人工顶管施工技术及经济效益

PAGEPAGE6浅谈人工顶管的施工技术和应用价值摘要：本文主要描述了顶管技术的应用及其效益特征，结合御东污水管网三标工程实例重点介绍了人工顶管的主要施工技术，分析了人工顶管的优点、存在问题及应对措施，并比较分析了人工顶管和机械顶管的经济效益，得出人工顶管的应用价值。关键词：人工顶管、施工技术、机械顶管、应用价值顶管技术是一项集电子技术、冶金、地质学、以及化学等多种学科为一体的综合型建筑工程。近年来，顶管施工技术在建筑行业得到广泛的应用及发展，尤其是是在市政工程的建设中，得到更加广泛的应用。由于顶管技术不需要挖开地面，在地下进行管道以及公路、铁路的建筑与维修，减少对城市的污染，提高经济和社会效益，因而受到广泛建筑开发商和施工单位的青睐。A顶管技术在市政工程中的应用及其效益特征Ⅰ适用范围（1）在城市中心地区，或商业繁华街道，以及城市建设中遇到无法迁移或不能实施大型开挖的文物古迹遗址等特殊地段，对不能进行空中架线、开槽埋管来实施作业施工时，一般是采用管径8O～600ram的地下埋管工程可使用顶管法施工。（2）在敷设城市污水管道直径大于500ram时，施工现场无法采用明沟开挖埋管施工而管道沿线又无其它建筑物基础时，可使用顶管法施工作业。Ⅱ顶管技术在市政管网中的应用目前，在城市管网施工时，许多城市都存在马路反复开挖的现象，严重防碍了市区的交通，困扰了居民生活，缩短了路面的寿命。配套的电讯、自来水、煤气、排水、路灯、城市坐标、候车亭、广告箱、路牌、电话亭、治安岗亭等都要发生反复拆建才行，这无疑增加了对城市设施的破坏和施工的难度，城市这方面的问题显得尤其突出。Ⅲ顶管施工技术在市政管网中的应用主要包括：（1）旧城改造过程中，由于多年形成的各种管网相互交错，很多管线地下位置不明，原始资料丢失或不全等因索，市政管网铺设时无法对地面进行有效开挖。（2）城市架空线路遇交通干线、繁华街道、文物古迹，铁路或江河阻截，需转入地下过渡。（3）当污水管道直径较大（1000mm以上），而施工现场周边环境受限，无法采用明沟开挖来埋管施工管道。Ⅳ顶管施工技术的效益特征顶管敷设管道施工技术特别适用于大中型管径的非开挖埋设，具有经济、高效、保护环境的综合功能。采用该技术施工，既能节约一定的征地拆迁费用，又可减少环境污染和对道路的堵塞，具有显着的经济效益和社会效益。这种技术具有的优势包括：a.不用开挖地面，尤其是城市道路；b.不用拆迁征地，不会破坏地面建筑物；c.不影响正常的城市交通秩序；d.不破坏地表植被和周边环境；e.施工过程不受气候和环境的影响；f不影响管道的段差变形；g省时、高效、安全，无建筑垃圾污染，并且综合造价低等。B浅谈人工顶管施工技术及其应用价值顶管施工方式主要有机械顶管和人工顶管。在顶管施工前要选择合适的施工方法。顶管前期准备工作有：（1）定位测量，了解顶进轴线每5-10m的原地面初始标高；（2）现场勘探，尽量了解土层的物理性质（颗粒组成、含水量大小、透水系数及塑性指数）、力学参数（标准贯入值、内粘聚力及内摩擦角）、分布状况（分布范围及埋深厚度）等；（3）了解地下水的状况及变化规律如地下水来源、水面标高等。结合工程实例，因为在大同市御东污水管网三标施工中采用人工顶管方式，所以下面我们着重讨论人工顶管的施工技术和应用价值。人工顶管，即是手撅式顶管，是最早发展起来的一种顶管施工工艺，由于它采用了一定的辅助措施后便具有施工操作简便，设备少，施工成本低、施工进度快等优点，所以目前还具有一定的应用价值。1施工技术1.1施工顺序人工顶管的施工顺序为：工作井施工—顶进设备安装调试—吊装砼管在轨道上—连接好工具管—装顶铁—开启油泵顶进—出泥—管道贯通—拆工具管。人工顶管的实施，先建立一个工作井和接收井，工作井中在浇筑底板的同时布设导轨，在井面安装一个支架式的起重设备做出土用，井下共需要二人，其中一人挖土，另一人负责用斗车将挖出的土运至洞口，井上需要一人，同时负责卷扬机的操作和将井下吊上来的土运到井室附近的已经挖好的弃土坑，待弃土坑填满后，可以利用挖掘机和卡车运走土方。1.2顶管工作井内设备安装（1）导轨安装。严格控制导轨的中线位置和高程，确保顶入管节中心及高程能符合设计要求。由于工作井地板浇筑了水泥混凝土，地基稳定，导轨直接放置在工作井的底板上。严格控制导轨顶面的高程，其纵坡与管道纵坡一致。导轨采用浇筑砼予以固定，导轨长度采用2-3米，间距可根据管径要求做相应调整，一般以便于测量为宜。导轨必须顺直。（2）下管、顶进、出土和挖土设备。一般小于1000mm的管可采用电动卷扬机下管，大于1200mm的管以吊机下管比较安全。顶进设备采用千斤顶、高压油泵。出土设备用斗车、垂直牵引的卷扬机，一般粘性土可用铁锹挖土，遇到较硬的土层时，可用空气压缩机加风镐作为挖土设备。（3）照明设备：井内使用电压不大于12V的低压照明。（4）通风设备：人工挖土前和挖土过程中，采用轴流鼓风机通过通风管进行送风，以保证管内的含氧率满足供人工呼吸。1.3引入测量轴线及水准点（1）将地面上的管道中心桩引入工作井的侧壁上（两个点），作为顶管中心的测量基线。（2）将地面上的临时水准点引入工作井底不易碰撞的地方，作为顶管高程测量的临时水准点。1.4下管（1）下管前，先严格检查管材，龄期未到、强度不够及有明显缺陷的不合格管材的严禁使用。（2）第一节管下到轨道上时，应测量管的中线及前后端管底高程，以校核导轨安装的准确性。（3）要安装户口铁或弧形顶铁保护管口，以防止管周被破损。1.5千斤顶和顶铁的安装（1）千斤顶是人工顶管的主要设备，先根据每段顶进长度及土质情况计算所需顶力，根据顶力再选用相应计较合适吨位的千斤顶。（2）千斤顶在工作坑内的布置一般采用并列式，顶力的合力作用点和管壁反作用点应在同一轴线，防止在顶进过程中有力偶的存在，造成顶进偏差。根据施工经验，采用机械挖运土方，管上部管壁与土壁有间隙时，千斤顶的着力点作用在管子垂直直径的四分之一到五分之一处为宜。（3）安装顶铁应无歪斜、扭曲现象，并且必须安装顺直。（4）每次退千斤顶加放顶铁时，应安放最长的顶铁，保持顶铁数量最少。（5）顶进中，顶铁上面和侧面不能站人，并随时观察有无扭曲现象，以防止顶铁崩离。1.6顶进施工工作坑内设备安装完毕，经检查各部分处于良好状态。即可进行试顶。首先校测设备的水平及垂直标高是否符合设计要求，合格后即可顶进工具头，然后安放混凝土管节，再次测量标高，核定无误后进行试顶，待调整各项参数后即可正常顶进施工。在施工过程中，做到勤挖勤顶勤测，加强监控。顶进施工时，主要利用一边人工在前面取土，千斤顶出镐在后背不动的情况下将污水管向前顶进，其操作过程如下：安装好顶铁挤牢，工具管前端破取一定长度后，启动油泵，千斤顶进油，活塞伸出一个工作进程，将管子推向一定距离。停止油泵，打开控制阀，千斤顶回油，活塞回缩。添加顶铁，重复上述操作，直至安装下一节管子为止。卸下顶铁，下管，用环形橡胶环连接混凝土管，以保证借口缝隙和受力均匀没保证管与管之间的连接安全。2人工顶管的优点2.1施工成本低仅需要少量设备，依靠几个劳动力便可完成顶管施工。而机械顶管不但顶管机及相应配套设备贵，而且折旧费及损耗也大大高于人工顶管。2.2工作井及接收井占用场地小对于机械顶管，由于顶进设备及配套设备多，占用场地大，并且工作井及接收井要求的尺寸大，对市政交通影响不言而喻，有时候甚至会造成整条道路交通瘫痪。人工顶管不但防止了拉链路的产生，在一定程度上也能保证交通要求。2.3容易发现地下管线由于市政工程地下管线复杂，还可能出现高架桥桩基础及城市供水管等情况，而且容易将现有的管线破坏，有时候损失还不小，尽管目前可在顶进前可做管线探测，但一般只能探出金属管，对混凝土等非金属管则无法探测出来，而且人工顶进可第一时间发现管线，并作相应的处理措施。2.4施工过程简单，可多个工作面同时展开由于机械顶管的机械和成本费用高，对于造价不是很高的项目，通常用多台机械顶管机不现实，而人工顶管则弥补这一不足，在任何有工作面的地方都可以开展顶进工作，整体顶进进度常常不亚于机械顶管。3人工顶管存在的问题及相应的应对措施3.1适用范围一般只适用于短距离施工，由于长距离顶进出土的距离大，效率降低，而且对千斤顶的顶力要求加大，增加了工作井后靠背的负担。应对措施：可根据土质的实际情况做顶进长度计划，通常每段顶进以四十米左右为宜，对土质好的情况，顶进距离可以达到八十米左右。3.2安全问题安全隐患大，对于腐质有机土，人工顶进时呼吸困难，对于流砂严重的土体，很难操作。应对措施：先在开挖前做洞内及挖掘面的含氧探测，目前可通过氧气探测仪探测含氧量，一般体积百分比不小于18%，如含氧不足，操作人员可通过井外鼓风机送风的方法以达到氧气含量满足要求。对于流砂，可先进行降水，并要在管内准备足够的沙包、稻草，用来防止流沙面扩大。或用改造后带网格的工具头配合施工，以防万一，确保施工人员的生米安全。3.3施工精度不高对于地质条件复杂的情况，顶进过程中较难控制，由于人工顶管测量纠偏方法不够先进，偏差较机械顶管大。应对措施：通过“勤测勤纠”方法，将偏差控制在最小限度。3.4管径受到限制由于人工顶管需要人在洞内进行挖掘，管径太小不但在挖土时很难操作，而且如发生意外是，人身安全得不到保证。应对措施：要求进行人工顶管的管径直径不小于800mm。3.5地面沉降控制由于人工顶管属于敞开式的施工工艺，挖掘面不存在外力来平衡土压力，对覆盖土浓度浅、地下水位高或砂性土，均较难控制挖掘面的稳定，造成塌方，而引起地面沉降。应对措施：可以选择地下水位不高或自身稳定性较好的粘性土作为人工顶管。4经济分析现选大同市污水管网三标工程做实例，该工程共有Φ1500顶管540米，下表中分别列出了以人工顶管及机械顶管进行施工时顶管的成本，并作简单的经济分析。表一：顶管工程成本项目Φ1500钢承口砼管长度（米）单价（元）总价（元）机械顶管54022501215000人工顶管5401820982800从表一可以看出：考虑到普通顶管机不能进行曲线及折线顶管，故取相同数量的工作井和接收井。在工作井和接收井数量相同的情况下，人工顶管的成本较低，约占机械顶管的80%。节约造价约23万元。5总结与提高5.1结论（1）人工顶管存在许多优点，如施工成本低、对交通影响小、清楚的辨别地下施工管线及施工过程简单等优点。（2）用人工顶管施工还存在许多不足之处，如安全隐患大，施工精度不高及造成路面沉降等等，但是可以采取相应的措施克服它的不足之处并增加其实用性。（3）通过上述实例发现人工顶管的经济效益客观，对土质较好的地方或较贫困地区，能在保证施工人员安全的前提下，人工顶管在很大程度上还有其发展的空间和价值。5.2如何提高业务能力（1）加强技术管理。土质情况的调查和分析在以往施工中由于各种原因不够详细给我们带来了较大的麻烦，今后这方面需要加强。测量复核制度的执行和管理需要加强。对一些事故的调查原因分析深化并找出原因，提高认识，避免下次再犯并做好技术备案工作。方案编制需要再细化加强，现行所编制方案大多过于简单和不规范。编制技术工作进度图，分阶段项目部就相应技术工作情况汇报并书面报告送达各部门。建立完善的技术管理层次和体系。（2）人才培养。要减少无谓失误，必须加强土建和设备等各方面的沟通，顶管施工技术为综合地质、机械及电气控制的特种技术，技术管理人员必须具备多学科的知识，建议定期请各专业的专家进行相关学科的技术培训工作，使得我们对于岩土工程、电气控制工程、液压系统及机械学等有较为全面的认识，将会有助于我们对于顶管施工过程中各种情况的分析判断能力。（3）科研项目的开展。进行这方面工作可以提高我们的创新能力和