机械顶管技术在城市污水处理工程中的应用？

南宁市江北污水管网高新区污水管道工程部分路段采用机械顶管(泥水平衡顶管)，具有距离短、深度浅、工期紧、难度大的特点。根据以往施工经验，决定采用偏心破碎泥水平衡式顶管掘进机，结合注浆减摩技术、喷嘴对接技术、顶进控制技术和应急技术措施，确保机械顶管施工的安全、进度和质量。污水管网高新区污水管道工程(丰达路、高辛东三路、科苑东十一路等。)规划位于南宁市江北区，全长11941m。根据设计图纸中污水管道的工程地质勘察报告，可知顶管穿越的土层主要为红粘土和红粘土。施工前，我们观察了施工场地的特点、周围建筑物和地下管线的分布位置，并结合工程范围内的水文地质条件，决定采用机械顶管(泥水平衡顶管)对部分地段进行处理。1机械顶管的基本原理和技术特点是指利用主顶进油缸和中继室的顶进力，将工具管或掘进机从工作坑顶进接收坑，然后在两个工作坑之间埋设管道的施工工艺，主要包括气压、土压和泥水平衡三种施工方法。泥水平衡顶管是指一种利用水力、机械力等外力切割土壤后输送废土，利用泥浆压力抵消地下水压力和土压力的机械顶管技术。其基本原理是:将具有一定压力的泥浆储存在泥浆仓中，在开挖面表面形成防水泥浆膜，防止泥浆渗入开挖面，保证开挖面的整体稳定性；同时，地下水压力和土压力被泥浆本身的压力所平衡。因此，结合本工程实例，机械顶管施工技术的主要特点是:一是施工区域狭窄，机头运输空间小，次数多；二是顶管区域覆土较浅，交通流量大，由于动荷载连续、变化，容易引发各种工程事故；三是施工深度浅，工期紧，难度大，地下土质差，必须确保文明施工、安全施工和交通安全；第四，机械设备笨重，耗电量大，要注意支架的安全和电气设备的运行。2顶管机的选择本工程对施工安全、质量、工期等方面要求较高。根据以往的施工经验和成功技术，采用NPD-B1000、NPD-B800和NPD-B500偏心破泥平衡顶管掘进机。它们的主要特点如下:(1)适用于砂土、卵石土、粘性土和软岩。(2)顶管机、泥水循环系统、泥水分离系统、主千斤顶成套配置，既能形成操作灵活、密封性能好的分离系统，又能节省安装空间；(3)利用地面遥控操作系统，可以在控制台上进行方向控制和施工监控。2.1注浆防磨技术机械顶管过程中的摩擦阻力主要由工具管切土正压力、管壁摩擦阻力、工具管气水压力等组成。本工程采用注浆防磨技术来控制顶力和降低阻力，其基本原理是在管壁和土壁之间的缝隙中注入触变性泥浆，既减少管壁和土壁之间的摩擦力来增加顶力，又形成泥浆润滑套来防止坍塌事故的发生。触变泥浆由膨润土、碱、水等成分组成。在特殊要求下，可适当添加石灰膏、缓凝剂、增塑剂等添加剂，以增强触变性泥浆的固结性，并在运输和灌注过程中具有良好的流动性和可泵性。使用触变泥浆的注意事项:一是根据管道直径确定注浆孔的布置，每段应设置3个左右的注浆孔；其次，必须根据实际情况调整注浆压力，按照注浆孔的顺序依次进行注浆；第三，灌浆过程中出现接头渗漏、管道堵塞、机械故障等问题，经处理后方可继续顶进。2.2管口对接技术管口对接技术是指泥浆平衡机械顶管施工过程中转弯时的施工技术。在实际施工中，首先要注意管道接头的选择和按相关规范对管道进行现场检查验收，如发现不合格产品坚决退货，为管口对接质量提供物质保证；在管道运输、搁置和吊装过程中，采用特殊的保护装置，防止管接头受压变形。其次，管口对接前检查管接头、橡胶圈、垫片板等零件的尺寸，确认其外观和纹理是否合格。最后，在接头处涂一薄层硅油等对橡胶无腐蚀性的润滑材料，均匀用力，保证与上管钢领的同轴度，保证橡胶圈不反转、不移位、不外露；顶管完成后，在管口上涂抹光滑的渐变面，并在管内间隙填充弹性密封膏。支座、管口顶托过程中，必须时刻注意和观察管道余量，如果补给不及时、不到位，很容易使周围土体固结和摩擦力增大，甚至出现严重的轴线偏移和机头沉降问题。2.3顶升控制技术顶升控制技术是指顶升过程中对轴线偏差、精度、坡度、方向的技术控制。本次工程测量的技术要求为:中心控制精度达到1/70000或满足工程测量四等三角测量的相关技术要求；高程控制精度满足国家三等水准测量的相关技术要求。承重和顶进控制的主要步骤如下(注:水准仪和经纬仪必须检定合格后方可使用，且必须定期检定):(1)测量放线:根据项目部提供的导线点和线位，确定并放出施工中线、工作坑中线和接收井中心位置，必须设置临时水准点进行高程控制，满足精度要求；(2)复核放线:复核测量图纸是否与设计图纸相符；若复测偏差值符合相关规范要求，则可将结果和校直结果报监理批准；(3)水准点复核:临时水准点每次都要进行闭合测量，若闭合差重新测量，应及时报请监理批准；复试闭合差不合格的(大于12k1/2)，不得使用；(4)控制管道中心:中心复测合格后，设置中心控制桩，并做明显标志(如砌砖保护等。);(5)控制管道标高:水准点复测后，在工作坑内设置至少两个临时水准点，供施工过程中使用。此外，测量结果应在使用前关闭并验证；(6)顶管中心和标高的复测:在顶管施工过程中，需要定期对内部中心线和标高桩进行复测，以防止顶管反力中心发生偏移。最后，顶升过程中的方向控制是指操作机头纠正偏差，始终保证激光光斑在2号光耙的中心，即方向控制的步骤和要点如下:首先，严格检查放样，做好原始记录。顶进前必须进行严格的放样测量，坚持施工队测量员→项目经理部→监理工程师的三级测量程序，确保测量的准确性和精度标准；二是及时调整并定期复测布置在工作井后面的仪器底座，避免其在顶升过程中发生移动、变形和偏移；再次，顶升纠偏控制必须遵循“勤测量、多精调整、勤纠偏”的原则，设置合理的偏差警戒线，使纠偏角度始终在10′~ 20′之间；四是初始推进阶段的方向主要由主顶进油缸控制，控制主顶进速度以保证质量，并不断调整油缸分组和压头以满足纠偏标准；并不断测量工具管的标高旋转方向，使管子按照设计标高和要求的方向顶起，并根据测量结果及时调整校正千斤顶，使机头按照设计轴线顶起改变方向，从而实现顶起方向的控制；第五，顶进施工前，应提前做好放坡方案，提前计算好每米、每段管道的标高位置，以便预测顶进过程中的断层问题，制定解决方案，确保达到设计放坡要求和质量标准。另外，由于本工程采用激光定位，需要保证检查激光束中心和标高的准确性；而且有些顶管路段可能会因穿越道路而导致路面沉降，因此必须在辅助管线的中心线和两侧设置沉降观测点并定期观测，以便发现问题及时采取相关应急措施。2.4应急技术措施应急技术措施是指泥水平衡机械顶管施工中遇到不同地质条件或其他特殊情况时的技术处理。主要有以下四种情况。一是当土壤突然板结时，必须通过掘进机上的泥孔向土仓加水或加泥；其次，当土壤突然变软时，必须将前三段管道和工具头连接起来，形成统一的整体，以增加刚度，避免因土壤变软导致机头突然下沉失效；第三，在顶管施工过程中，如出现异常偏差或纠偏失败，必须在允许偏差标准内立即停止施工，然后才能分析原因，找出对策，解决故障后才能继续顶进，不能盲目行动；第四，在顶管施工过程中，一旦管顶和管底土体承载力过低或土质疏松，必须在管顶和管底进行注浆。结论综上所述，机械顶管技术首先要考虑具体的工程地质条件和水文地质条件，结合机械顶管技术的原理和特点，选择合理的顶管机类型；其次，在顶进过程中，应采用注浆减摩技术、管口对接技术和顶进控制技术，保证机械顶管施工的安全、进度和质量。最后，当出现不同地质条件或特殊情况时，可以采用应急技术措施进行妥善处理。

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