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摘 要：作为迈向国际化大都市的西安，目前已经入地铁施工建设的高峰期。同时与其配套的电力通讯管网工程也在加紧配置完善之中。在已建道路增建地下管网采用机械顶管施工尤为重要。本文对顶管施工过程出现各种质量通病就行重点论述，以便同仁加强顶管施工质量控制参考。
关键词：顶管施工；质量控制
Abstract: This paper discussed a variety of quality defects in the pipe jacking process, in order to strengthen the pipe jacking construction quality control reference.Key words: pipe jacking construction; quality control
中图分类号：TU71 文献标识码： A 文章编号：2095-2104（2012）05-0020-02
本文以西安市地铁二号线外部电源工程Ⅱ标段D2WDSG电力管沟出现质量通病控制为例加以论述。
工程概况
该机械顶管段为陕西省交警总队向南穿越南三环至红树林网吧段，顶进长度为473m，管道深度为9.5m---10.5m，所采用的顶进管材为三级钢承F型DN2000钢筋混凝土管材，其施工地质结构为黄土粉质粘土层。在保证南三环及高架桥正常通车的前提下，为确保不改变该地段的原图层应力，则采用了土压平衡机械顶管方式进行施工操作。
1施工测量
顶进前的准备测量阶段。
对于临时水准点、工作坑方位及高程进行准确标定，以确定管道的中心线位置。此外，还应按照设计要求对工作坑底基础及导轨的高程、平面布置尺寸、后背墙的位置等进行仔细核对。
2)顶进过程中的检查测量。
在管节顶进过程中,需不断对顶管机的高程、方向进行测量,为顶管施工中的主要工作。测量次数频繁,当发现偏差后需要进行修正时,观测次数增多。开始顶进时,为了保证首节管按设计轨道前进,也需增加观测次数。
在顶进过程中,必须不断观测顶管机前进的轨迹,检查顶管机的姿势是否符合设计规定的轴线要求。
3)工程竣工测量。
测定管道中心位置及管底高程。
4)地面观察测量。
施工前先在地面上选点测定基数,施工过程中定期不断地观察检查,观察管道沿线的地面标高是否发生变化。
顶管施工中,必须高度重视测量工作,要求:a.建立测量复核制度;b.测量仪器校验合格,保证测量精度,严禁出现测量超差现象;c.测量过程中,应注意清除干扰,避免出现不必要的偏差(必要时可暂停工再测量,确保测量精度)。
2顶管中的纠偏
因各种因素影响,管节顶进时会出现偏差,应及时进行纠偏处理(在动态顶进过程中纠偏)。
1)纠偏原则。
a纠偏要及时。顶进中不断监测机头的位置和前进趋向,发现偏差应立即纠正。在偏差小的时候纠偏,则轴线控制的精度高,但也不能太小;偏差达到多大时纠偏,要根据具体工程情况而定。
b机头的纠偏角要小。纠偏角小,可以使纠偏曲线相对顺直、平缓地回到设计轴线上;反之,纠偏角过大,则往往会造成纠偏曲线过陡,管路前进方向发生急剧的转折,容易出现“大起大落”的“超调”现象,严重的还可能导致管节发生损坏。因此,在纠偏操作时要尽量采用较小的纠偏角。
c及时回零。在纠偏千斤顶回零以后,由于“惯性”机头会沿原坡度(千斤顶回零时的坡度)继续前进。如果回零时机头还未到达设计路线,就会继续向设计路线靠拢;如果机头已经回到设计路线方开始回零,将会发生“超调”现象。由此可见,回零过迟与机头纠偏角过大一样,都可能造成相反方向偏差的形成,给施工带来不必要的麻烦。
d先大后小。当管节中心及高程均出现偏差时,要先纠正偏差较大的一面。当正在纠正高程(或中心)偏差時,如果中心(高程)偏差超出了“偏差控制范围”,则应立即将前者停止,先将后者纠正。
2)保证顶管机的纠偏系统工作可靠。
3)施工过程中,应贯彻勤测量、勤纠偏、微纠偏的原则,绘制顶管姿态变化曲线图表,便于施工人员及时了解异常情况,分析判断,确定纠偏方案。
4)连续观察光靶上激光点的行走轨迹,如发生偏移大于20 mm,预测机头又有向偏差大的方向发展的趋势时,要采取纠偏措施。纠偏时开动纠偏千斤顶,千斤顶顶出最大不超过1.5°。纠偏时每1 m测量1次,并做机头和机尾的数据比较,有回归趋势时,保持一段顶进距离后,要停止纠偏,防止左右摆动,精心调控顶管姿态。
3减阻措施
为减小顶进阻力,提高顶进速度,保证质量,可采取必要措施进行减阻。
1)触变泥浆减阻。
在机头尾部设置注浆口,顶进施工的同时注入触变泥浆。注意要先压后顶,随压随顶,以利于较完整的浆套,减小顶进阻力(注浆工作从开始至结束,须设专人全过程控制)。本工程泥浆采用膨润土配制而成。
2)顶管管材外壁涂刷石蜡。
4质量通病预防
顶管施工过程中可能出现各种不良现象,影响顶管质量,施工时要引起足够的重视,预防质量通病发生。
4.1轴线失控
1)主要原因:
a测量仪器误差,设计与实际存在较大偏差,测量纠偏不及时。
b机头管周围土体特性不均匀,地质发生突变;开挖面不稳定,土压力不平衡导致纠偏无效。
c顶管设备自身原因,纠偏系统故障未正常工作。
2)采取措施:
a.严格执行测量放样复核制度,测量仪器校验合格,使用状态良好,做到勤测、勤纠、微纠。
b.详细察明土质情况,对不良土质,提前做好土质改良的辅助措施。
c.施工前对顶进设备进行认真保养、维修,处于良好工作状态,选用平衡性能良好的顶管机械。
4. 2出洞磕头
1)主要原因:
a.土体受到扰动后松软,使土体支撑力不够。
b.顶进前方遇到软硬不同的两种土质。
2)采取措施:
a.机头出洞时,启动底部2个主顶油缸,以降低顶力合力中心,使顶管机的受力方向向上倾斜。
b.将工作坑内导轨延伸。
c.因机头较重,可将机头与首节锚固连成整体。
4. 3机头旋转
1)主要原因:
a.在机头进洞时,由于机头与导轨之间的摩阻力较小,难以平衡刀盘切入土体时的反力矩,机头产生旋转。
b.主顶油缸安装不平行同样会使管节产生旋转。
c.纠偏过大,特别是在轴线两侧来回摆动。
2)采取措施:
a.配重压回。在顶管机内需纠正的一侧加上一些配重,以平衡顶管机的布置不均衡。
b.用刀盘的转向来纠正顶管机的旋转,正确的方法是从顶管机后方看,如果顶管机产生顺时针方向的转动,那么刀盘也必须向顺时针方向旋转。
c.尽量提高土舱内的压力而使刀盘的转矩增大。
d.停止造成轴线往复摆动的有错误的纠偏方法。
4. 4顶力增大
1)主要原因:
a.土层塌方,或工具管前端遇障碍物,使摩阻力增大。
b.管道轴线偏差形成弯曲,使摩阻力增大。
c.减阻介质,膨润泥浆配比不当或注入不及时,或注入量不足,减阻效果降低,使摩阻力增大。
d.顶进设备油泵、油缸、油路发生故障。
e.顶进施工中,因故停顶时间过久,润滑泥浆失水后,使减阻效果降低。
2)防治措施:
a.顶进过程中应严格执行勤测量、勤纠偏、小量纠的操作要求,使管道轴线被控制在允许偏差范围内。
b.按不同地址条件配制适宜的泥浆,并采取同步注浆的方法,及时足量地注入泥浆。
c.顶进施工前应对顶进设备进行认真的检修保养。
d.停顶时间不能过久,发生故障应及时加以排除。
4.5接口漏浆
1)主要原因:
a.管口质量问题。
b.密封圈问题:如密封圈尺寸不对、材质不好已损坏。
c.管节对接时,胶圈安放位置欠佳。
d.顶进时,纠偏角度过大,造成管节之间拆角过大。
2)采取措施:
a.加强管材质量管理,仔细检查管节及胶圈质量是否匹配。管节运输、安装,应轻装轻卸。
b.管节对接时,防止胶圈反转、挤出现象,胶圈套入插口时安平整,在进入承口时,可涂硅油并缓慢顶进,使管节正确地插入合龙。
c.控制好轴线方向,纠偏避免产生大起大落。
4.6管节破裂
1)产生原因:
a.管材本身存在质量问题。
b.管节接口处衬垫不良,接触不均匀,应力集中而导致破坏。
c.管道中心、高程偏差大,使顶进阻力过大超过管材的承压能力。
d.顶环尺寸过小或已变形,与管口端面接触不均匀。
e.管节“反顶”或不用顶环,出现局部应力集中。
2)采取措施:
a.严格管材进场验收,逐节检查。要求管端口平直、无裂缝、蜂窝、麻面、露筋现象。
b.管节接口处,使用加工适宜的顶环,扩大承压面积,并将衬垫放置平稳,使管口均匀受力,减少应力集中。
c.顶进时,控制好方向,纠偏不应大起大落,用触变泥浆降低顶进阻力,设置压力表(已校核),控制顶力在管节允许的承压范围内。
d.不可“反顶”。管节反顶会使插口端受力不均易压坏,且与机头无法连接,减阻泥浆不能输送。
参考文献
[1]孙连溪.实用给排水施工手册[M].北京:中国建筑工业出版社,2000
[2]GB 50268-2008给水排水管道施工及验收规范[S]
关键词：顶管施工；质量控制
Abstract: This paper discussed a variety of quality defects in the pipe jacking process, in order to strengthen the pipe jacking construction quality control reference.Key words: pipe jacking construction; quality control
中图分类号：TU71 文献标识码： A 文章编号：2095-2104（2012）05-0020-02
本文以西安市地铁二号线外部电源工程Ⅱ标段D2WDSG电力管沟出现质量通病控制为例加以论述。
工程概况
该机械顶管段为陕西省交警总队向南穿越南三环至红树林网吧段，顶进长度为473m，管道深度为9.5m---10.5m，所采用的顶进管材为三级钢承F型DN2000钢筋混凝土管材，其施工地质结构为黄土粉质粘土层。在保证南三环及高架桥正常通车的前提下，为确保不改变该地段的原图层应力，则采用了土压平衡机械顶管方式进行施工操作。
1施工测量
顶进前的准备测量阶段。
对于临时水准点、工作坑方位及高程进行准确标定，以确定管道的中心线位置。此外，还应按照设计要求对工作坑底基础及导轨的高程、平面布置尺寸、后背墙的位置等进行仔细核对。
2)顶进过程中的检查测量。
在管节顶进过程中,需不断对顶管机的高程、方向进行测量,为顶管施工中的主要工作。测量次数频繁,当发现偏差后需要进行修正时,观测次数增多。开始顶进时,为了保证首节管按设计轨道前进,也需增加观测次数。
在顶进过程中,必须不断观测顶管机前进的轨迹,检查顶管机的姿势是否符合设计规定的轴线要求。
3)工程竣工测量。
测定管道中心位置及管底高程。
4)地面观察测量。
施工前先在地面上选点测定基数,施工过程中定期不断地观察检查,观察管道沿线的地面标高是否发生变化。
顶管施工中,必须高度重视测量工作,要求:a.建立测量复核制度;b.测量仪器校验合格,保证测量精度,严禁出现测量超差现象;c.测量过程中,应注意清除干扰,避免出现不必要的偏差(必要时可暂停工再测量,确保测量精度)。
2顶管中的纠偏
因各种因素影响,管节顶进时会出现偏差,应及时进行纠偏处理(在动态顶进过程中纠偏)。
1)纠偏原则。
a纠偏要及时。顶进中不断监测机头的位置和前进趋向,发现偏差应立即纠正。在偏差小的时候纠偏,则轴线控制的精度高,但也不能太小;偏差达到多大时纠偏,要根据具体工程情况而定。
b机头的纠偏角要小。纠偏角小,可以使纠偏曲线相对顺直、平缓地回到设计轴线上;反之,纠偏角过大,则往往会造成纠偏曲线过陡,管路前进方向发生急剧的转折,容易出现“大起大落”的“超调”现象,严重的还可能导致管节发生损坏。因此,在纠偏操作时要尽量采用较小的纠偏角。
c及时回零。在纠偏千斤顶回零以后,由于“惯性”机头会沿原坡度(千斤顶回零时的坡度)继续前进。如果回零时机头还未到达设计路线,就会继续向设计路线靠拢;如果机头已经回到设计路线方开始回零,将会发生“超调”现象。由此可见,回零过迟与机头纠偏角过大一样,都可能造成相反方向偏差的形成,给施工带来不必要的麻烦。
d先大后小。当管节中心及高程均出现偏差时,要先纠正偏差较大的一面。当正在纠正高程(或中心)偏差時,如果中心(高程)偏差超出了“偏差控制范围”,则应立即将前者停止,先将后者纠正。
2)保证顶管机的纠偏系统工作可靠。
3)施工过程中,应贯彻勤测量、勤纠偏、微纠偏的原则,绘制顶管姿态变化曲线图表,便于施工人员及时了解异常情况,分析判断,确定纠偏方案。
4)连续观察光靶上激光点的行走轨迹,如发生偏移大于20 mm,预测机头又有向偏差大的方向发展的趋势时,要采取纠偏措施。纠偏时开动纠偏千斤顶,千斤顶顶出最大不超过1.5°。纠偏时每1 m测量1次,并做机头和机尾的数据比较,有回归趋势时,保持一段顶进距离后,要停止纠偏,防止左右摆动,精心调控顶管姿态。
3减阻措施
为减小顶进阻力,提高顶进速度,保证质量,可采取必要措施进行减阻。
1)触变泥浆减阻。
在机头尾部设置注浆口,顶进施工的同时注入触变泥浆。注意要先压后顶,随压随顶,以利于较完整的浆套,减小顶进阻力(注浆工作从开始至结束,须设专人全过程控制)。本工程泥浆采用膨润土配制而成。
2)顶管管材外壁涂刷石蜡。
4质量通病预防
顶管施工过程中可能出现各种不良现象,影响顶管质量,施工时要引起足够的重视,预防质量通病发生。
4.1轴线失控
1)主要原因:
a测量仪器误差,设计与实际存在较大偏差,测量纠偏不及时。
b机头管周围土体特性不均匀,地质发生突变;开挖面不稳定,土压力不平衡导致纠偏无效。
c顶管设备自身原因,纠偏系统故障未正常工作。
2)采取措施:
a.严格执行测量放样复核制度,测量仪器校验合格,使用状态良好,做到勤测、勤纠、微纠。
b.详细察明土质情况,对不良土质,提前做好土质改良的辅助措施。
c.施工前对顶进设备进行认真保养、维修,处于良好工作状态,选用平衡性能良好的顶管机械。
4. 2出洞磕头
1)主要原因:
a.土体受到扰动后松软,使土体支撑力不够。
b.顶进前方遇到软硬不同的两种土质。
2)采取措施:
a.机头出洞时,启动底部2个主顶油缸,以降低顶力合力中心,使顶管机的受力方向向上倾斜。
b.将工作坑内导轨延伸。
c.因机头较重,可将机头与首节锚固连成整体。
4. 3机头旋转
1)主要原因:
a.在机头进洞时,由于机头与导轨之间的摩阻力较小,难以平衡刀盘切入土体时的反力矩,机头产生旋转。
b.主顶油缸安装不平行同样会使管节产生旋转。
c.纠偏过大,特别是在轴线两侧来回摆动。
2)采取措施:
a.配重压回。在顶管机内需纠正的一侧加上一些配重,以平衡顶管机的布置不均衡。
b.用刀盘的转向来纠正顶管机的旋转,正确的方法是从顶管机后方看,如果顶管机产生顺时针方向的转动,那么刀盘也必须向顺时针方向旋转。
c.尽量提高土舱内的压力而使刀盘的转矩增大。
d.停止造成轴线往复摆动的有错误的纠偏方法。
4. 4顶力增大
1)主要原因:
a.土层塌方,或工具管前端遇障碍物,使摩阻力增大。
b.管道轴线偏差形成弯曲,使摩阻力增大。
c.减阻介质,膨润泥浆配比不当或注入不及时,或注入量不足,减阻效果降低,使摩阻力增大。
d.顶进设备油泵、油缸、油路发生故障。
e.顶进施工中,因故停顶时间过久,润滑泥浆失水后,使减阻效果降低。
2)防治措施:
a.顶进过程中应严格执行勤测量、勤纠偏、小量纠的操作要求,使管道轴线被控制在允许偏差范围内。
b.按不同地址条件配制适宜的泥浆,并采取同步注浆的方法,及时足量地注入泥浆。
c.顶进施工前应对顶进设备进行认真的检修保养。
d.停顶时间不能过久,发生故障应及时加以排除。
4.5接口漏浆
1)主要原因:
a.管口质量问题。
b.密封圈问题:如密封圈尺寸不对、材质不好已损坏。
c.管节对接时,胶圈安放位置欠佳。
d.顶进时,纠偏角度过大,造成管节之间拆角过大。
2)采取措施:
a.加强管材质量管理,仔细检查管节及胶圈质量是否匹配。管节运输、安装,应轻装轻卸。
b.管节对接时,防止胶圈反转、挤出现象,胶圈套入插口时安平整,在进入承口时,可涂硅油并缓慢顶进,使管节正确地插入合龙。
c.控制好轴线方向,纠偏避免产生大起大落。
4.6管节破裂
1)产生原因:
a.管材本身存在质量问题。
b.管节接口处衬垫不良,接触不均匀,应力集中而导致破坏。
c.管道中心、高程偏差大,使顶进阻力过大超过管材的承压能力。
d.顶环尺寸过小或已变形,与管口端面接触不均匀。
e.管节“反顶”或不用顶环,出现局部应力集中。
2)采取措施:
a.严格管材进场验收,逐节检查。要求管端口平直、无裂缝、蜂窝、麻面、露筋现象。
b.管节接口处,使用加工适宜的顶环,扩大承压面积,并将衬垫放置平稳,使管口均匀受力,减少应力集中。
c.顶进时,控制好方向,纠偏不应大起大落,用触变泥浆降低顶进阻力,设置压力表(已校核),控制顶力在管节允许的承压范围内。
d.不可“反顶”。管节反顶会使插口端受力不均易压坏,且与机头无法连接,减阻泥浆不能输送。
参考文献
[1]孙连溪.实用给排水施工手册[M].北京:中国建筑工业出版社,2000
[2]GB 50268-2008给水排水管道施工及验收规范[S]