浅析城市供水管网顶管技术

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1、浅析城市供水管网顶管技术　　摘要:地下给排水管网是城市基础设施的重要组成部分，而顶管施工技术具备不开挖路面、交通不断行、管道埋深范围大、对周边环境影响小等独特优点，因此在供水管网建设中广泛应用。本文就城市供水顶管施工技术进行阐述。　　关键词：城市供水；给排水，顶管施工　　随着城市建筑的快速发展,城市供水工程建设越来越多,要求也越来越高。传统的开挖工艺造成了交通堵塞、地面建筑物沉陷、环境污染等多种危害,已经不再能适应现代工艺要求。而顶管工程做为一种非开挖工艺受到城市水务工程参建方的青睐,得到越来越多的应用。　　1顶管技术的组成　　顶管技术包括顶管机械设

2、备及顶管工作坑。　　顶管机械设备　　顶管机械设备包括主顶千斤顶与顶管机头，机头主要为敞开式顶管工具管和封闭式顶管掘进机二大类型。　　敞开式顶管工具管有手掘式、挤压式、网格式等。　　封闭式顶管掘进机有泥水平衡、土压平衡、加泥式土压平衡、斗铲式和多刀盘等。　　顶管工作坑　　工作坑分为顶管坑与接收坑。　　顶管坑为供顶管机头及千斤顶安装和出坑用的主顶设备工作坑。　　接收坑为供顶管机头出坑和拆卸的接收工作坑。　　2顶管设计及施工前期工程勘察　　顶管在设计与施工前，应对实施顶管的区域进行实地勘察，确定顶管区域及工作坑具体位置，掌握顶管可能对周围环境和附近建筑物的

3、影响，保证其结构安全性和正常使用要求。工程勘察包括地质勘察与物探。地质勘察主要是了解顶管区域各土层分布情况及土层物理力学性质，了解地下水及深基坑下承压水头突涌可能型，提供不小于倍基坑开挖深度范围内土层的渗透性指标；物探主要是摸清顶管范围内各地下管线、通讯及电缆等分布情况。在完善了工程勘察具体情况后，根据地质勘察与物探资料确定顶管埋深，同时还应满足下列要求：　　(1)管顶覆盖土层厚度不宜小于倍顶管直径且不小于3m；　　(2)平行管道间的水平距离宜大于2倍顶管直径；　　(3)空间交叉管道的净间距钢管不宜小于倍直径且不应小于。　　3顶管机头的选型、顶力估算

4、及后靠土体稳定验算　　机头选型　　顶管机头的选型，应根据地质勘探的地质钻孔柱状图和地质纵部面图实际情况，了解机头所穿越的地层情况进行分析研究。　　(1)敞开式分为手掘式、挤压式、网格式种型式。手掘式适用于粘性或砂性土，在软塑和流塑粘土中慎用；挤压式与网格式适用于软塑、流塑粘性土，均对管道周围地质有较大变形影响。　　(2)封闭式分为斗铲式、多刀盘土压平衡式、刀盘削土土压平衡式、加泥式机械土压平衡式、泥水平衡式5种型式。斗铲式适用于地下水位以下粘性土砂性土，但粘性土的渗透系数不大于10-4cm/sec。多刀盘和刀盘削土土压平衡式适用于软塑、流塑的粘性土，

5、在粘质粉土中慎用。这3种型式对管道周围地层产生中等变形影响。加泥式机械土压平衡式适用于地一下水位以下粘性土、砂质粉土和粉砂，但对于地下水压力过大，渗透系数≥10-3cm/sec时慎用，它对管道周围地层产生较小变形、泥水平衡式适用于地下水位以下的粘性土，但地下水压过大，渗透系数＞10-1cm/sec时慎用，它对管道周围地层产生很小变形。　　顶力估算　　为防止管道顶力较大，保证设计合理性及后座结构安全，同时保证地层稳定，多采用管外壁注浆减阻进行设计与施工。顶管的顶力标准值按下式估算:　　FK=πD1Lf+NF　　式中:　　FK一计算顶力标准值(KN)　　

6、D1―管道外径(m)　　L―管道计算顶进长度(m)　　f一触变泥浆中管壁与土的平均摩阻力，一般为:8-12KN/m2　　NF―工具管(机头)的迎面阻力标准值(KN)　　敞开式顶管的迎面阻力按不同的机头型式进行计算。封闭式顶管(土压平衡、泥水平衡和多刀盘顶管)的迎面阻力按下式计算:　　N1=πD12P1/4　　Pt=γ(H+2D1/3)tg2(45°+Φ/2)　　式中:　　Pt―机头底部以上1/3D1处被动土压力　　H―管顶土层厚度(m)　　顶管后靠土体的稳定验算　　顶管工作坑可采用沉井结构、钢筋混凝土灌注桩支护型式、工法井支护型式和钢板桩支护型式，在

7、一般供水排管工程中多采用钢板桩支护型式。在钢板桩支护工作中，顶管顶力通过后靠承压壁传递至板桩后的土体，由于板桩自身刚度小，可假设承压壁后土压力为均匀分布，板桩两端的土压力为零。钢板桩后总的土体抗力呈梯型分布(见图1)，钢板桩后土体所能承担的顶力p应满足下式中的稳定条件:　　γKph3≥S*2P/b(h1+2h2+h3)　　式中:　　Kp一被动土压力系数Kp=tg2(45°+Φ/2)　　γ一土的重度(KN/m3)　　b一承压壁宽度　　S一一般可取　　p一后靠土体所被承担的顶力(KN)　　h1一h3(m)见图　　当钢管项力FK超过工作坑后靠上体自然状态下

8、所能承担的顶力P，钢管无法一次达到顶进距离时，可采用中继接力顶进技术。不得已时可采用后座压载技术，增加基坑后