测定开孔位置后用空压机开孔;测定顶管机的安装位置和走向,安装、固定顶管机;将顶管就位。尤其要注意第一节管作为工具管,其顶进方向与高程准确与否是保证整段顶管质量的关键;顶进时控制压力在8-12MPa。顶进困难时,回抽一段顶管后再顶进,施工时需反复多次顶进25~35m。
  
  (2)换用钻机以低于40r/min的转速均匀钻进,钻进25~35m。压力控制在7~8 MPa 。钻进过程中应保证均匀给进。一旦进尺缓慢,可能导致钻孔偏斜。
  
  (3)吊起钻机,将顶管机下到工作井定位后,顺着钻杆进行顶进,以到达二号井。在二号井内通过变径接头将需铺设的Φ127导流管连接在顶管后,缓慢回拖完成导流管铺设。
  
  2、2注意事项
  
  在实际施工中应注意,顶进时,为防止“涌灰”,采用一块钢板固定在井壁上。钢板中央开孔保证顶管穿过;遇到地下水时,可以选择适当提高开孔位置,以避开地下水位。由于辐射井水平孔施工阻力大,套管顶进后需反拔出来,套管系采用丝扣方式连接,而丝扣部位的抗扭、抗压、抗拉强度相对要小得多。因此,顶管施工的管材需根据施工的最大顶推力和反拔力来选择,管材选择包括:材质、管径、壁厚、丝扣类型、规格和尺寸。实际施工中选择了厚壁的优质地质钢管。
  
  3、结束语
  
  顶管施工是非开挖施工中的一种重要工法。各种顶管施工方法各有其优缺点,在实际施工中,应结合工程实际,选取合适的顶管施工方法。在同一工程中,也可以根据施工地层的变化特点选取不同的顶管施工方法。

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