沙土层顶管施工调研报告

摘要：本文分析了当前手掘式工具管砂土层顶管法施工存在的技术问题，并对开敞式手掘式工具管砂土层顶管法施工操作工艺及控制技术进行了阐述。

关键词：砂土层；开敞式顶管法；技术

Abstract: This paper analyzes the current manual digging tool pipe technology problems of construction sand pipe jacking method, and the open hand digging pipe sand layer of pipe jacking construction process and control technology are reviewed.

Keywords: sand layer; open pipe jacking method; Technology

手掘式工具管由于其正面敞胸,人工开挖,操作方便的优点,从顶管初期一直使用到现在,但是,采用手掘式工具管顶管法施工对地质条件有一定的要求,它特别适用于在壤土,砂壤土、粘土和泥灰等粘性土层,而对流砂、淤泥、沼泽地来说,顶管法施工受到一定的限制,特别是在砂土层中。结合今年在灞桥顶管的实践经验,就沙土层顶管施工操作工艺及关键控制技术,谈谈自己的一些心得体会。

1、当前手掘式工具管砂土层顶管法施工存在的技术问题

1.1 后靠土体稳定性差

由于砂土层中砂体自稳性能很差,一方面工作井的形成较难,再加之顶管所需要的总推力要通过后背墙传递给后靠土体,而后靠土体属于无粘性的松散砂土,往往会引起后靠土体的滑动和坍塌产生大幅度位移,使后靠土体缺乏稳定性,导致顶管工作井无法形成。

1.2 进出洞土体不能满足工具管进出洞要求

砂土层顶管进出洞时,由于砂土层中土体属粒状结构,颗粒之间无粘性,呈松散性,流动态,导致工具管一方面很难进入土体,另一方面往往会造成大量的砂土体漏入工作井,导致洞口周围地表大面积沉陷,造成顶管工具管无法正常进出工作井和接收井。

1.3 挖掘面坍塌

顶管过程中,由于工具管前挖掘面的土体坍塌、流砂,很难形成工具管头部正常需要的挖土空间,一方面造成顶力加大,另一方面造成头部的流砂堆积,并且由于土体缺乏顶管所必需的导向力,导致顶管过程中的关键环节纠偏工作难以进行,并且出土量大,引起地面沉陷,造成顶管无法正常进行工作,缺乏安全性、可靠性。

2、开敞式手掘式工具管砂土层顶管法施工操作工艺及关键控制技术

2.1 顶管施工操作技术

2.1.1我们一次顶进65米，20米处加一个中继间，顶进距离长，顶进阻力大。①我们先用3个320吨的千斤顶顶进，顶进距离12.5米，压力达到50MPa。②增加两个千斤顶，顶进距离12.5米，压力达到50 Mpa。③增加两台千斤顶，顶进距离17.5米，压力达到50 Mpa。④⑤⑥启动中继间，中继间先用3台200吨的千斤顶顶进，顶进8cm，阻力太大，一个千斤顶拉缸，无法顶进，分析是顶力不够。⑤增加两台200吨的千斤顶，顶进18cm，油泵压力达到45 Mpa，顶进阻力大，一次顶程需1个小时，分析是油泵出油量小。⑥更换高速油泵，剩余延米一次顶进完成。

2.1.2 主油缸合力中心必须与顶进方向一致主油缸左右对称分布,但其合力中心直接影响顶进管道顶进的方向,由于在管道进洞时,工具管入土较浅,土的支撑面较小,支撑面的应力就较大,工具管头部易下沉,入土深度增加后支撑面应力很快减小,工具管不再下沉,为了防止在进洞初期工具管下沉,顶力的合力中心也应偏下,一般顶力合力中心低于管中心R/5~R/4。

2.1.3 采用先顶后挖的掘进方式 在砂土层顶管施工操作中,掘进方式上和普通粘土地区顶管正好相反,普通砂土地区掘进方式是先挖后顶,而在砂性土中,必须采用“先顶后挖”的掘进方式,由于工具管前段的管帽较长,可直接切入砂土中,这样,再进行挖土工作,由于有了管帽的保护,一方面工作人员能在安全保护下进行,另一方面,由于管帽的阻挡,又防止大量流砂坍塌,或出砂量过大,及引起地面沉降等的问题。2.1.4 设置活动隔板 在顶管过程中,为了防止正面阻力过大,可将水平隔板设计为活动隔板,顶进时取掉隔板,顶进后再插入隔板,这样既可防止顶管阻力太大,又可保证挖土工作时防止砂土坍塌。

2.1.5 充分利用砂土的假粘聚现象 由于本试验地段属一般性风积砂地区,风积砂尽管其C值很小,但顶管处的砂土,由于具有一定含水量而存在着假粘聚现象,因此每次顶进后尽快将其格栅上的砂土清理,挖掘面的砂土由于存在假粘聚力,并不会立即发生坍塌和流砂现象,从而使挖掘面保持短暂的稳定.

2.1.6 顶进速度控制 顶进开始时,应缓慢进行,待各接触部位密合,再按正常顶进速度顶进,顶进中发现油路压力突然增高,应停止顶进,检查原因并经过处理后方可继续.回镐时,油路压力不得过大,速度不得过快。另外,挖出的土应及时外运,及时顶进,尽可能使顶力限制在较小的范围。2.2 砂土层顶管顶进方向偏离的原因及其特点

2.2.1 顶进方向偏离的原因

顶管过程中,由于各种原因使管道偏离轴线是经常发生的,分析顶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:①推进管线不可能绝对在一直线上。②地层正面阻力不均匀,使工具管受力不均匀,形成导向差,造成管道偏离轴线。③顶管后背发生位移或不平整,使顶力合力偏移,造成管道差。④管道截面不可能绝对垂直于管道轴线。⑤管节之间垫板的压缩性不完全一致。⑥推进管道在发生挠曲时,沿管道纵向的一些地方会产生约束管道挠曲的附加抗力。以上几条原因造成的直接结果就是顶管顶力产生偏心,管道轴线与设计轴线偏差过大,使管道发生弯曲,甚至造成管节损坏,接口渗漏。2.2.2 偏差特点①砂土层顶管易出现偏差 在砂土层中顶管易出现偏差,砂土层中顶管一般比较容易出现工具头仰头和叩头现象,主要是因为一方面由于砂土属于软弱土,砂土地基反力小,如果工具管设计重量过大,便很容易出现叩头现象,另一方面如果没有很好的解决挖掘面的坍塌问题,便会出现工具管头部由于流砂堆积而出现仰头现象。②出现偏差后纠偏难度大 工程经验和现场试验均表明,砂土层顶管一旦出现偏差后纠偏难度很大。

2.3 顶进方向控制技术及其纠偏措施

2.3.1 顶进方向控制技术 顶管的过程实际上也是一个不断纠偏的过程,纠偏是指工具管或管道偏移设计轴中心,利用工具管的纠偏机构或其它措施,改变管端方向,减少偏差,目的是使管道沿设计轴线顶进。顶管偏差出现是常见的,但采取一定的预防措施可减少偏差出现的机会和偏差量,预防措施主要有以下方面:①加强顶管后靠背的施工质量,确保后背不发生位移,应使后背平整,以保证顶进设备的安装精度。②导轨是顶进中的导向设备,安装导轨时要反复检测,使中线、高程、坡度必须符合要求,顶进中应勤检查,防止偏差过大。③顶管施工前应对管道通过地带的地表情况认真调查,测力装置,指导纠偏,纠偏应按照勤测量、勤纠偏、小量的操作方法进行。④顶进过程中应随时绘制顶进曲线,以利指导纠偏工作。⑤工具管管帽切入砂土的长度应按经验公式L=D×CtgФ计算,不可太长,防止砂土坍塌,导致工具管低头下沉。⑥管道产生大量坍塌后,土在挖掘面上形成一个斜坡,同上部的土坍空了,土压力减少了,切不可盲目猛顶,防止工具管迅速爬高.⑦及时了解管道各接头上实际顶推合力与管道轴线的偏心度。随时监测顶进中管节接缝上的不均匀压缩情况,从而推算接头端面上应力分布情况及推合力的偏心度,并以此调整纠偏幅度,防止因偏心度过大而使管节接头压损或管节中部出项环向裂缝。

2.3.2 纠偏措施 顶管产生偏差后的校正应逐步进行,形成大的偏差后,不可立即将己顶好的管子校正到位,应缓慢进行,使管子逐渐复位,绝对不能猛纠硬调,以防产生相反的效果,一般常用的方法有以下几种:①超挖纠偏法 偏差为1~2cm时,可采用此法,由于砂土含有一定水分,顶进后,短时间内存在一定的假性粘聚力,这时可采用在管偏向的反侧适当超挖,而在偏向侧不超挖甚至留坎,形成阻力,使管节在顶进中向阻力小的超挖侧偏向,逐渐回到设计位置。②工具管纠偏法 当管道在顶进进程中出现偏差时,可利用两段式工具管内的纠偏千斤顶使偏斜一侧的千斤顶出缸口即可对管道偏差进行校正,校正后在每次顶进前进行,此时管内砂土最少时最易纠偏。③强制纠偏法 当偏差较大时,在超挖纠偏和工具管纠偏千斤顶不起作用的情况下,可用此法,用圆木或方木的一端顶在管子偏向的另一侧内壁上,另一端斜撑在垫有钢板或木板的管前土壤上,支顶牢固,即可顶进,在顶进中配合超挖纠偏法和工具管纠偏千斤纠偏法,边顶边支,利用顶进时斜支撑分力产生的阻力,使顶管向阻力小的一侧校正,我们在砂土层中试验时,主要由于砂土地基反力不够,由于纠偏需要一定的地基反力,为了避免强制纠偏失灵,事先在管前对部分的砂土进行碎石置换,对地基进行了加固处理,这样原木一端支在加固后的地基上,纠偏效果明显。

3、结束语在砂土层中通过开敞式手掘工具管顶管法施工技术的实践研究,表明了施工中采用的砂土后靠土体和工作井及接收井进出洞口土体换填素土的加固方法,可以有效的解决工作井后靠土体不稳定以及工具管进出洞土体坍塌、滑动的问题,并具有一定的经济性、实用性和易操作性。