混凝土顶管内套钢管的关键技术

发布日期：2025-01-20 浏览量：4192

引言：

给水压力管通常都采用钢管，如果覆土过深，钢管本身容易产生过大变形，此时可以用钢管外套钢筋混凝土管的方法来保护钢管。先顶1根钢筋砼管，作为套管使用，再把钢管伸入此套管。

一、混凝土顶管施工工艺

1、施工设备

本工程采用浮动刀盘泥水平衡顶管机。

该机型专为在软土中顶进而设计，和其他顶管机不同的是它有一个可以前后浮动的刀盘，一次设定工作土压力后刀盘即可根据顶进速度以及前方土体土压力的变化而自动浮动，从而保证一个恒定的土压力平衡值，达到最小的地表沉降，确保顶进轴线上方的构筑物不受影响。

泥水平衡顶管机包括：主机、纠偏系统、进排泥系统、主顶系统和压浆系统组成。

其特点有：

①采取全封闭式顶进，可有效的保持挖掘面的稳定，对管道周围的土体扰动小，能很好的控制地面沉降；

②与其它类型顶管相比，泥水平衡顶管施工的总推力较小；

③工作井内的作业环境好，顶管自动控制，管内不用人员作业，安全性高；

④由于采用泥水管道输送弃土，不存在吊土，搬运土方等容易发生危险的作业；

⑤由于泥水输送弃土的作业连续进行，故其施工速度快，能有效保证工期;

⑥污染小，噪音小，环保。采用泥水管道输送弃土;

⑦节约工时，提高工效;

⑧施工工艺简单,标准化、程序化，便于施工控制和管理;

⑨泥水加压平衡工具管与其他工具管相比，具有平衡效果好，结构紧凑，技术先进，由于出土方式是用水力机械化连续出土，所以顶进速度快，对土质的适应性强。无论是粘性土还是砂性土，均能收到良好的效果。

2、泥水平衡顶管工艺流程

二、混凝土顶管重难点分析

1、洞口土体加固及止水由于土体自身均缺少自立性和防水性，一旦有临空面时，会产生滑坡塌方，出现涌水、涌泥、涌砂。对洞口外土体加固处理的目的，是使土体具有自立性、隔水性和一定的强度，防止机头在顶进初期由于自重过大而产生“叩头”现象。在机头进洞穿墙初期，因入土较少，机头的自重仅由导轨和入土较浅的土体支承，作用于支撑面上的应力很可能超过允许承载力，使机头“叩头”下栽。因此，对洞口土体加固十分必要。

2、顶管顶进与地层形变控制技术

（1）顶管引起地层形变的主要因素有：

①工具管开挖面引起的地层损失；

②工具管纠偏引起的地层损失；

③工具管后面管道外周空隙因注浆填充不足引起的地面损失，管道在顶进中与地层摩擦而引起的地层扰动；

④管道接缝及中继间渗漏而引起的地层损失。

（2）在顶管施工中可采取如下措施：

①及时调整土压平衡值

根据不同土质、覆土深度和地面沉降的情况，配合测量报表的分析，及时调整土压平衡值，同时要求坡度保持相对的平稳，控制纠偏量，减少对土体的扰动。

②调整注浆压力和注浆量

根据顶进速度，控制出土量和地层变形的信息数据，及时调整注浆压力和注浆量，从而将轴线和地层变形控制在最佳的状态。

3、顶管进洞阶段技术措施

（1）顶管机姿态的复核测量

工具管进入接收井前需进行贯通测量复核，复核时应测量顶管机所处方位，用以确认顶管状态、评估工具管出洞时姿态，拟定工具管进洞的施工轴线，使工具管在此阶段的旌工中始终按预定的方案实施，以良好的姿态进洞，使其正确无误地进入接收井内。当工具管逐渐靠近洞口时，必须控制好顶进时的土压力，在工具管切口距接收井1～1.5m 时，停止顶进，停止注浆。并尽可能降低切口正面的土压力。

（2）顶管机进洞

在接收井钢板桩被切断后工具管应迅速、连续顶进管节，尽快缩短机头进洞时间。顶管机整体进洞后应尽快把机头和工具管节分离，并把管节和接收井的接头按设计要求进行处理，减少水土流失。

4、顶进速度顶进速度是顶管施工中一个重要的管理参数。顶进速度必须与注浆减摩能力、进排泥能力相协调，同时，要密切观测地表变形情况。顶进速度过快会造成因机头对土的挤压力增大而使地表隆起，以及因超过排泥泵的能力而引起阻塞等现象的产生;顶进速度过慢不仅会造成工期延误，还会造成管节外围地层损失增大而增加地表沉陷量等。一般而言，正常顶进条件下，顶进速度以2.5~3. 5 cm/min为宜;如正面遇到障碍物或地基加固土，顶进速度应≤1 cm/min。在顶进过程中，还应注意以下问题:

（1）均在开始顶进和结束顶进时，顶进速度都慢些;

（2）在一节管顶进过程中顶进速度应基本保持稳定。且在开始顶进时应均匀加速，避免突然加速过快;

（3）顶进速度必须满足注桨减摩及进排泥的需要，避免因过快而注浆不足，徒增顶进阻力，避免因过快而造成排泥管堵塞;

（4）顶进过程中应避免停顿。

5、触变泥浆减阻顶进阻力是影响项管顶进的最大障碍。在顶管施工中，在一定土质和管径的前提下，顶管的迎面阻力可看作一定值，而沿线管道所受的摩阻力则随着顶进长度的增加而增大。在土正向压力不变的前提下，管道外壁摩擦力的大小由摩擦系数确定。因此，减小摩擦力的主要任务就是降低管道外壁摩擦系数。对泥水平衡顶管施工来说，降低管道摩擦系数主要由膨润土触变泥桨来实现，主要措施有以下几方面:

（1）触变泥桨应满足3个基本指标:

(a)触变时流动性好;(b)造壁能力好;(c)固化性好。为此，泥浆的比重应控制在一定的范围内，并且最好选用钠基膨润土，必要时掺加外加剂改善性能。

施工过程中，膨润土泥浆搅拌时间必须＞30 min，经过充分搅拌的泥浆抽入储浆箱进行发酵，发酵时间≥6h且≤24 h。经过充分发酵的触变泥浆在压入管道前必须再次进行充分搅拌，以保证其流劫性好，减小压浆管道阻尼。

（2）布设合理的注桨孔

合理布设注浆孔是保证顶进施工中管道外壁能形成减摩桨套的重要举措之一。孔位应对称或均匀布置，这样能有利于形成泥浆套。本工程的D900mm管材环向每个断面设置4个注浆孔，注浆孔纵向距离为5m（两节管长）。

顶管机头连接的前三节管为每节均设置4个注浆孔，第四节开始隔一注一。

（3）环状注浆空尺寸

环状注桨空间要足够大，这样才能形成泥浆套。一般来说，环径长≥20 mm。

（4）同步注浆，及时补浆。设置中继间

本工程顶管采用机头同步注浆和管道补浆的注浆方案。

注浆要遵守“先压后顶，随顶随压”的原则，补浆则遵循“由后往前，全线，平均”的原则。

6、基坑排水基坑外侧进出洞方向各设置一个降水井，基坑另两侧设置两个备用降水井，降水井井深低于基坑底2.3m。降水井材质采用无砂管。

基坑开挖至坑底时沿基坑周围作等粒径碎石盲沟，盲沟要求：随挖随填，形成宽300mm深300mm的盲沟，并设置集水井，集水井深1.5m。

7、基坑周边堆载控制(1)基坑周边30m范围内不准堆载土方。

(2)顶管施工中，吊车下部采用垫钢板的办法，控制地面超载不超过设计要求的20KPa。

(3)待用管材存放在距离基坑边50m的专门存放地点。

三、内穿钢管重难点分析穿越管施工工艺如下:

钢筋砼顶管施工-清理基坑及套管内杂物-安装轨道(高程控制)-铺设砂垫层-安装牵引设备-焊接钢管-穿拉钢管。

本工程穿越管施工的难点在于标高的控制、穿拉方法及钢管和顶管空隙的处理。

1、标高的控制套管内钢管的高程控制有一定的技术难度,如果要确保钢管的管中心高程在设计允许的偏差范围之内，需要采取以下技术处理：在套管内安装两条轨道，利用轨道的高低控制钢管的管中心高程，这样操作起来比较方便，也易于控制，同时,安装完轨道再铺砂垫层, 也易于垫层成形。

以往的施工方法是直接在套管内铺砂垫层, 由砂子垫层来控制钢管的管中心高程, 这种方法实际操作中是无法控制的, 钢管短可能还行，本工程的钢管为300m，是无法满足这类技术要求的, 必须采取以上技术处理, 方可满足管中心高程在设计允许偏差的要求。2、穿拉方法穿拉方案一般有三种：a)机械设备直接推和拉、b)顶管设备直接顶、c)滑轮组和变速卷扬机。

a)机械设备直接推和拉相配合用于钢管质量较小且穿拉距离较小的情况。

b)顶管设备直接顶用于适用于距离较长的穿拉方案。

c)滑轮组和变速卷扬机方案也适用于距离较长的穿拉方案。

滑轮组和变速卷扬机的具体穿拉方案如下：

在顶管接收坑一侧的阀井底板浇筑前，在预定位置预埋两根地锚，且与阀井底板的上下面层钢筋焊接固定，然后浇筑阀井底板混凝土，且振捣密实。待阀井底板混凝土达到龄期后，在阀井底板上表面固定卷扬机，且卷扬机的中心线应与顶管内穿越钢管的中心线相一致；用钢丝绳将卷扬机与两个地锚连接起来。安装动滑轮组件，在穿越管接近卷扬机的一侧焊接两个固定的螺栓，以便将穿越管与钢丝绳连接起来，然后将卷扬机上钢丝绳采用如下方法连接，组成定滑轮组，采用一组动滑轮。

将第一根穿越管放到工作坑内，前部与卷扬机连接，定位，确保穿越管的中心线与卷扬机的中心线相一致。用吊车吊带吊住穿越管另一端，吊车配合卷扬机将穿越管拉进，拉进一定距离后，穿越管的端部置于焊接平台上的适当位置，然后吊下另一根穿越管，对口，焊接，焊缝检测合格后，在焊缝处涂抹防腐剂；然后将钢管拉进，方法同上。

由此看出卷扬机的拉力是远小于管道的摩擦力的，同样的条件下，小型号的卷扬机即能满足施工要求。后续施工过程中，随拉进穿越钢管数量的增加，穿越钢管与砂的摩擦力增大，可以采用增加动滑轮组数的施工方法，这样卷扬机实际拉力仍然可以减小，小型号的卷扬机仍能满足要求，减少物力、财力的浪费。

在顶管内穿管施工过程中，应特别注意以下几点：

第一，卷扬机与地锚固定后，卷扬机上的4 个固定螺栓孔一定要用钢丝绳连接到一块，以确保两个地锚所受的拉力一致；避免两个地锚受力不均匀，导致单个地锚被拔出，影响后续穿越管的施工。

第二，采用全站仪精确放线，确保卷扬机的安放位置与管道中心线一直，拉进过程中要防止管道旋转而偏离中心线。

第三，穿越管之间焊缝处涂抹防腐剂后，为防止在穿越管拉进过程中被损伤，应在垫层上铺设一层防滑膜，既可避免防腐带的划破，又能减小钢管穿越时的摩擦阻力。

第四，吊车配合卷扬机将穿越管拉进过程中，两者应同时作业，且吊车不必将管道吊离地面，只需要适当用力，减小管道对垫层的正压力，进而减少管道与垫层的滑动摩擦力。

本工程应根据钢管摩阻力和实际施工条件，经计算选用合适的穿拉方案。

3、顶管空隙的处理

钢管为压力管，为避免出现工程隐患，应把钢管和顶管空隙用自密实混凝土填充密实。本工程钢管为300m长，而自密实混凝土的最大水平流动距离为7m，若从顶管两端浇筑自密实混凝土，两端相加的最长流动距离为14m，远小于300m。