顶管穿越技术探究及应用

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1、顶管穿越技术探究及应用摘要：油气田地面建设顶管穿越过程中，鉴于以往施工中事先不进行顶力计算，出现中途顶力不够另换千斤顶或采用边掏边顶的探挖情况发生，给日后原有道路及障碍物的安全运行带来隐患，因此真正意义上的顶管穿越起到非常重要的作用。关键词：顶力计算后座墙强度计算套管强度复合刃脚设计纠偏操作程序1施工方法选用由于长输管道、集输管道线路长，经常遇到穿越公路、铁路、地下障碍物等，为对原有设施进行保护，避免遭到破坏及影响交通，经常采用穿越施工方法，与定向钻穿越相比由于顶管穿越需要设备简单，投资少，方便操作，效率高，可很好的完成短距离穿越施工，为保证顶管质量，一套完成的顶管穿越施

2、工技术显得非常重要。2工程概况以京沈高速穿越为例，京沈高速K412+900m处顶管长度为86mo该处高速公路路面比自然地面高3.48m,管顶至高速公路中间路面4.31m,地勘报告显示地基土层由上至下为，第一层黄褐色，以冲积土为主，层底埋深1.20〜1.30m。第二层粘土含碎石，黄褐色，呈碎块状，层底埋深5.00〜5.50m。穿越位于第一层与第二层中间，套管以下lm无地下水。穿越套管为DRC1500X2000QIIAJC/T640钢筋混凝土套管。穿越过程中道路正常通车运行，要求精度高，质量髙。3顶管的顶力计算3.1顶管顶力理论计算顶力应大于工具的迎面阻力、周围土压力对管道产

3、生的阻力以及管道自重与土层产生阻力之和。PM(P1+P2)L+PF式中：P计算的总顶力；P1——顶进时，管道单位长度周围土压力对管道产生的阻力；P2——顶进时，管道单位长度的自重与其周围土层之间产生的阻力；PF——顶进时，工具管的迎面阻力；L——管道的顶进长度；P1分为管顶上垂直土压力和管侧的侧土压力，考虑顶管施工作业中的安全，增加安全系数，因此上述公式替换为：P=KfYD[2H+(2I1+D)tg2(45°-①/2)+s/YD]L+AfOK——安全系数，一般取1.2；f——顶进时，管壁与周围土层之间摩擦系数，根据土质报告及套管取0.3；D管道外径(m)；H管道顶部以上覆

4、盖土层的厚度(m)；Y——管道所处土层的重力密度(KN/m3)；①——管道所处土层的内摩擦角(度)，根据土质报告取25度；3——管道单位长度的自重(KN/m)；L顶进管段长度(m)；A——管端截面积；fO--土壤单位阻力，有刃脚挤压取500KN/m2。P=1.2X0.3X4.31X1.8X[2X4.31+(2X4.31+1.8)tg2(45°-25/2)+1.9/1.88X9.8]X86+0.1708X500=3483KN。3.2顶管顶力的经验计算F=nGL=2Xl.9X86=326.8tn土质系数，根据土质情况本处取2；G——管节单长重量；L一一顶进管段长。理论计算顶力

5、值348.3t大于经验计算值326.8t,但由于在顶管期间可能出现特殊情况，施工操作因素等。计算结果偏大，按照理论计算选择液压千斤顶可以保证安全操作。3.3管道允许顶力[F]=(oc•A/1000S)ti=(40X100X3.14X1.5X0.15/2.5)X0.7=791.28t>348.3t,强度满足要求。oc管体抗压强度(MPa)；A加压面积(m2)；S安全率，采用2.5〜3.0；ri——接触系数，全园无垫层加压取0.7。4靠座墙强度计算R=aB(YH2KP/2+2ChKP1/2+YHhKP)R总推力之反力(一般大于推力的1.2—1.6)；a系数(取1.5—2.5之

6、间)，此处取2.0；B——后座墙的宽度(M)此处取4m；Y--土的容重(KN/m3)依据勘查报告1.88；II一一后座墙的高度(m),此处取2m,(发送坑基槽开挖深度为4.31-3.48+1.8+0.5二3.13m)；Kp——被动土压系数tg2(45°+①/2)；C——土的内聚力(kPa)—般情况下取10；h——地面到后座墙顶部土体的高度(m),此处取0.6米；R=2X4X[1.88X2X9.8X2Xtg2(45°+25°/2)/2+2X10X0.6Xtg(45°+25°/2)+1.88X2X0.6Xtg2(45°+25/2)>921.44t=2.6F总顶力。5刃脚加工制

7、作为减小工作管的迎面阻力，使其能够达到完全吃土顶进的状态，混凝土套管顶管过程中必须安装刃脚，刃脚为圆周结构紧密的安装在套管外侧。6测量、纠偏第一节管每顶进300mm测量一次，其它管段每顶进500mm测量一次，发现问题后及时采取措施，可以采用螺旋式千斤顶和木楔子人工校正。楔子起到阻碍管段行走，辅助千斤顶起到推动管段位置前进，方向纠偏可以在套管的前端底部支垫楔形垫块逐渐进行方向纠偏，方向纠偏量每次不能超过5’〜20’o7顶管施工7.1测量放线。放出穿越的中心线，在中线位置选择两点并测量标高，作为穿越结束路面质量的检查点。7.2基坑