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1工程概況
和田產(chǎn)業(yè)園區(qū)灌溉基礎(chǔ)設(shè)施配套工程是和田地區(qū)重要的水利工程。本工程在保證布朗其干渠樁號K16+700下游農(nóng)業(yè)灌溉正常的基礎(chǔ)上,通過新建引水管道12.292km,新建渠道28.052km,將布朗干渠一部分農(nóng)業(yè)灌溉用水輸送至和田縣農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)園區(qū),滿足新增2.93萬畝農(nóng)業(yè)灌溉用水要求,年灌溉水利用系數(shù)達(dá)到0.70,有效改善項目區(qū)灌溉條件,緩解農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)園區(qū)因缺乏輸配水工程導(dǎo)致的缺水問題,提高當(dāng)?shù)剞r(nóng)牧民的經(jīng)濟(jì)收入,高效利用水資源。在管道穿越G315國道時,采用頂管施工,此處設(shè)計管道為管徑Φ1500mm的涂塑鋼管,管頂距路下5.5m,坡度為0%,頂管長度為74m。G315國道兩側(cè)均為稻田,地下水位較高,考慮到本段存在頂管施工工期較短、施工場地較狹小、地下障礙物較多等影響因素,頂管工程采用人工頂進(jìn)法施工,套管管材采用涂塑鋼管(直徑Φ1700mm,壁厚160mm),每節(jié)長度2m,并采用焊接方法連接。地質(zhì)描述:本工程頂管場地為粉砂層,不含砂土,所以,無法采用鋼筋混凝土套管。如果采用鋼筋混凝土套管,頂進(jìn)開挖無法成孔,且本段地下水較豐富、粉砂層液化較嚴(yán)重、砂層流動性太大,施工過程中路面易空洞或塌陷,造成經(jīng)濟(jì)損失。經(jīng)過各方專家現(xiàn)場勘察討論后決定使用1700mm鋼管進(jìn)行套管施工,其鋼管壁薄可以進(jìn)行悶頂施工,先頂后挖,解決粉砂層易塌陷且難以成孔的問題。
2鋼管頂管施工工藝
鋼套管施工工序:施工前準(zhǔn)備工作→測量放線→工作井施工→頂管設(shè)備安裝→套管和吊裝設(shè)備進(jìn)場→吊裝頂進(jìn)施工→驗收清理現(xiàn)場。鋼管頂管施工流程如圖1所示。圖1鋼管頂管施2.1施工前準(zhǔn)備工作根據(jù)保障公路、公路附屬設(shè)施質(zhì)量和安全技術(shù)評價報告要求提前和套管廠家對接,生產(chǎn)符合要求的鋼套管,備全穿越頂進(jìn)所需材料、機(jī)具、設(shè)備。頂管施工所需設(shè)備有液壓千斤頂、高壓泵、環(huán)形頂鐵、橫鐵、方頂鐵、運(yùn)土其他輔助設(shè)備等。
2.2測量放線使用RTK,根據(jù)工程圖紙和水利水電工程測量規(guī)程要求,精確放出管線的中軸線、作業(yè)坑和接管坑位置、開挖邊線等部位。在頂進(jìn)設(shè)備起吊下坑之前,先測量已開挖的井坑,并進(jìn)行平整施工。在工作井坑處理完畢后,安裝后護(hù)欄板、支架、推進(jìn)軌等,并測量、校正導(dǎo)軌面,以保證套管中心與設(shè)計中心一致。
2.3工作井施工工作坑開挖需確保頂管開始位置和接收坑路線無障礙物,頂進(jìn)過程路徑和接收坑的角度準(zhǔn)確,能夠抵達(dá)接收坑。該項目的頂坑深度為5.2m,工作井的井底為混凝土封底,井壁為C30混凝土澆筑。工作井底面的凈尺寸為7m×4.5m。工作井采用機(jī)械開挖,人工機(jī)械相互配合回填,回填材料為3∶7灰土,坡度系數(shù)為1∶1。
2.4頂管施工保護(hù)鋼管采用Φ1700mm鋼管,壁厚14mm,在進(jìn)入現(xiàn)場之前,必須檢查管道端面是否平整,管道表面是否光滑,是否存在縱向裂紋。采用起重機(jī)將檢驗合格的鋼管吊至頂管工作軌道,并做好對接,準(zhǔn)備頂進(jìn)。管道頂進(jìn)時所用頂鐵包括環(huán)形頂鐵、方頂鐵和橫鐵。在頂進(jìn)的過程中,將管節(jié)沿工作導(dǎo)軌頂至已標(biāo)定的Φ1700號白灰圈圓口,并按“先頂后挖,隨頂隨挖”的施工原則頂進(jìn)。利用液壓千斤頂頂進(jìn)鋼套管,每頂進(jìn)一定距離退回液壓頂缸,操作人員進(jìn)入套管內(nèi)挖運(yùn)土方,然后布置頂鐵或套管繼續(xù)頂推,循環(huán)施工,直至套管頂至接收井為止;頂進(jìn)設(shè)備拆除后,清理套管內(nèi)剩余土料,完成主管穿越作業(yè)。2.5Φ1700×14鋼管頂管外壁注漿注漿漿液水泥與水配比為3∶5,用廣式攪拌機(jī)攪拌成水泥浠漿,每2m在鋼管中間用氣割割成Φ50的圓孔,先在兩頭用混凝土封堵,從一頭開始向另一頭進(jìn)行注漿。從操作坑內(nèi)第二節(jié)圓孔開始注漿,待第三孔漿流出后為密實,依次向前直至施工完畢。
3鋼管頂管施工控制要點
3.1工作井后背墻開挖工作坑時,不能損壞后壁原有的土層,必須保證其有足夠的強(qiáng)度和剛性,以保證頂進(jìn)過程能夠經(jīng)受住液壓千斤頂?shù)淖畲蠓醋饔昧?,并在千斤頂?shù)姆醋饔昧ο聹p小其壓縮變形。在反作用力取消時,應(yīng)恢復(fù)原位,視土質(zhì)條件,在需要時可采用適當(dāng)?shù)闹ёo(hù)措施,如加道木、加止推臺等,材料要均勻、牢固,能夠承受強(qiáng)大的后坐力,以免后墻受力不均出現(xiàn)傾側(cè)。
3.2頂進(jìn)設(shè)備(1)千斤頂?shù)奈恢脩?yīng)在被頂管端面上距管底1/3的管徑處。所以,在千斤頂下方要有一個平臺、一個或多個千斤頂,并按照管道中心線對稱排列放置。管道的前端應(yīng)設(shè)置刃角,起到切割土壤的作用,降低頂進(jìn)阻力,并有效控制坍塌。(2)在管道的端面安裝環(huán)狀頂鐵,其內(nèi)、外徑尺寸要與管道端面尺寸匹配,厚度為300~500mm,其功能是將方頂鐵所傳遞的頂力均勻地分配到被頂?shù)墓芄?jié)端面,避免頂壞管端面。(3)在頂進(jìn)中方頂鐵是用來調(diào)整間隔的墊鐵,所以,方頂鐵的長度應(yīng)視千斤頂?shù)男谐毯凸芄?jié)長度而定。若方頂鐵兩端不平行,在操作過程中很容易出現(xiàn)頂鐵彈出現(xiàn)像,因此方頂鐵兩端必須平整、平行,不能滿足這個條件時,不得采用。(4)頂管橫鐵安設(shè)于千斤頂和方頂鐵之間,其作用是將多個千斤頂?shù)捻斄髦羶蓚?cè)的方頂鐵。橫鐵橫截面為300mm×300mm,其長度根據(jù)被頂管徑和千斤頂?shù)臄?shù)目而定。在制作過程中,必須保證工作面平直、平整,尤其是中部的焊縫不能明顯凸起。
3.3頂進(jìn)過程注意事項千斤頂頂入一次行程后,將千斤頂收回,將適當(dāng)?shù)捻旇F放入橫鐵和環(huán)頂鐵之間,并繼續(xù)頂進(jìn)。在頂入過程中,應(yīng)留意油壓的變化,如有異常,應(yīng)及時停止頂進(jìn),查找原因。為避免損傷千斤頂結(jié)構(gòu),應(yīng)將千斤頂行程控制在規(guī)定伸出長度之內(nèi)。在頂進(jìn)施工中,宜堅持連續(xù)工作,如果頂進(jìn)間隔過長,會導(dǎo)致土拱下沉,增加頂力。
3.4測量控制及糾偏措施(1)在頂進(jìn)施工中,每進(jìn)尺2m需要復(fù)測軸線,在出洞、糾偏和頂至終點前,應(yīng)適當(dāng)增加檢測頻率。為保證測量的準(zhǔn)確性,應(yīng)時常進(jìn)行測控點測定。(2)頂管高程的控制方法。先在適當(dāng)位置固定水準(zhǔn)儀,在頂管前端設(shè)置一個十字架,后期測量中如果十字架與頂管前端位置未發(fā)生變化,水準(zhǔn)儀的高程也未改變,只需確定十字架交點偏離的垂直距離,即頂管的高程誤差;如果水準(zhǔn)儀從井外引入絕對高程,則可以推算出頂進(jìn)管段各個點的高程。檢查頂管方向是否偏移,可將中線引至井坑上方,并在中線方向的兩點上懸掛兩根垂球線,如果管節(jié)前端經(jīng)過中心點的垂球線與上面的兩條垂球線處于同一直線,則該頂管方向不存在偏差。(3)頂管過程中校正偏差是保證頂管質(zhì)量的有力措施,當(dāng)偏差為10~20mm時,應(yīng)適當(dāng)擴(kuò)挖管道向設(shè)計中心傾斜的一面,而另一面不擴(kuò)挖或留坎,這樣管道就會在持續(xù)頂進(jìn)過程中逐步恢復(fù)到設(shè)計中線;如果誤差超過20mm或采用挖土方法修正不了,可以采用方木或圓木作為撐桿,撐桿一頭撐在偏離設(shè)計中心一側(cè)管道的管壁上,另一頭固定在鋪有墊板管子前方的土體上,將撐桿撐穩(wěn)固定后,啟動千斤頂,利用頂進(jìn)時管體受到撐桿的頂力修正管道線路。
3.5頂管質(zhì)量檢測頂管頂進(jìn)時,很容易出現(xiàn)方向和高程偏差,為保證頂管質(zhì)量,應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計數(shù)據(jù)進(jìn)行作業(yè)坑位置、高程、管道中線、臨時設(shè)置標(biāo)高等測量放線,控制好管節(jié)的中線方向和高程。頂管施工的首節(jié)頂進(jìn)施工測量很關(guān)鍵,其頂進(jìn)方位高程的正確性和頂進(jìn)效果直接影響頂管的頂進(jìn)質(zhì)量。每一頂進(jìn)循環(huán)開始時,都要及時完成測量作業(yè),頂進(jìn)過程中,每進(jìn)尺不超過3m時完成一次測量,發(fā)現(xiàn)管道位置存在偏差及時修正。
4鋼管頂管施工中存在的主要問題
4.1施工單位缺乏責(zé)任意識在引水管道施工的過程中,因施工單位缺乏專業(yè)性和監(jiān)管,導(dǎo)致進(jìn)度延誤等問題時有發(fā)生。出現(xiàn)這些問題的主要原因是我國引水管道施工專業(yè)人才數(shù)量較少,且許多相關(guān)專業(yè)的學(xué)生在畢業(yè)后并未從事頂管設(shè)計相關(guān)工作,導(dǎo)致整個引水管道施工隊伍專業(yè)性不夠,在頂管施工設(shè)計階段出現(xiàn)各種問題。同時,許多管理人員盲目追求經(jīng)濟(jì)效益,不重視施工質(zhì)量管理,或是為了追趕工期不按照要求施工,這些情況都反映出相關(guān)人員責(zé)任意識低下的問題,對工程施工監(jiān)管力度不足,管理人員專業(yè)性不足,不能有效發(fā)揮頂管施工技術(shù)優(yōu)勢。
4.2施工安排缺乏合理性引水管道施工需要考慮各個方面的影響因素,施工難度較大。在此情況下,除了要考慮設(shè)計的合理性,還要考慮其他管道的布局情況。因此,在引水管道頂管施工前需做好各方面的準(zhǔn)備工作,進(jìn)行施工現(xiàn)場實地考察,把握項目的具體情況,并嚴(yán)格驗證工程施工各個環(huán)節(jié),防止出現(xiàn)不必要的問題。若沒有做好相關(guān)準(zhǔn)備工作,設(shè)計上存在誤差,就會影響工程進(jìn)度,降低施工質(zhì)量。
5鋼管頂管施工的優(yōu)化措施
5.1協(xié)調(diào)各部門工作(1)為保證引水管道施工順利,需要在施工前提高頂管施工的重視程度,相關(guān)單位必須嚴(yán)格依據(jù)工程要求規(guī)范、合理施工,以保證引水管道鋪設(shè)頂管施工正常進(jìn)行。(2)施工單位應(yīng)結(jié)合具體施工內(nèi)容,安排各個部門的工作分工,充分協(xié)調(diào)各部門的工作內(nèi)容,做好施工前的準(zhǔn)備工作,同時,明確規(guī)定各部門的具體工作內(nèi)容與職責(zé)。(3)應(yīng)向相關(guān)部門申報審批施工圖紙,再由公路管理部門審批施工方案,在全部準(zhǔn)備工作完成后,方可開展施工。(4)在施工過程中,各部門應(yīng)充分協(xié)調(diào),做好溝通工作,細(xì)致調(diào)查施工現(xiàn)場,發(fā)現(xiàn)問題及時處理,避免影響施工進(jìn)度。
5.2加強(qiáng)施工的科學(xué)性與嚴(yán)謹(jǐn)性為了提高引水管道頂管施工質(zhì)量,應(yīng)盡可能提高施工的科學(xué)性與嚴(yán)謹(jǐn)性。項目前期的準(zhǔn)備工作是十分必要的,必須盡早了解施工現(xiàn)場的實際情況,了解附近路段各種管線的具體分布等,嚴(yán)格驗證、準(zhǔn)確計算施工的科學(xué)性與安全性,避免出現(xiàn)管道泄漏、影響交通等情況。初步設(shè)計工作完成后,需要勘察重、難點施工路段,根據(jù)實際情況適當(dāng)調(diào)整、改進(jìn)前期計劃,避免施工計劃不符合實際情況。引水管道頂管施工復(fù)雜性較高,所以,必須做好前期準(zhǔn)備工作,完善施工設(shè)計方案,充分考察現(xiàn)場實際情況,避免盲目、隨意施工,保證引水管道頂管施工順利實施。
6結(jié)語
總而言之,水利工程中引水管道的頂管施工非常重要,其不但關(guān)系到城市建設(shè)的完善程度,還直接影響人們的生活。因此,在引水管道施工的過程中,一定要合理運(yùn)用鋼管頂管施工技術(shù),采取有效措施做好各個施工環(huán)節(jié),從而提高引水管道施工質(zhì)量,改善人們的生活水平。
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作者:文龍龍 單位:甘肅省水利水電工程局有限責(zé)任公司