非开挖管道施工在水利工程中的应用研究

非开挖管道施工在水利工程中的应用研究

孔德明

身份证：370881198708154833 山东省曲阜市273100

摘要：非开挖技术是对管道、地下电缆以及管线采用微开挖或不开挖的方式进行修复，非开挖技术是一项高科技技术，主要优点是经济高效，同时减少施工量，避免对交通以及居民生活造成影响。本文以非开挖顶管施工技术为研究对象，结合实际工程探讨了其技术要点。

关键词：非开挖；管道施工；水利工程；顶管；定向钻托管

引言

顶管技术施工，需要先设置顶管工作坑与接收坑，并将顶管设备安装在顶管工作坑内。利用顶进设备产生的推力，将管道挤压进前方土内，再将顶进的土方通过垂直运输设备运输至顶管工作坑上方后运走消纳。主要包括人工顶管、挤压顶进、水射流顶进、泥水平衡机械顶进、土压平衡机械顶进等方式。目前，顶管技术适用于直径为600～4000mm的管道，管道材质可以使用钢筋混凝土管、钢管等。地质情况适用于天然土、素土、回填土、杂填土、软质岩、硬质岩等。施工顺序：沉井工作井施工→顶管工作设备下井→顶管作业施工→土方运输消纳→管道顶进施工完毕后拆除顶管作业设备→回填工作井。

1非开挖顶管技术的理论分析

1.1顶管材料

（1）推力管一般采用硅钢加强管，无腐蚀要求时可选用硅钢加强管，硅钢加强管的设计和应力验算应符合相关标准和技术规程，必须满足硅管的技术标准。（2）选择推力管直径。选择推力管直径时要以工程项目的性质为依托，做好工程内径确定工作，并依据推力管的荷载明确硅管的壁厚和补强，最后确定推力管的外径。总推力管内径不小于500mm。（3）推力管长度的选择。推力管的长度直接影响了施工的可控性和经济性，在直线推力过程中，使用长管有利于避免顶管多次装配，从而加快施工进度，但随着顶管长度的增加，一旦偏离原始默认路径，恢复路径将变得更加困难。超压井施工时，开挖、支护和回填的成本也会增加。

1.2顶管施工

顶管施工充分发挥顶升设备的作用，能够高效顶进路基上的箱型结构，从而形成立体交叉通道。在顶管施工时，要明确接收井和工作井的方位，将推管设备安装在工作井上，将顶管机推到地面上，然后将钢筋混凝土向前推进，最后进行顶管浇筑。顶轴包括工作井和接收井。顶进井有很多种，普遍使用的是钢筋混凝土结构，单孔排水井和单孔水井共同构成了工作井结构。单孔井的类型包括矩形、方形和圆形等，矩形是单孔井的主要类型，结构刚度最高的为单孔圆形井。在设置排水建筑物的整体结构时，将内支撑结构设置在竖井中，使建筑物整体构造的刚度不断提升。在设计工作井时，双向顶升设计效果最佳，接收井间的距离、间隔布置等信息要完全相同。在施工结束后，需要以施工图纸为参照，认真核实工作井和接收井的位置。

2顶管施工技术

2.1顶管工作井与接收井施工

顶管工作坑采用沉井下沉工艺进行施工。首先进行基坑测量放样，按照设计纵坐标定位工作井的具体位置；破除地面路面，施工刃脚垫层，刃脚垫层采用级配砂分层夯实；在井筒内支立模板和支架，沉井高度超过10.0m时，井身混凝凝土分2节进行浇筑，刃脚部分的模板采用砖砌结构，宽度与刃脚宽度相同，井身模板采用钢模板钢支撑搭配木模板木支撑的形式；支模完成后进行钢筋绑扎，钢筋表面油污等需清除干净，钢筋接头、搭接形式、间距、保护层等均应满足验收规范要求；钢筋绑扎完成后进行外模板施工，顶进预留洞预先采用砖砌结构进行封堵；浇筑C30混凝土，养护达到拆模标准后拆除并清理模板；待混凝土强度达到设计强度后，沉井进行挖土下沉，挖土工具采用蟹斗长臂挖掘机，井壁外采用灌浆处理，避免出现井身倾斜，发现问题及时纠偏处理；当下沉达到

2.2设置工作坑

结合施工现场的具体情况和顶管设备的使用情况，将工作井设置在离动力浅沟较近的位置，距离设置为1.5m。受施工现场影响，在开挖边坡时，需要综合分析导轨高度、平台轨枕厚度、管壁厚度等信息。基坑开挖支护后，应立即进行彩钢板围护施工，注意设置消防安全警示标志。(1)采用人工修边与机械开挖施工相结合的方法开挖工作坑。开挖的土方应放置在离基坑一定距离的地方，并应及时运至指定地点存放。利用起重设备将管道中的土方吊装至地面，按自上而下的顺序进行开挖。挖出的土应储存在合适的位置，管道内部应清洗干净，无任何杂质。(2)在处理基坑后墙和挡土墙时，直接采用坑壁土作为后墙，覆盖方木，再用厚钢板进行重建，从而形成预制后墙，确保后墙刚度和强度符合设计标准。后墙与后土墙紧密连接，如有孔隙，则充填砂石，以达到密实效果。基坑排水。从成都往年的气候来看，施工期间处于雨季。为了保证施工质量，应对基坑进行有效保护，防止其被水浸泡。在基坑周围设置排水沟，所有积水将通过排水沟排至指定位置。

2.3管道顶进施工

顶进施工采用泥水平衡顶进工艺，工作井及接收井施工完成后，做顶管材料及设备进场准备。首先按照设计标高及坡度在顶管工作井内安装导轨，安装必须牢固。钢筋混凝土沉井井壁作为顶管设备的后背墙，顶管设备采用120t吊车吊装，各种线缆等均按顺序进行下井作业。顶管设备安装完成后，开始顶进作业，采用18t吊车进行下管作业，每节管道前段顶进后，后端接口均在工作井内进行焊接拼装，钢管焊缝须满足相关规范要求。顶进过程分初始顶进、正常顶进、接收顶进几个阶段。初始顶进阶段需收集、分析各项数据，并调整修正顶进姿态。管道施工过程中，须对地面及周边构筑物、建筑物进行密切检测，避免出现沉降现象。管道顶进接近顶管接收井时，密切测量相关数据，做好进洞准备。

2.4定向钻施工

首先进行导向孔钻进轨迹设计，即根据管线设计剖面图进行导向孔最佳线路设计，各种既有管线距离应满足相关规范要求。基坑开挖完成且平基混凝土达到设计强度后，采用120t吊车吊装定向钻机下坑。定向钻设备安装就位后，首先进行导向孔钻进，导向杆起始钻进高度应略高于管道设计中心线位置。将定位发射机安装在导向钻头中，通过钻头内的传感器发射信号至地面接收器，接收器显示其运行深度、钻孔角度、钻头温度、鸭嘴边的面向角度等数据。操作员将测量数据与既定的钻孔设计轨迹进行比对后，及时判断并调整钻孔线路，保证钻孔线路与设计轨迹一致。

结束语

通过研究顶管与定向钻托管技术在实际工程中的应用，经技术对比分析发现，在地质情况允许的条件下，两种施工技术均能解决水利管道工程在主城区内施工时无法大范围开挖的问题，可以大幅减少施工过程中对既有建筑物、道路、地层、交通疏导组织的影响。但通过造价对比分析，顶管工施工技术较定向钻托管技术造价偏高，主要原因为顶管工作井施工难度大，顶管机械设备及劳务市场价格高。随着定向钻托管技术的迅速发展，已经可以开展大口径的管道施工，且具有单次施工长度长、市场价格低、施工速度快等特点，在降低工程造价、节约投资、缩短工期等方面起到重要作用。

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