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【关键词】市政排水; 非开挖拉管技术; 应用
一、非开挖拉管技术的特点
非开挖拉管技术不同于之前的传统开挖技术,在技术特点方面,其就在于非开挖拉管技术的应用。也就是说非开挖拉管技术并不需要在地表上进行挖掘工作,对市政排水工程进行地下管线的修复工作,以及更换工作和重新铺设工作等内容,都是通过钻机钻进的方式来进行的,不仅省去很多劳力强度,而且提高了速度,避免破坏城市的公共设施。除此之外,非开挖拉管技术的技术特点还能够适应砂土、粘土、粉土等不同的地域,以及不同施工的环境,这样其可以施工的范围和时间都极大的扩展了。而且,施工要求较为简便也是非开挖拉管技术的一大特点,进而使得该技术具有较强程度的可操作性,比如在非开挖拉管技术的施工中,工程的施工人员只需要对工程的施工现场进行必要的勘察。
二、非开挖拉管技术的优点
对于环境的污染程度较低,相对传统开挖技术来说是非开挖拉管技术作的第一个优点,而且在施工中,不像传统开挖技术会产生粉尘和噪音。所以非开挖拉管技术不会影响工程的进度和工程周边的环境。与此同时,该技术对于施工当地的地貌破坏程度也是非常轻微的,在这一点上,非开挖拉管技术的优越性也淋漓尽致的体现出来了,同时对当地的正常交通运行都不会产生影响。非开挖拉管技术在施工中的速度也是非常快的,在现场的工作效率非常高,因为施工的工具不是非常的复杂,主要就是几个电转机,所以工程的施工设备可以够灵活的进出施工现场,节省了很多的人力和时间。另外,施工成本低也是非开挖拉管技术的重要优越性。在施工中,它是采用非开挖的施工方式,所以不需要给现场进行土方挖填和基坑抽水作业。这在很大程度上节约了时间和费用,这项技术的熟练的应用,给我们带来了很大的经济效益。除此之外,非开挖拉管技术还有安全可靠性高的优点,因为通过该项技术的应用, 施工人员只要在地面上进行作业就可以了,和深基坑作业不同,地面上没有什么不良的施工环境。这些客观条件非常有利于提高施工安的全系数,规避了施工中有可能产生的很多危险性程序。不但如此,就连管道的焊接工作也是在地面上完成的,那么施工人员对焊接质量的检测也给予了方便,进而有效地保证了整个工程的施工质量。实用性强,技术先进以及环境效益,还有经济效益良好,以及适用面广是我们总结的非开挖拉管技术所拥有的优越性,我想在以后的发展中,其还会发展处更多的优点来。
三、市政排水施工中对非开挖拉管技术的实践应用
在市政排水施工中,非开挖拉管技术的应用不仅仅是一个小的工作流程和单方面的一个环节,其是一项系统性的工程,其中管道铺设中的应用,管道替换中的应用和管道修理中的应用等,都是其主要的工作内容。下面我们就从这几个方面对市政排水施工中非开挖拉管技术的应用进行分析和探讨。
1 管道铺设中的应用
对于大口径管道进行铺设时,施工人员选用顶管施工法是非开挖拉管技术在管道铺设中的应用要求,因为这种方法可以很好的处理这个工程的细节问题。而相对于小口径的管道,我们需要使用微型隧道施工法和冲击矛法,以及导向钻进法等施工方法,来对相应的铺设工作进行处理。除此之外,在微型隧道的铺管过程中要想非常准确地控制管道的铺管方位,那么在现有的技术中,我们别无选折,只有非开挖拉管技术可以很好的做到这一点。在此基础上,这项技术可以更加有效地控制地面沉降,还可以平衡地层压力,并且最终实现地下管道的非开挖铺设。
2 管道替换中的应用
通过对过去的管道置换方法,从而有效的进行革新和改良,才是非开挖拉管技术在管道置换中应用的主要目的。具体的解释就是,因为之前的管道铺设方法相对而言比较困难,那么这种方法对现今的市政工程进行能进行有效的满足。吃管法和爆管法等方法是非开挖拉管技术在管道置换中应用的主要方法。吃管法就是说,工程施工人员需要通过使用特殊的隧道掘进机,再以之前的工程中存在的旧管为导向,施工中不但要添加新的管道,同时也要将之前的旧管一起切削破碎,这也要把周围的土层纳入其中,在此基础上,形成更大直径或者是相同直径的孔,进而能够更好地完成管线更换,还能将全新的管线进行顶入。与此不同的是爆管法的应用技术,胀管法或者是碎管法是爆管法的另外两种说法。我们可以通过使用相应的爆管工具进入旧管的管道口,在进口坑开始的地方就开始对旧管进行击碎处理,然后在机器动力的作用下将旧管的碎片用扩孔器挤入到旧管周围的土层中去,最终去掉旧的管线换入新的管线,这种方法的有效合理的应用在实践中,不但可以促进管道替换整体水平提高,对工作效率和工程质量都是一个有效的保证。
3 管道修理中的应用
当排水机器自身产生生锈现象和腐蚀现象的时候,而众所周知排水管道的腐蚀会引起排水管道的泄露,说明在市政排水工程中,设备使用的时间已经很长时间了,如果严重的话将会造成非常严重的环境污染。因此需要及时的对其进行修复,如果一但在工作中疏忽大意,没有把这些锈迹斑斑的设备进行全面的检查和维护。当用这些设备进行排水的时候,管内输送额介质就会产生流失等一系列的问题。软衬法和喷涂法以及内衬法是我们修理管道的三个主要方法。下面我们就一一了解一下这些方法在施工中的具体应用。软衬法是第一种方法,也称为固化法,简单些说就是在现有的旧管内壁上,通过衬一层热固性的物质,然后我们可以利用热气和紫外线或热水等加热的方法,让这一层热固性的物质产生固化的现象,在这些旧的管壁上形成薄薄的一层,这样就可以不费吹灰之力的让薄衬管与旧管紧密和黏连和配合在一起了,而对过流断面管道没有一丁点的损耗,但是其流动性能却大大的提高了,可谓是一石二鸟的好方法。喷涂法主要是用于管道的防腐处理上,同时如果管道的管壁有破损的话,也可以通过这种方法让其形成结构性内衬,然后涂抹在旧管的内壁即可。实践操作的时候,需要在绞车的牵引下,再利用高速回转的喷头,让其一边后退一边将环氧树脂,或者水泥浆液在旧管道的内壁上均匀地进行喷涂即可。
四、总 结
非开挖拉管技术在管道修理中应用的重要性是不言而喻的,在以后的市政排水施工中,非开挖拉管技术还是大有可为的,因为有点相比传统的方法非常明显,所以通过今天的探讨和学习,希望对以后的技术发展有所帮助。
参考文献:
[1]罗磊华.刍议市政道路埋管施工中非开挖施工技术的应用[J]. 江西建材,2014,02( 28):33 -35.
[2]王守立.非开挖拉管技术在市政排水施工中的应用[J]. 中国给水排水,2009,02( 17):133 -135.
关键词:下穿铁路;长管幕;施工;技术
中图分类号:U455
文献标识码:B
文章编号:1008-0422(2008)07-0205-02
1 工程概况
厦门市高崎互通连接线同既有鹰厦铁路杏林大桥成小角度斜交,互通连接线采用下穿隧道方式通过,隧道分左右两线,其中左线78m,右线110m。隧道通过地段地表为第四系全新统人工填筑土,结构松散、厚度4m左右,其下为第四系全新统长乐组海相沉积层,第四系更新统龙海组冲、洪积层以及燕山期花岗岩。隧道场区内地表水主要为海水,临近厦门西海域有大片养殖池,其水位受潮汐影响:地下水不发育,主要受大气降水补给,地下水位受季节性控制明显。
隧道拱顶距地表的最小深度仅为2.5m,因此隧道施工不可避免的会对周边地层以及上部立交桥产生一定的影响。为了隧道施工安全并确保隧道开挖过程中上部的铁路安全,隧道施工过程中进行了超前支护,超前支护采用管幕支护,其长度达110m。
2 管幕施工工艺流程及技术要求
2.1 管幕施工方法及工艺流程
管幕法施工即在隧道的开挖线外侧,按400mm间距,沿隧道轴线方向将φ299×12mm的钢钢管水平铺设在土体里,钢管之间采用锁扣连接,并在φ299钢管连接处打入φ60钢花管,通过φ60钢花管对土体进行注浆加固并使φ299钢管成为一个整体。
根据本工程的具体地质情况及工程特点,采用“前拉后夯”施工方法进行夯管施工,即首先利用水平导向钻机打设φ127的水平孔。根据水平孔的精度,分析是否进行扩孔作业,然后采用前拉后夯的方法:在前部用拉管钻机通过钻杆及连接头拉住φ299钢管,将φ299钢管拉入设计位置。在拉入过程中,如果出现回填卡钻现象时,局部用夯锤夯击通过。具体施工方法是:采用φ127钻杆在上部中间位置打设一个导向孔,要求此类导向孔的导向精度控制在20cm以内。导向孔完成后,根据具体地层情况判断是否进行扩孔作业,并提高钻孔精度。扩孔作业要采用挤扩的方法,不能采用通常水循环大扩孔方法,防止引起地层扰动,导致地面沉降。扩孔完成后采用前拉后夯法,将φ299钢管拉入,C型钢取消,在拉入时,可能会遇到回填及不均匀的硬地层引起卡钻现象,局部用夯锤夯法,在钢管后部施以夯力使钢管顺利通过,直至将钢管拉出对面掌子面。然后进行第二根施工,以上钢管铺设完成后,在两根钢管之间进行注浆加固,直至全部钢管铺设完成。φ299钢管全部布设完成后,采用φ20mm钢筋上下两排焊接将两端的管头连接起来,使端头部位形成一个整体。
管幕法施工工艺流程可总结如下:
施工准备测量放线设备安装有线导向钻进扩孔拉管单孔下管完成管内注浆管外注浆下一根钢管施工(下一循环)……全部完成后对钢管端头进行连接形成一整体。
2.2 管幕施工技术要求
2.2.1 打设时必须控制地表沉降,终孔跟踪注浆,注浆必须保证管内外间隙注满填充实,在打设时必须按照设计要求进行施作;
2.2.2 施工中先施作导向孔,再进行扩孔拉管,最后进行管内、管外注浆:
2.2.3 管外注浆不能对导向及扩孔产生影响,因此要错开时间和空间位置。
2.3 管幕施工技术难点
2.3.1 管幕施工中要求导向孔偏差不能大干25cm,拉管偏差不能大干15cm,本工程导向距离长,且地层条件复杂,极不均,导向孔打设及其精度控制难度大;
2.3.2 管幕离地表距离仅为3m,处于特殊地段,管幕打设过程中对地面沉降的控制难度大。
3 管幕施了管位精度控制技术
3.1 定向钻进施工工作原理
定向钻进方法是非开挖管线施工的一种方法。该方法要求在钻进过程中能准确测定钻头在地下的位置和方向。根据钻头在钻进过程中的位置和方向同设计轨迹的差异,利用能调节方向的钻头(一般为楔型钻头)改变钻头的钻进方向,从而完成铺设工作。钻头钻进示意如图1所示。
钻头内装有特制的传感器,传感器由信号线连接显示屏。显示屏显示钻头的倾角和面向角(导向板的方向:导向板朝上即为12点,如同钟面)。打设角度如偏下,可以把钻头调到12点,即导向板朝上,直接顶进,此时由于导向板底板斜面面积大,受到一个向上的力,钻头轨迹就会朝上运动。同理在6点纠偏可以使钻头轨迹朝下,9点、3点分别是为左、右纠偏方向。如果角度合适,钻机会匀速旋转钻进,此时钻杆轨迹一般是平直的,所以导向钻头是上下纠偏的关键。
导向钻进中,导向管是随钻打入的,导向管就是护壁管,起到套管护壁作用。
3.2 钻具要求
钻孔采用水平钻机完成。水平钻机设有轨道,能平移、升降钻机平台。全液压水平钻机回拖力50t,扭矩23000Nm,打设最大导向孔φ325mm,一次性最大扩孔直径在此类地层中可达400mm,打设时采用泥浆护壁,一次性成孔,然后前面用拉管机通过钻杆拉动扩孔头扩孔,并由万向节同φ299钢管连接保证方向,并拉动钢管,将钢管拉入,如遇障碍物不能拉动时,后面用夯管锤锤击,直至设计深度。
钻杆为φ159mm×5钢管,两端为φ159mm×12mm接手,加工成每根6m,钻头为楔型钻头,斜板加安硬质圆柱合金,可破除一般回填砖石。φ299管幕钢管采用厚度为10mm无缝钢管,钢管之间加内接管箍,管箍长400mm,采用直接对焊连接。
3.3 水平定向钻进控制技术
水平定向钻进能长距离打设,而且能保证质量,因为打设采用楔掌斜板钻头,钻头后面200mm处装有有线或无线导向探棒,操作台上有显示屏,如有偏斜随时可以调整角度,终孔偏差可以控制在25cm以内,能够达到设计要求。
3.3.1 利用φ159的钢管作钻杆,使用回旋钻进,并利用有线和无线两种导向方法,严格控制导向精度。利用高精度有线导向仪及管内光学测量系统能控制精度为3%,利用无线导向仪器在地表进行测量定位,能控制偏差在20cm以内。导向孔偏差如大于20cm,可以采用扩孔方法将孔径扩大到φ250-φ300再利用前拉后夯法下管。拉入时φ299钢管的管头是敞口的,并且钻
杆同φ299连接处不在φ299钢管的中心位置以部分调节导向孔打设后形成的偏差;
3.3.2 严格控制钻进速度,采用低速钻进。必要时用拉管机将钻管拉回注浆,待固结后重打,要24h观察地面情况,发现问题立即处理:
3.3.3 水平定向钻进时,每打设一根钻杆可以检测1~2次是否偏斜,如有偏斜立即校正;
3.3.4 如果出现回填物使钻杆不按预设路径钻进,可反复旋转进退,将回填物破除。如仍不能清除,可撤回钻杆,用气动潜孔锤清除,然后继续钻进。
4 管幕施了地表及大桥沉降控制技术
4.1 出土量控制技术
为避免引起地面沉降,要保证实际出土不能大于理论出土值,要尽量减少对地层的扰动。因此扩孔直径不能大于299mm,控制出土量;导向孔打设位置要距已铺管幕或已有导向孔1m以上,不能在已拢动的位置继续钻孔;要控制水量,尽量减少夯击时间,减少对地层的扰动。
4.2 注浆施工控制技术
为了避免相临管幕施作后引起地层松动,确保地面无沉降,在管幕施工过程中须适时在管幕外侧进行回填注浆,以补偿地层的松散变形,更加有效地控制地层的扰动变形。跟进回填注浆采用φ60mm钢花管注浆。
4.2.1 注浆采用水泥浆,水灰比为1:0.8,注浆量根据钢管内和钢管外的间隙计算多少立方,然后看地层渗漏情况确定每一根钢管的注浆量。注浆要求管内管外分别加注,泵压控制在0.5-0.8mpa以内,停15-30分钟进行二次补浆,确保管内外填充质量、泵压低会影响地面下沉,泵压高会影响地面拱起。注浆必须控制好注浆量、注浆压力等每一个环节,保证达到设计要求为标准;
4.2.2 管内注浆:管内注浆采用水泥砂浆(C25),水灰配比为1:0.8,注浆由一端进行,注浆口设在一端,出浆口位于另一端,设在钢管顶部,当出浆口流出浆液后,关上阀门,然后加压至0.8Mp。待浆液固结后,进行二次注浆,即将一端钢管端头部位割开,使管内水流出或抽出,然后进行填充注浆,填充注浆时,可加入适量的膨胀剂,注浆效果通过割开管头部位进行检验;
4.2.3 管外注浆:管外注浆通过专门的φ60钢管进行,φ60钢管位于φ299钢管之间,φ60钢管须钻φ15注浆孔,注浆孔按海米4个孔布设。首根及尾根注浆管不设注浆孔。注浆前要先将注浆管内泥土清出,保证两端通畅,注浆压力不宜超过0.8Mp;
4.2.4 注浆前要确定注浆水泥及膨润土的比例,要做水泥不同比例膨润土试块,最终确定管内及管外注浆配比
4.3 施工同步监测技术
4.3.1 管内测量点的布置
为了第一时间发现在管幕布设及后续开挖过程中沉降数据,在左右两边各设一个空管作为测量观测管,在每个测量观测管南北两端管内设测量观测点,观测点距管端口15m。
4.3.2 地表沉降的监测
对于本项工程的施工,其主要的监测内容为地面的沉降或隆起的监测,管幕施工引起的地面沉降要控制在5mim以内。本项工程的监控内容为:
(1)在施工之前对路面进行原始数据的采集,并按照设计要求进行沉降点的布设。
(2)施工过程中按照设计要求的监测频率进行地面沉降观测。但根据各个不同的工序和异常情况的出现,实时进行监测。其监测的频率为:
1)地面观察,随时进行,包含地面的隆起、裂缝、塌陷等异常情况:
2)沉降观测:根据不同的工序选取监测频率,导向孔及拉管施工工序按12h进行一次监测;注浆工序,则24h跟踪监测。
3)在注浆过程中随时监测随时指导注浆施工,出现异常立即停止注浆。
5 管幕施工控制效果分析
厦门市高崎互通连接线下穿鹰厦铁路隧道长管幕施工工程进展顺利,在施工过程中各钢管安装方向控制较好,最大偏差在15cm以内。由于施工过程中注浆等施工措施及时到位,地表沉降较小,最大沉降在5mm以内。这说明本工程各种施工技术措施对管幕施工的控制效果较好,可以在其它类似工程中推广应用。
Abstract: In the gas pipeline laying process of Beijing which is a mature metropolis, due to various unforeseen factors, such as the complexity of other underground pipelines, the open construction can not be specified during construction. Therefore, in the laying process of city gas pipeline, trenchless technology is widely used to the actual construction of project. Based on the status of gas pipeline in Beijing, this paper summed up the pros and cons of pipe jacking, pipe ramming and directional drilling trombone, and analyzed the selection cases in actual project, in order to select the most suitable trenchless technology construction program.
关键词: 非开挖技术;顶管;夯管;定向钻拉管
Key words: trenchless technology;top tube;pipe ramming;directional drilling trombone
中图分类号:TU996.7 文献标识码:A 文章编号:1006-4311(2014)08-0130-03
1 非开挖技术简介
非开挖施工,在实际施工中一般泛指,由于受到地形、地质及其他因素制约,无法进行明开槽施工的条件下,进行的在基本不破坏原有地表特征,而在地表相应深度以下进行的施工。非开挖施工技术是指利用各种岩土钻掘的设备和技术手段,在地表不开挖沟槽的条件下,铺设、更换各种地下管线的施工技术,国外叫做Trenchless technology 或 No-Dig。
1.1 非开挖技术的分类 非开挖技术包括管线的铺设、修复、更换和探查四个领域(图1)。
1.2 非开挖技术的优点 与传统的挖槽铺管的施工方法相比,非开挖施工具有以下主要优点:
①非开挖施工不阻断交通,不破坏道路和植被,无污染,无噪音,因而可以避免造成扰民问题、交通干扰问题,以及对环境建筑基础的破坏影响。②在开挖施工难以进行或根本不允许进行的情况下,采用非开挖技术可使管线施工成为可能,并且可将管线设计在施工工程量最经济合理的地点穿过。③减少了开挖施工的地下作业工程量,减小了在高地下水环境下作业的施工难度,增大了安全保证系数;加快了施工进度,缩短了施工工期;作业面小,可控制铺管方向,施工精度高,综合施工成本低。④成本低,应用广泛,有较好的经济效益和社会效益,特别是当埋深和管径越大时,其效益更加明显。
1.3 非开挖技术的常见施工技术介绍
1.3.1 顶管施工技术介绍 顶管施工方法是目前在市政施工过程中最常见、应用范围最广的一种非开挖施工技术。与其他非开挖技术相比较,顶管施工技术提出及投入使用时间较长,技术相对成熟,适用范围较广,操作稳定性较强,技术较易掌握,因此在城市燃气管网敷设施工过程中,需进行非开挖施工时,多选用顶管施工技术。
顶管施工其实质是顶“套管”施工,在完成套管的顶进施工后,正式燃气管道在套管中敷设。套管材质多为钢筋混凝土管,也可为钢管。燃气管道在套管中敷设时需采用方法固定,施工完成后,套管内可填充中粗沙,避免形成爆炸空间,套管两端用砖砌体封闭,避免进水加大燃气管道的腐蚀。重要地段(例如过河、过铁路)需在套管两端安装检漏管,检查监测套管内是否存在燃气。
1.3.2 夯管施工技术介绍 夯管施工技术在近十年来被大量应用于燃气管线工程施工,夯管施工顶进的仍为套管,其材质为钢管。多数用于穿越城市主干道,大型路口的非开挖施工。夯管施工技术与顶管施工技术原理基本相同,其最大区别点在于顶进机械的设置安装。顶管施工采用千斤顶作为顶进设备,千斤顶必须在顶管工作坑内依靠后背作为顶进时的支撑,后背承受顶进过程中的全部阻力;而夯管施工采用液压夯管锤或气动夯管锤作为顶进设备,不用依靠后背进行顶进。因为夯管施工的这一特点,其施工效率要高于顶管施工技术,同时由于顶进机械的革新,选用的材料,夯管施工的成本比顶管施工有所降低。因此,更高的施工效率,更低的工程成本,成为夯管施工技术明显优于顶管施工技术的两大优势。
1.3.3 定向钻施工技术介绍 定向钻施工技术在施工效率、施工成本上具有顶管和夯管施工技术所无法比拟的优势,而这种优势的形成,是源于定向钻施工技术的自身特点。①定向钻施工技术直接针对燃气管线本身,而并非像顶管、夯管施工技术一样是针对套管的施工方法。这一本质区别使定向钻施工避免了增加大量主材费、人工费,大幅度的降低了施工成本,同时由于不必进行套管施工,整体施工时间大幅度降低是必然的结果。②定向钻施工技术管道在钻进敷设过程中呈弹性曲线敷设,而非顶管、夯管施工技术的水平顶进敷设。③定向钻施工技术要求管材防腐采用三层PE防腐技术,同时由于主管道不必从套管中穿越障碍,燃气管网的电保护方案不必考虑局部增加带状牺牲阳极,即节省了投资,又缩短了施工周期。
2 顶管技术的施工方法
2.1 顶管施工技术的分类 顶管施工技术按照具体顶管施工方法可大致分为三大类:①人工掘进顶管施工法:最基本的顶管施工方法,在顶进过程中,由人工在套管前方掘土、出土。施工进度较慢,但施工成本较低,较适用于短距离顶管施工工程,而在长距离顶管施工中,由于人工费用的增加,会造成工程成本的的整体上浮。②机械掘进顶管施工法:在被顶进的管道前端安装机械钻进掘土设备,配置皮带运土机械代替人工挖运土的顶管方法。施工效率较高,但由于设备投资较大成本偏高,不适用于短距离顶管施工工程,同时受地质条件限制,无法应用于含水土层和岩石地层。③水力掘进顶管施工法:利用水力掘进工具管进行掘土,施工效率较高,但设备投资较大,对水源及泄泥场所有很高要求。如在短距离顶管工程中应用,会造成施工成本大幅度增加。通过综合考虑这三种顶管施工方法各自的优劣、成本,以及燃气管网敷设施工中使用非开挖施工技术的目的、施工成本,人工掘进顶管施工法成为燃气管线首选的,也是最常用的顶管施工方法(后文顶管施工法均指人工掘进顶管施工法)。
2.2 顶管施工的几个条件 在燃气管线顶管施工过程中,必需满足以下几方面条件,才能确定顺利完成顶管施工。①施工现场的详细地勘资料,水文资料,是制定顶管施工方案的基础资料。缺失相关资料,则方案的制定将无从谈起。同时,掌握第一手地勘情况,也是采用其他非开挖施工技术制定施工方案的先决条件。②掌握详实的施工现场地下管线资料,是制定顶管施工方案及其他非开挖施工方案的基本要求。③施工现场有足够的位置布置顶管工作坑和接受坑,是可以进行顶管施工的必要条件。顶管工作坑的长宽尺寸必需满足如下要求:
宽度:B=DW+2b+2c(1)
长度:L=l1+l2+l3+l4+l5(2)
式中DW——套管外径(m);
b——套管两侧操作宽度,一般为0.8~1.6m;
c——撑板厚度,一般为0.2m;
l1——管子顶进后,尾端留在导轨上的最小长度,钢筋混凝土管一般为0.3~0.5m,钢管一般为0.6~0.8m ;
l2——每根管长度(m);
l3——出土工作面长度,一般为1.0~1.8m;
l4——千斤顶组装总长度;
l5——千斤顶后座及后座墙的总厚度 (m)。
④各项施工数据的准确计算,尤其是千斤顶顶力计算,是顶管方案切实可行的保障。千斤顶顶力一般按下列公式计算:P=K[Lf(2PV+2PH+P0)+RA (3)
PV=gρhDW (4)
PH=gρ(h+DW/2)*tg2(45°-?准/2) (5)
式中P——最大顶力(N);
K——安全系数,一般可取1.2;
L——管子顶进的总长度(m);
f——管壁与土壤的摩擦系数,土壤含水量越小,取值越大;
PV——顶进管子上方的垂直土压力(N/m);
PH——管子侧面的水平土压力(N/m);
ρ——土壤密度 (kg/m3);
h——管顶以上的土柱高度(m);
DW——管子外径(m);
?准——土壤的内摩擦角(°);
P0——管子的重力(N/m);
R——管前刃脚的阻力(N/m2),一般R=5×105N/m2;
A——刃脚正面积(m2)。
⑤顶管过程中,高程、角度的严密监测,随时校核调整,是保证顶管工程顺利进行的必要手段,是防治发生偏顶,造成工程失败的有效措施。
⑥顶管工作坑、接受坑属于深基坑施工,采用适当放坡、锚喷护壁、钢框架支护等施工技术措施处理坑壁及坑底,是确保施工安全,保证施工顺利进行的必要措施。
⑦顶管施工中使用触变泥浆,既可减少顶进阻力,加快施工进度;又能够对松散土质起到加固作用,降低了发生塌方的可能性,是提高施工效率,增加经济效益的有效措施。
2.3 钢筋混凝土管顶管施工特点 通过近几年来实际工程中的总结,笔者认为,顶管施工技术,根据使用管材的不同(即钢筋混凝土管和钢管)其顶管适用范围是不同的。
钢筋混凝土管顶管施工特点:管材规格多、管腔空间大,便于在套管内进行掘土施工,材质不存在腐蚀问题,抗压强度大,不易产生形变。但施工速度慢,施工所需机械型号偏大,需投入一定成本。
鉴于以上特点,钢筋混凝土管顶管施工适用于有足够工期的穿越河道、铁路路基、公路、桥涵的中长距离顶管施工,以及施工现场土壤腐蚀性较高的顶管施工。
3 工程实例
在2006年5月“平房西路燃气工程”施工过程中,由于现状化粪池无法拆除,且道路工期紧迫,要求5天后具备路面铺油条件,经过分析计算最终决定采用钢管顶管施工法穿越障碍。钢套管管顶距化粪池底部混凝土基础1.0米,距道路路面5.0米,顶管长度12米,采用DN700厚度为12mm的钢管作为套管,因工期要求工作坑无法采用锚喷护壁,采用工字钢框架密板支护。从工作坑开挖到完成燃气管线施工,向道路施工方移交工作面,共计用时3工作日,满足了道路要求,充分体现了钢套管顶管施工进度快的特点。虽然在现阶段燃气管线施工过程中大量使用了顶管技术,但需要指出的是在具备多项施工优势的同时,这种施工技术的不足也是相对明显的。
①施工进度偏慢,不适于在工期要求较高的工程中采用。②施工过程中允许的误差范围小,由于在顶进过程中可进行的纠偏程度极小,因此在进行地勘调查、高程、角度的监测校核调整工作时必需十分准确。极小的疏忽、误差都有可能造成管道在顶进过程中遇到无法通过的障碍,或引起塌方事故,致使整个工程报废。③顶管工作坑、管道接收坑均为深基坑施工,如不能按要求做好坑壁的支护处理工作,形成安全隐患,极易导致基坑坍塌,造成重、特大安全事故。④燃气管道单管长度12米/根,如要整管穿入套管,则顶管工作坑的长度不应小于15米,会增加工作坑施工的难度,增大危险系数,造成工程成本明显上升。因此,在顶管施工后期的穿管施工中,往往会提前断管,每段管道长度在4~6米。这就造成燃气管道本身焊接、防腐等相应工程量成倍增加,在加大了施工量的同时,也增大管道发生渗漏的可能性。⑤顶管施工必须做好套管、主管道的防腐,电保护工作。钢筋混凝土套管接口处必须做好防水处理,避免地下水渗入套管,腐蚀主管道。钢套管及主管道在做好外层防腐的前提下,还要做带状牺牲阳极电保护处理,防止电化学腐蚀,加大了此部分的工程成本。同时,一旦因防腐、电保护工作疏忽,造成管道腐蚀,由于顶管施工往往敷设深度较深,不宜在保证用气的前提下进行管道更换,可能造成管网停气施工,增大管网运行成本。
可见,顶管技术的不足之处也是相当明显的。尤其施工进度偏慢,单项工程成本投入偏高的缺点,直接制约了顶管技术在燃气工程施工中的应用。同时,由于燃气管线施工具有施工周期短,投资相对较小的特点,因此,尽快出现能够更加适应燃气管线施工特点的非开挖技术,成为燃气管线施工管理、技术人员迫切的要求。
4 结论
通过以上分析不难看出,在现阶段的燃气管线施工中,由于地质条件、现场情况、施工周期、工程成本等多方面因素的制约,顶管施工技术、夯管施工技术、定向钻拉管施工技术均有所应用。那么,在燃气管线的非开挖施工过程中,如何选定最为合理的施工技术方案,个人认为应从以下诸方面综合考虑:
①根据详实可靠的地勘资料、地下管线资料,分析各种非开挖技术在此类地质条件下是否可行。确保施工能够顺利进行,保证安全施工,将施工中的危险系数降到最低,是选择施工技术方案时首先要考虑的问题。例如:现场土质过差,含沙量、含水量过高,土方施工中易形成塌方,不能或不宜进行深基坑开挖,则在考虑施工方案时,应首先考虑定向钻拉管施工。②根据施工现场条件,主要是根据施工现场面积,交通状况,相关部门对施工现场要求确定适宜的非开挖施工技术。③对于穿越灌渠、小河道,铁路路基的非开挖施工,建议在现场条件允许的情况下,采用钢筋混凝土顶管施工,避免沉降和渗水对燃气管道自身形成危害。④工程的工期要求是确定非开挖施工技术方案的重要因素。任何工程,都有明确的工期要求,无法达到工期要求,再优秀的施工方案也是纸上谈兵,不切实际,不可能被选用。工期要求越紧,越应选择施工效率高的施工技术方案。就三种非开挖施工技术的施工效率相比较,定向钻施工无疑是最快的,其次是夯管施工,再次是顶管施工。⑤在以上条件均能满足的条件下,施工成本的高低成为确定施工方法的决定性因素。作为燃气管线施工企业,在正常范围内尽量降低施工成本,提高利润空间是正常的也是必须的满足企业自身生存发展需要的合法行为。因此,在同等条件下,选择成本最低的施工技术方案,是符合企业经济利益效率要求的。
综上所述,相信通过对地形地质条件,现场施工环境,现场施工条件,施工工期要求,施工成本控制等多方面因素的综合考虑,在燃气管线的非开挖施工过程中,我们能够选择出最适合的施工方法。同时,随着各种非开挖技术的逐渐改进,日趋完善;随着新型非开挖技术的不断涌现,相信非开挖施工技术会越来越多的被应用到燃气管线的敷设施工中来,展现出它不可忽视的优势。
参考文献:
[1]原输配公司工程档案.
【关键词】倒挂井; 工艺原理; 施工特点;
[Abstract] with the development of city construction,municipal engineering more and more underground pipelines, in the pipe jacking construction work well,receiving well and inspection wells, these wells located infront of shops, some in the intersection, some on thestreet houses nearby, but well above and is always around underground pipeline some power cable,telecommunications fiber optic cable, optical cable,military and water supply pipeline, gas pipeline. Due to the normal excavation or open caisson construction is very difficult, but a greater impact on the surrounding environment and hidden safety problems, therefore theupside down well construction method.
[keyword] upside down well; technology; construction characteristics;
中图分类号:TU74文献标识码:A文章编号:2095-2104(2013)
倒挂井施工方法较多,可以采用砖砌倒挂,高压旋喷桩支护倒挂,灌注桩支护倒挂,钢板桩支护倒挂,而采用哪种施工方法,必须根据工程地质情况,地下管线情况以及成本控制各方面进行综合考虑。现结合我单位施工的南京市马家街、芦席营污水管道工程中倒挂井的应用进行总结。
一、工程概况
马家街、芦席营污水管道总长1499米,(其中D1000污水顶管约1042米,顶管工作井6座,顶管接收井3座,交叉井1座,DN1000开挖管84m,d400拉管182m)分马家街、芦席营两段。工作井、接收井平均埋深在6米左右,主要位于②-2粉砂层,且地下水位较高,土层自稳性能差,易坍塌,易产生流砂现场。工程主要位于马家街、芦席营两条街巷内部,道路狭窄,地下管线复杂,且井位距离民房较近,不具备大开挖及沉井施工条件。为了尽量减小对周围环境的影响决定采用倒挂井施工,外层为了保证倒挂井施工向下挖掘时井壁的稳定性与密水性,确保施工的质量与安全,采用高压旋喷桩在井壁四周先施工一圈帷幕墙隔渗,再进行钢筋混凝土倒挂井的开挖施工。
二、 工艺原理
“倒挂井”原理同逆作拱墙相似,也是用拱墙作为围护墙,拱墙形式有圆形闭合拱墙和和椭圆形闭合拱墙两种。施工时,拱墙水平方向分段施工,垂直方向分道施工,待上道拱墙合拢后再进行下道拱墙施工。不同的是,逆作拱墙的断面多成z字形,拱璧上下端宜加肋梁,材质为混凝土或钢筋混凝土。而”倒挂井”的拱墙断面成1字形,材质主要为烧结粘土砖,墙体内适当加钢筋混凝土圈梁。
三、钢筋砼倒挂井施工
倒挂井施工剖面图
为了保证倒挂井施工向下挖掘时井壁的稳定性与密水性,确保施工的质量与安全,在倒挂井外侧先施工二排双重高压旋喷桩,直径800mm,搭接300mm,再进行钢筋混凝土倒挂井的开挖施工,为更好的起到防渗作用,外侧高压旋喷桩深入底板下6.5m处,并在底板下4m范围内满喷高压旋喷桩。
倒挂井每道高度在设计图上有严格规定,必须按照设计图纸施工。必须在第1层井壁合拢后再往下挖土施工第2层。按照设计图纸要求,整个基坑井墙围护每1.0m一层施工。井墙轴线沿曲率半径方向的误差不超过±40mm,平整度不大于10mm。井墙施工采用连续施工,每层井墙施工时间要在24~36小时内完成。
按开挖断面往下挖土,挖土采用人工挖土装斗,8吨汽车吊配合垂直提升到地面堆堆放。因第一层土结构松散,需做护壁保护,护壁做至第一层顶部(在一般土层中,每节井壁高度宜为1500mm,)。挖土至够第一节的施工高度后,开始绑钢筋(钢筋与第二节的搭接部分没入土中),然后按结构要求支设模型浇注砼。待砼达到一定强度后继续挖土,直至挖够第二节的施工高度,然后绑钢筋立模型浇注砼(施工第二节时,要预留与第三节相连的钢筋;第一节预留的搭接钢筋清除干净后与第二节连接)。如此循环下去直至工作井底部。底板钢筋与最后一节预留钢筋连接后进行封堵。
由于地下管线较多,高压旋喷桩施工时受管线阻断,止水帷幕未能按设计搭接,存在间隙。倒挂井施工时大量的流砂从该间隙涌进井内,由于地下水位较高,流砂压力大,从内部封堵较为困难,漏砂严重的将造成井室及周边路面塌陷,给倒挂井施工增加了极大的难度,也使工程成本增加。对于漏砂的处理,项目部经过多种方法实践发现采用深井降水的方法最为经济、有效。倒挂井施工前根据井室大小、埋深及地下水位等情况预先在井边打设降水井,提前进行降水,待水位降至井室主体以下时再进行倒挂井施工,这样施工时便不会有流砂涌入,保证了倒挂井施工的质量和安全。
通过在该工程中的成功运用,使我们对倒挂井施工技术有了更进一步的认识,作为一种简单有效的施工方法,倒挂井施工不仅能满足施工要求,加快施工进度,也能更好的节约施工成本,为工程的顺利完工奠定基础。
参考文献:
【关键词】高速公路;卡口项目;机电安装工程;施工
Highway bayonet project Electromechanical Installations
Zhang Kun-fu
(Tianjin Expressway and Technology Development Co., Ltd Tianjin 300000)
【Abstract】Articles on the construction project in Tianjin highway bayonet mechanical and electrical installation works are introduced and analyzed. Firstly, the construction characteristics of the project; then introduced the pre-construction technology, personnel, equipment, preparation equipment and materials, and construction procedures, construction methods, the progress of the construction process, quality and safety control; Finally, highway mechanical and electrical installation construction points summarized.
【Key words】Highway;Bayonet projects;Mechanical and electrical installation works;Construction
天津市高速公路查缉布控系统建设项目(卡口项目)是为了规范各类机动车监控系统,形成统一的行驶机动车特征信息的存储、、共享、利用模式和机制,实现被盗抢、事故逃逸等涉案车辆信息的迅速、布控、缉查、报警,为公安机关打击机动车违法犯罪行为提供技术保障。本项目在天津市高速公路省际交界处建设测速卡口电子警察设备(包括高速公路十余条),新建高速支队电子警察中心平台,完成机房建设及管理,完成通讯系统的建设。
1. 施工特点
(1)车流大、车速快,施工危险性高。
本工程外场施工场所是在开通运营的高速公路上,车流大、车速快,对施工人员和车辆存在着极大的隐患。因此在组织施工时,必须仔细勘察现场,制定详细的施工方案,杜绝高速通行车辆对施工人员和车辆可能造成的安全隐患。尽量减少断交施工对高速公路交通的影响,确保通行车辆的安全行驶。
(2)夜间不允许施工。
《中华人民共和国道路交通安全法》规定没有特殊情况高速公路不允许夜间施工。
(3)占路施工协调多。
考虑到本工程外场施工过程中龙门架吊装、前端设备安装等必须占道封路等特殊情况,需要与交管、路政、高速管理公司(高速集团、新展公司、天昂公司、京津公司、海滨大道、华北高速)等多个部门协调。
2. 施工前准备
(1)技术准备。
施工前由主管工程师组织有关施工技术人员认真审核设计文件,特别对施工用设备、材料的规格数量逐项核对,发现问题及时与设计单位联系处理。认真做好施工调查和施工定测工作,定测中发现问题,要会同设计和业主共同研究解决。并由主管工程师根据施工合同、设计文件、物资、机具、人员、工期等情况编制施工组织设计,作为组织施工的依据,确保按合同工期要求竣工验交。
(2)人员准备。
在施工管理人员方面,抽调在通信、网络、电气、仪表等相关专业有丰富施工经验且具有较高理论水平的工程技术人员组成项目部管理班子。施工前采取各种形式对施工人员进行技术培训,由主管工程师对工程各工序施工要求及注意事项进行技术交底。
(3)车辆及机具准备。
车辆准备:工程指挥车2辆、货车1辆、吊车2辆、登高车1辆;
机具准备:配备发电机、切割机、焊接机、冲击钻、光纤熔接仪、光缆链接工具、电缆连接工具、地阻仪、管道疏通机、对讲机等。
(4)材料设备准备。
本项目机电工程设备材料量大,质量要求高,包括电缆、光缆、钢管、摄像机、补光灯、雷达、交换机、存储设备、路由器、定制龙门架、以及机房装修材料等。根据项目特点,需制定详细周密的设备材料采购计划,充分考虑业主与监理参与采购过程所需要的时间。
3. 施工程序和方法
3.1 管沟施工流程如下图1所示:
图1
3.2 光缆施工方案如下图2所示:
图2
3.3 直埋电缆敷设施工的工艺流程如下图3所示:
图3
3.4 拉管施工(供电线路通过道路时采用拉管方式)如下图4所示:
图4
3.5 前端设备安装施工方案。
前端设备安装分为三类,第一类在横跨高速公路的立交桥侧面安装。在立交桥侧面使用膨胀螺栓架设横臂支架安装固定抓拍单元、雷达、补光灯等前端设备,在桥下道路边坡处设置设备箱并制作基础。第二类利用现有门架进行改造安装,在门架平台侧面安装横向钢管,将抓拍单元、雷达、补光灯安装固定在横向钢管上。第三类为新建门架,边坡处制作门架基础,将抓拍单元、雷达、补光灯安装固定在新建门架横梁上。
3.6 占道措施。
在高速公路上施工时,施工前必须在确定施工地段前摆设高速公路施工安全警示牌和施工安全提示标志,并按前后顺序摆放。高速公路施工安全标志设施摆放规则如下:
(1)距施工路段1600米处设施“前方施工1600M”警告标志;
(2)距施工路段1200米处设置“限速80公里”禁令标志;
(3)距施工路段800米处设置“左、右侧道路变窄”警告标志;
(4)距施工路段600米处设置“限速60公里”禁令标志;
(5)距施工路段500米处设置“车辆慢行”警告标志;
(6)距施工路段400米处设置“向左、右改道”警告标志;
(7)距施工路段300米处设置“道路封闭”警告标志;
(8)距施工路段100米处设置“限速30公里”禁令标志;
(9)在道路恢复行使处设置“解除限速30公里”禁令标志;
(10)在距施工路段100 米开始设置隔离设施(反光锥桶);
(11)在距施工路段导行端口内安排两名疏导人员负责摆动红色警示旗指引车辆减速慢行,安全驶过施工区域。
4. 进度、质量和安全控制
(1)进度控制:为了确保本工程施工按期完成,项目部精心制定详细的施工进度计划和 进度计划实施措施,从施工管理、技术管理、物资管理、机械管理和人员管理等五个方面对整个施工过程进行控制和管理,制定详细的施工进度控制和各阶段的工期保证措施,确保工期进度计划的实现。
(2)质量控制:在本工程中,建立以项目经理为核心的质量保证体系,严格按照ISO9001质量保证标准要求对工程进行全过程控制,参与本工程施工的全体员工,在开工前进行有针对性的安全、质量岗前培训教育,培训完后进行考核,合格后方准许上岗,正确处理好“进度和质量、进度和安全生产、质量与安全生产”之间的关系,真正做到“安全为主,质量为本”。质量保证体系是项目部为了保证工程质量,运用企业系统的严格组织和科学制度,把项目部各部门、各业务环节的质量管理职能组织起来,形成一个有明确任务、职责、权限,互相协调、促进的有机整体,使质量管理制度化、规范化,从而满足业主的需要。
(3)安全控制:依据国家颁布的安全规程,结合本工程施工特点,建立健全施工安全的规章制度,落实安全生产责任制,建立安全防护体系,加强安全防护知识教育与技能培训,确保本工程施工生产的安全,使施工生产顺利进行。开工前制定本工程的安全防护规程,并组织施工人员进行安全生产培训,强化安全意识,安全考试合格后持证上岗。施工过程中,严格执行安全操作规程,实施规范化作业,做到领导不违章指挥,工人不违章作业,将“安全第一、预防为主”的方针落实到实处。项目部定期或不定期组织安全检查工作,发现事故隐患,要及时进行分析,并做到“三不放过”。做好劳保用品的管理和发放,保障职工的人身健康与安全。
5. 施工要点总结
(1)充分运用网络技术,精心组织进行交叉施工,抓住外场设备的安装调试及机房建设两个环节,确保其工序的连续性,同时发挥内部统一协调的优势,充分利用施工的时间空间上的可能,进行立体交叉作业,合理确立各专业工序的先后次序,确保各专业人员合理调派、配合解决各工序协调问题,确保总工期的实现。
(2)在技术质量管理方面,重点确保满足高速公路工程的高质量要求,注重执行交通行业规范标准并正确区分一般规范标准与交通行业规范标准的适用范围,交工资料必须执行公路质检部门的规定,工程质量由公路质检部门检验。
(3)尽量减少现场安排的施工周期,加强设备及系统的试验室单机调试和系统调试工作。利用实验室设备集中、测试试验仪器仪表设备条件齐全,容易模拟环境条件变化因素,将问题暴露在现场安装前尽早克服解决,做到设备到现场安装测试一次成功,加快现场的单机系统调试工作。
(4)在机具与设备材料采购方面,必须确保满足高速公路工程的高质量要求,必要时安排好业主的监造。由于业主和监理要深入到设备材料的采购过程中来,因此,在采购过程中要提前行动,在确保按进度要求及时供应的前提下给业主和监理留出足够的监造、考察或检测时间。
6. 结语
以上是笔者在从事高速公路卡口项目机电安装工程施工过程中的一些经验和体会,供同行们参考。
参考文献
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[2] GA/T 497-2009 《公路车辆智能检测记录系统通用技术条件》.
[3] GA/T 832-2009《道路交通安全违法行为图像取证技术规范》.
[4] GA/T 833-2009《机动车号牌图像自动识别技术规范 》.
[5] GB/T 21255-2007《机动车测速仪》.
[6] GA 408.1-408.14-2006 《道路交通违法管理信息代码》.
[7] GA 24.1-24.21-2005 《机动车登记信息代码》.
[8] GA/T652-2006 《公安交通管理外场设备基础施工通用要求》.
[9] GA/T670-2006 《安全防范系统雷电浪涌防护技术要求》.
[9] GB/T20271-2006《信息安全技术-信息系统通用安全技术要求》.