頂管技術(shù)在保定市南水北調(diào)配套工程中的應(yīng)用

1、<p>　　頂管技術(shù)在保定市南水北調(diào)配套工程中的應(yīng)用</p><p>　　摘要：頂管技術(shù)就是非開挖施工方法，是一種不開挖或者少開挖的管道埋設(shè)施工技術(shù)。由于其在穿越交通工程施工中的眾多優(yōu)點(diǎn)而逐漸被廣泛應(yīng)用，本論文主要介紹了頂管的設(shè)計(jì)方法和頂管的施工注意事項(xiàng)，對(duì)于進(jìn)一步提高頂管設(shè)計(jì)和施工水平具有一定借鑒意義。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：南水北調(diào)配套； 頂管 ；穿越公路； 輸水管

2、線 </p><p>　　Abstract: the pipe jacking technology is non excavation construction method, is a kind of pipeline without excavating or less excavation of buried construction technology. Because of its many adv

3、antages in through traffic engineering construction and is becoming widely used, this paper mainly introduces the construction design of pipe jacking method and matters needing attention, to further enhance the level of

4、design and construction of pipe jacking has certain reference significance </p><p>　　Keywords: South to North Water Transfer Project; pipe jacking crossing the highway; water pipelines; </p><p>

5、　　中圖分類號(hào)：文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-2104（2012 </p><p>　　項(xiàng)目背景：保定市南水北調(diào)配套工程水廠以上輸水管道工程是南水北調(diào)工程的重要組成部分，是省政府確定的重點(diǎn)工程，2014年建成通水是省委、省政府做出的重大決策。建設(shè)南水北調(diào)配套工程是解決保定市市水資源供需矛盾的必須之舉。 </p><p><b>　　工程概況 </b></p

6、><p>　　保定市南水北調(diào)配套工程水廠以上輸水管道工程第二設(shè)計(jì)單元主要為保定市（鄭家佐）、滿城縣、大王店產(chǎn)業(yè)園區(qū)共計(jì)3條輸水管道，線路長度約24.205km，管線規(guī)模7.26m&sup3;/s～0.74m&sup3;/s，供水目標(biāo)為保定市區(qū)、滿城縣、大王店產(chǎn)業(yè)園區(qū)。主要設(shè)計(jì)包括箱涵工程、管道工程，及穿鐵路、高等級(jí)公路頂管工程等。本論文詳細(xì)介紹保定市北三環(huán)（G107）頂管方案。 </p>

7、<p>　　保定第二水廠輸水管道在保定北三環(huán)口與西二環(huán)交口立西側(cè)150米處與保定北三環(huán)交叉，交叉位置公路樁號(hào)為K149+006，叉角度為76°。保定北三環(huán)現(xiàn)狀道路等級(jí)為一級(jí)路，路基寬37米，路面寬（2×12.25）米，綠化帶寬度6m，兩側(cè)排水溝寬度10m。采用頂管施工，頂進(jìn)總長72米，南側(cè)設(shè)工作坑，北側(cè)設(shè)接收坑，管頂埋深5.0米，管材采用DN2000 Ⅲ級(jí)鋼筋混凝土管，設(shè)計(jì)荷載等級(jí)采用公路Ⅰ級(jí)，采用人工手

8、掘式頂進(jìn)。 </p><p><b>　　一、結(jié)構(gòu)分析計(jì)算 </b></p><p>　　1、鋼筋混凝土頂管計(jì)算理論及結(jié)構(gòu)配筋計(jì)算 </p><p>　　本項(xiàng)目中頂管的施工方式采用手掘式頂管，選用CECS法計(jì)算，即頂管時(shí)管頂土體將發(fā)生變形，管體外緣處的土體按照主動(dòng)極限平衡出現(xiàn)裂縫，形成一定范圍的土柱作為計(jì)算隔離體，而管頂上土柱荷載通過土體剪力傳

9、遞擴(kuò)散給兩側(cè)土體，由分析豎向力系平衡條件，得出管頂處土體處于主動(dòng)平衡時(shí)的裂線寬度和管頂豎向土壓力計(jì)算系數(shù)，用以計(jì)算管道結(jié)構(gòu)上的豎向土壓力。 </p><p>　　管道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)按照下列兩種極限狀態(tài)計(jì)算。(1)承載力極限狀態(tài)：頂管結(jié)構(gòu)縱向超過最大頂力破壞，管壁因材料強(qiáng)度被超過而破壞；柔性管道壁截面喪失穩(wěn)定；管道的管段接頭因頂力超過材料強(qiáng)度破壞。(2)正常使用極限狀態(tài)：柔性管道的豎向變形超過規(guī)定限值；鋼筋混凝土管道裂縫

10、寬度超過規(guī)定限值。 </p><p>　　管道結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分析，均按彈性體系計(jì)算，不考慮由非彈性變形所引起的塑性內(nèi)力重分布。 </p><p><b>　　2、頂進(jìn)力計(jì)算 </b></p><p>　　頂進(jìn)力為初始頂力與各種阻力之和。 </p><p><b>　　(2-1) </b></p&g

11、t;<p>　　式中：F――頂進(jìn)力（kN）； </p><p>　　――初始頂力（kN）； </p><p>　　――管外徑（m）； </p><p>　　q――管周邊均布荷載（kPa）； </p><p>　　W――每米管的重力（kN/m）； </p><p>　　――管與土之間的摩擦系數(shù)（）； <

12、;/p><p>　　――管與土之間的粘著力（kPa）； </p><p>　　L――頂進(jìn)長度（m）。 </p><p>　　在手掘式頂管中，其初始推力為： </p><p><b>　?。?-2） </b></p><p>　　式中：N――標(biāo)準(zhǔn)貫入值。 </p><p>　　為

13、了求出管周邊的均布荷載，我們可先求出管頂上方土的垂直荷載與地面的動(dòng)荷載，然后把兩者加起來作為管周邊的均布荷載。即： </p><p><b>　　（2-3） </b></p><p>　　式中：――管頂上方土的垂直荷載（kPa）； </p><p>　　p――地面的動(dòng)荷載（kPa）。 </p><p><b>

14、　?。?-4） </b></p><p>　　式中：――土的容重（kN/m3）； </p><p>　　c――土的內(nèi)聚力（kPa）； </p><p>　　――管頂土的擾動(dòng)寬度（m）； </p><p>　　――土的太沙基荷載系數(shù)。 </p><p><b>　　而(2-5) </b>

15、</p><p>　　式中：K――土的太沙基側(cè)向土壓系數(shù)（K=1）； </p><p>　　――土的摩擦系數(shù)（）； </p><p>　　H――管頂以上覆土深度（m）。 </p><p><b>　　而（2-6） </b></p><p>　　式中：――挖掘的直徑（m）。 </p>

16、<p><b>　　式中的為： </b></p><p><b>　?。?-7） </b></p><p>　　式中：――汽車單只后輪荷載（=100kN）； </p><p><b>　　i――沖擊系數(shù)； </b></p><p>　　B――車身寬度（m）； <

17、/p><p>　　a――車輪接地寬度（m）； </p><p>　　――車輪分布角度（）。 </p><p>　　按照上述方法計(jì)算穿路頂管的頂進(jìn)力。 </p><p>　　3、工作井、接收井設(shè)計(jì) </p><p>　　工作坑形狀一般有矩形、圓形、腰圓形、多邊形等，本項(xiàng)目采用矩形工作坑。 </p><p&

18、gt;　　矩形工作坑的底部尺寸就滿足式（3-1）和式（3-2）要求： </p><p>　　B = D1 + S （3-1） </p><p>　　L = L1 + L2 + L3 + L4 + L5（3-2） </p><p>　　式中：B――矩形工作坑的底部寬度，m； </p><p>　　D1――管道外徑，m； </p>

19、<p>　　S――操作寬度，可取2.4～3.2m； </p><p>　　L――矩形工作坑的底部長度，m； </p><p>　　L1――頂管掘進(jìn)機(jī)長度，當(dāng)采用管道第一節(jié)管作為頂管掘進(jìn)機(jī)時(shí)，對(duì)于鋼筋混凝土管，不宜小于0.3m；鋼管則不宜小于0.6m； </p><p>　　L2――管節(jié)長度，m； </p><p>　　L3――輸土工

20、作間長度，m； </p><p>　　L4――千斤頂長度，m； </p><p>　　L5――后座墻的厚度，m。 </p><p>　　工作坑深度應(yīng)符合式（6.4-3）和式（6.4-4）要求： </p><p>　　H1 = h1 + h2 + h3（3-3） </p><p>　　H2 = h1 + h3+ t +h

21、4 （3-4） </p><p>　　式中：H1――頂進(jìn)坑地面至坑底的深度，m； </p><p>　　H2――接收坑地面至坑底的深度，m； </p><p>　　h1――地面至管道底部外緣的深度，m； </p><p>　　h2――管道外緣底部至導(dǎo)軌底面的高度，m； </p><p>　　h3――基礎(chǔ)及其墊層的厚底(

22、不應(yīng)小于該處井室的基礎(chǔ)及墊層厚度)，m； </p><p>　　h4――頂管機(jī)進(jìn)入接收坑后支撐墊板厚度，m； </p><p>　　t ――管壁厚度，m。 </p><p>　　按上述公式要求計(jì)算穿路頂管工作坑、接收坑尺寸。 </p><p><b>　　二、施工注意事項(xiàng) </b></p><p>

23、;　　1、頂管施工系非開挖法施工工程（頂管施工、非開挖（拖拉）法施工），施工單位在施工時(shí)，應(yīng)查明管道周圍情況，加強(qiáng)對(duì)路面、周邊建筑物、電桿、管道的觀測及保護(hù)。 </p><p>　　2、基坑開挖應(yīng)控制基底高程，開挖接近基底高程時(shí)，宜保留0.1～0.2m厚度，在基礎(chǔ)施工前，以人工突擊快速挖除。嚴(yán)格控制超挖，不得擾動(dòng)原狀土，對(duì)于超挖部分應(yīng)用級(jí)配砂石料或低標(biāo)號(hào)混凝土回填夯實(shí)。開挖時(shí)要做好基坑排水工作，兩側(cè)對(duì)稱挖排水溝。

24、 </p><p>　　3、基坑圍欄與基坑邊的距離必須大于或等于1.5m。在基坑頂以外2倍開挖深度范圍內(nèi)不得堆載和重型車輛行駛。基坑開挖期間，基坑邊10m范圍內(nèi)不得堆放棄土和建筑材料。 </p><p>　　4、基坑開挖后，應(yīng)進(jìn)行基槽檢驗(yàn)。基槽檢驗(yàn)可用觸探或其他方法，當(dāng)發(fā)現(xiàn)與勘察報(bào)告和設(shè)計(jì)文件不一致、或遇到異常情況時(shí)，應(yīng)結(jié)合地質(zhì)條件提出處理意見。驗(yàn)槽合格后方可進(jìn)行下一道工序的施工?；靥罨?/p>

25、時(shí)，管頂0.5m以下采用12%石灰土分層回填，管道兩側(cè)分層回填密實(shí)，壓實(shí)后每層厚度為100～200mm，壓實(shí)度不小于96%，管頂0.5m以上，地面0.5m以下部分采用原土分層回填，壓實(shí)度不小于90%，地面下0.5m內(nèi)采用原土回填。 </p><p>　　5、應(yīng)用信息控制法進(jìn)行基坑施工，應(yīng)對(duì)邊坡土體變形及裂縫進(jìn)行監(jiān)測，并應(yīng)采取可靠的防護(hù)措施，備足臨時(shí)加固的人員、器材。監(jiān)測報(bào)警值：邊坡土體最大水平位移30mm，連續(xù)三

26、天超過5mm/d。 </p><p>　　6、頂進(jìn)作業(yè)應(yīng)應(yīng)避開雨季施工，必須在雨季施工時(shí)，應(yīng)做好防洪及防雨排水工作。 </p><p>　?。?）工具管接觸或切入土層后，應(yīng)自上而下分層開挖，嚴(yán)防正面坍塌。必要時(shí)可輔以降水或注漿加固等施工措施，以保證土體的穩(wěn)定。頂進(jìn)過程中，人工在前掏土，整個(gè)頂管過程為邊掏土邊頂進(jìn)。 </p><p>　?。?）在允許超挖的穩(wěn)定土層中正

27、常頂進(jìn)時(shí)，管下部135°范圍內(nèi)不得超挖，土弧要與管外壁吻合，保持原狀土地基；管頂以上超挖量不得大于15mm；管前超挖應(yīng)根據(jù)具體情況確定，并制定安全保護(hù)措施。 </p><p>　　（3）在頂管掘進(jìn)機(jī)后接入第一節(jié)管道時(shí)，頂管掘進(jìn)機(jī)尾部至少須有20-30cm處于導(dǎo)軌上，并應(yīng)立即進(jìn)行管道和頂管掘進(jìn)機(jī)的連接。當(dāng)頂進(jìn)管道為混凝土企口管道時(shí)，應(yīng)先在頂管掘進(jìn)機(jī)尾部安裝承口鋼環(huán)，與企口管的插口均勻吻合。企口管和鋼承口管

28、道應(yīng)以插口在前、承口在后的方法排列在頂進(jìn)軸線方向上。 </p><p>　?。?）當(dāng)頂進(jìn)作業(yè)停頓時(shí)間較長時(shí)，為防止開挖面的松動(dòng)或坍塌，應(yīng)對(duì)挖掘面及時(shí)采取正面支撐或全部封閉措施。 </p><p>　　7、手掘式頂管作業(yè)施工測量控制 </p><p>　?。?）采用手工掘進(jìn)時(shí)，頂管掘進(jìn)機(jī)進(jìn)入土層過程中，每頂進(jìn)300mm，測量不應(yīng)少于一次；管道進(jìn)入土層后正常頂進(jìn)時(shí)，每頂

29、進(jìn)l000mm，測量不應(yīng)少于一次，糾偏時(shí)應(yīng)增加測量次數(shù)。頂進(jìn)糾偏必須勤測量、多微調(diào)，糾偏角度應(yīng)保持在10′~20′，不得大于0.50°，并設(shè)置偏差警戒線。 </p><p>　　（2）頂管掘進(jìn)機(jī)開始頂進(jìn)5~10m的范圍內(nèi)，允許偏差應(yīng)為：軸線位置3mm，高程0~+3mm。當(dāng)超過允許偏差時(shí)，應(yīng)采取措施糾正。在軟土層中頂進(jìn)混凝土管時(shí)，為防止管節(jié)飄移，可將前3~5節(jié)管與頂管掘進(jìn)機(jī)聯(lián)成一體。 </p>

30、<p>　?。?）頂管掘進(jìn)機(jī)切入土體后，應(yīng)嚴(yán)格控制其水平偏差不大于5mm，其高程應(yīng)為設(shè)定標(biāo)高加上拋高數(shù)，其數(shù)值可根據(jù)土質(zhì)情況、管徑大小、頂管掘進(jìn)機(jī)的自重以及頂進(jìn)坡度等因素確定，以抵消機(jī)頭到達(dá)接收坑后的“磕頭”而引起的誤差。當(dāng)出現(xiàn)“磕頭”現(xiàn)象時(shí)應(yīng)迅速調(diào)整，必要時(shí)應(yīng)拉回后重新頂進(jìn)，但必須抓緊時(shí)間迅速完成，以減少對(duì)正面土體的擾動(dòng)。 </p><p>　　三、施工監(jiān)控及信息化管理 </p>&

31、lt;p>　　施工監(jiān)控包括對(duì)頂進(jìn)管涵的測量監(jiān)控，頂進(jìn)過程中對(duì)公路路面的監(jiān)控，以及為保證公路穩(wěn)定而必須進(jìn)行的掌子面、管涵自身結(jié)構(gòu)情況、基坑等的監(jiān)控。對(duì)施工監(jiān)控的成果進(jìn)行信息化管理，出現(xiàn)異常情況時(shí)管理系統(tǒng)能及時(shí)準(zhǔn)確地做出反應(yīng)，快速地根據(jù)情況采取強(qiáng)有力的措施。 </p><p><b>　　1、測量監(jiān)控 </b></p><p>　　在管涵頂進(jìn)時(shí)必須進(jìn)行嚴(yán)格的測量監(jiān)控

32、，以確保管涵施工的精度。根據(jù)測量數(shù)據(jù)通過調(diào)整千斤頂?shù)捻斄φ{(diào)整管涵的偏位。 </p><p><b>　　2、道面的監(jiān)控 </b></p><p>　　公路路面主要監(jiān)測沉降、水平位移和裂縫。在頂涵施工前在道面頂涵范圍及周邊20m范圍布監(jiān)測點(diǎn)，并對(duì)每一測點(diǎn)高程和水平位置詳細(xì)記錄，同時(shí)觀察記錄道面的裂縫情況，在頂進(jìn)過程中對(duì)這些測點(diǎn)的高程、水平位移和道面的裂縫情況作定時(shí)監(jiān)測和

33、頂進(jìn)時(shí)的監(jiān)測。 </p><p><b>　　3、掌子面 </b></p><p>　　隨時(shí)觀察監(jiān)測掌子面的穩(wěn)定情況。 </p><p>　　對(duì)以上各種監(jiān)控成果，均應(yīng)及時(shí)準(zhǔn)確地報(bào)告給項(xiàng)目施工總指揮，并對(duì)各測量數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)記錄，總指揮對(duì)各種信息進(jìn)行全盤分析，從而迅速做出反應(yīng)，達(dá)到整個(gè)項(xiàng)目安全有序地進(jìn)行。信息化管理流程圖如下：信息化管理流程圖 &l

34、t;/p><p><b>　　四、雷達(dá)檢測 </b></p><p>　　頂管施工完成后，應(yīng)進(jìn)行雷達(dá)檢測。 </p><p><b>　　1）檢測內(nèi)容 </b></p><p>　　管道四周土體是否密實(shí)。 </p><p><b>　　2）測線布置 </b>

35、</p><p>　　本次檢測采用縱向布線，即在管道內(nèi)上下左右布設(shè)四條測線。在檢測過程中發(fā)現(xiàn)的異常部位，根據(jù)實(shí)際情況適當(dāng)進(jìn)行加密測量。 </p><p>　　3）探測方法與原理 </p><p>　　地質(zhì)雷達(dá)是一種寬帶高頻電磁波信號(hào)探測方法，它是利用高頻電磁波（主頻為數(shù)十至數(shù)百乃至數(shù)千兆赫）以寬頻帶短脈沖形式，由地面通過天線傳入地下，經(jīng)地下地層或目的物反射后返回地面

36、，被另一天線接收。脈沖波旅行時(shí)間為T。當(dāng)?shù)叵陆橘|(zhì)的波速已知時(shí)，可根據(jù)測到的準(zhǔn)確T值計(jì)算反射體的深度。雷達(dá)的工作原理及其探測方法見下圖。 </p><p>　　地質(zhì)雷達(dá)主要利用寬帶高頻時(shí)域電磁脈沖波的反射探測目的體。 </p><p><b>　　由公式 </b></p><p>　　雷達(dá)根據(jù)測得的雷達(dá)波走時(shí)，自動(dòng)求出反射物的深度z和范圍。 &l