浅谈顶管机遇障退管施工技术

浅谈顶管机遇障退管施工技术

Summary：随着我国的在工程技术领域不断发展，也随着城市的发展，顶管施工越来越广泛应该用城市市政工程施工，但是同时由于城市发展地下存在不同障碍物或者地质的不明确（岩层或抛石等），通常遇到这种情况需要将顶管机退出更换合适地质的机型；或将顶管机后退一段距离来采取机械清障处理，避免清障对顶管机的影响，所以顶管机退管在顶管施工过程处理遇障将越来越普遍运用。关键字：顶管退管；反顶退管；千斤顶引言：随着城市的发展顶管施工技术越来越广泛应用市政工程中，但随顶管施工的广泛应该，随之也带来很多问题，由于顶管施工过程中由于城市地下存在许多障碍物，无法确保顶管顺利贯通，为了提高处理障碍效率，大多会采用机械清障时，必须将顶管机后退一段距离，避免机械清楚损坏顶管机，影响后续顶进施工。一、顶管机退管施工技术原理顶管机退管是利用千斤顶反顶顶进技术，退管反顶工作采用液压千斤顶+H型钢+横梁的组合实现，是在工作井前壁安装液压千斤顶，千斤顶推动井内钢制横梁，横梁通过H型钢拉动顶管机内的横梁从而拖动管节和顶管机的整体后退。同时在管节四周加注触变泥浆，减少反顶管节和土体的摩擦力。退管长度根据千斤顶行程长短，可以增加顶铁，同时每退管节一定距离将H型钢割断和管节吊出，后将H型钢焊接继续反顶退管，直至退管距离达到要求。二、退管的可行分析和相应计算1、顶管退管所需反顶定力计算管道退管反拉时，通常考虑顶管机的外径尺寸和管道外径一致，不考虑顶管机对土体的剪切力。退管施工前先在顶管机开挖面注入0.10~0.2MPa压力的化学浆液来补充退管后的空隙，所以计算退管拉力时，应减去触变泥浆压力对顶管机的反推作用力P，即：Q＝πD×f×L+0.6G-P式中：f——管外表面平均综合摩阻力，kN/m2；（根据已顶进长度和顶力大小来计算管道外壁与土体之间的平均摩擦系数，同时考虑向管道外壁注压触变泥浆可降低低管壁与土体之间的摩阻系数的影响）D——管节外径，L——退管管道长度；G——顶管机和管节的自重；P——触变泥浆对顶管机的反推作用力。根据上述计算确定退管的可行性和退管所需的反顶的顶力大小。2、同时需对退管反顶墙受力验算在退管施工时，计算工作井受力，计算如图所示，当工作井体受到最大退管主顶拉力作用，井体稳定性平衡状态到极限时发生变化时的受力情况，其作用点在工作井墙2/3高处，同时根据工作井的土质情况考虑工作井的受力。工作井施工受力如图所示。工作井井壁土体受力分析示意图其中：Fmax——后座主顶主推力；Fa——井前壁主动土压力；Fp——井后壁被动土压力；B——工作井投影的宽度；γ——土的容重；H——工作井支护的高度；Φ——内摩擦角，取15°；c——土的内聚力计算结果比较看Fa是否大于退管所承受的力Q，如果Fa三、本次采用的退管方法主要采用H型钢和扁担反顶拉管实现退管，具体布置如下：1、顶管机处扁担布置横梁采用两条工字钢并接，顶管机处横梁焊接紧贴在机头与管节连接法兰上，管采用双拼工字钢并焊；拉梁采用H型钢，两边各一条。拉杆与横梁采用焊接连接，为了增加拉杆与横梁的连接强度，加焊加强板和斜撑。工作井前壁安装液压千斤顶，千斤顶后靠背在原止水墙位置两侧增加1m宽，千斤顶钢架避让洞口位置设置横梁与H钢连接，作为H型钢拉力反力作用点。作为H型钢拉力受力体，工字钢与管节端面之间设置10mm厚钢垫板，工字钢与钢垫板焊接固定，防止因工字钢移位，同时将力分散工字钢在管节端面的作用力，防止管节端面受压破坏。井内横梁和机头横梁的结构根据顶力计算来确定工字钢的大小，同时根据顶力的大小来设计横梁加工形式，使得变得满足退管顶力需要。横梁安装示意图2、拉杆布置拉杆的长度由于顶管顶进长度决定，为保证退管时受力均匀，先在机头、混凝土管内，每隔2.5m焊接三角导架，将拉杆放置在三角导架上，确保拉杆在一个水平面，通常由于拉杆过长，单根H字型钢长度不够，需采取搭接。搭接采用开坡口双面焊接，焊缝位置面层再增加50cm钢板，确保搭接位置受力满足退管需要。为增强拉杆的整体性，两根拉杆每隔3m采用H字型钢对撑。通过根据退管力大小计算H字型钢受力情况，确定H字型钢的大小及布置方式。退管施工示意图3、管道外注浆减阻在退管实施前，管道停置阶段保持管道外润滑浆液的压力，防止土体对管节挤压，将管道挤压过紧，给退管增加拉力；此外在退管施工过程减少退管的摩擦力，退管前必须对管外进行注浆减阻泥浆。为了提高顶进施工的效率，在施工过程中尽可能地降低管道外侧的摩擦阻力，通常情况下采取管外侧注射触变泥浆，降退管的摩擦阻力。1）触变泥浆系统设置：退管过程中，需要经常进行压注触变泥浆工作，以减少顶进的阻力。注浆孔的形状及布置：一般注浆孔设置在每节管的前端，数量为4个，压浆孔呈90度布置，经过不断压浆，在管外壁形成一个泥浆套。触变泥浆管设置根据原顶进过程设置，顶管机后面3节管每节管都设置触变泥浆管。以后的管节间隔1节管有一道，同时也可能根据不同地质进行不同的布置。2）浆液配置：触变泥浆系统由拌浆、注浆和压浆管道三部分组成。拌浆是把注浆材料兑水以后再搅拌成所需的浆液(造浆后应静置24小时后方可使用)。注浆是通过注浆泵进行的，根据压力表和流量表，它可以控制注浆的压力(压力控制在水深的1.1~1.2倍)和注浆量。管道分总管和支管，总管安装在管道内一侧，支管则把总管内压送过来的浆液输送到每个注浆孔上去。触变泥浆由膨润土、水和掺合剂按一定比例混合而成。施工现场按重量计的触变泥浆配合比为：水：膨润土＝8.5：1，膨润土：CMC＝31：1。3）注浆流程：造浆静置――注浆保压――退管(注浆)――退管停止――停止注浆。4）注浆：在退管前，由于顶管段是无法顶进，为确保管道外都充满泥浆，退管前开始注浆每天让注浆压力保持在0.1MPa。一直到退管施工完成。四、退管后空穴土体稳定措施为了保证退管后空穴的土体稳定，防止塌方现象的发生，需对空穴部分进行注浆回填，考虑后期顶管顶进需要对其浆液需满足以下要求：1、拌制初期浆液流动性好，可采用压力注浆方式将浆液填充至空穴；2、后期具有一定的硬化能力，在旧桩清除施工过程不至因空穴上方土方开挖过程，因泄压后出现浆液外溢，压力下降而导致空穴上方土体发生沉降；3、由于退管后空穴与管壁外空隙是互相连通，浆液的强度不能太大，防止空穴浆液与管壁外空隙的触变泥浆发生置换作用，导致管壁与周围土体发生固化，会造成顶管重新顶进初始顶力过大。因膨润土有很好的注浆填充性能，但是单一配比的膨润土不具备材料硬化性能。根据稳定浆液的要求，对注浆材料的配合比进行研究，基材采用膨润土，向其掺入不同比例的水泥、氯化钙进行试验，采用水:氯化钙:膨润土:水泥=3:0.2:0.6:0.3的配比，膨润土加水搅拌膨化8h后加入水泥、氯化钙搅拌。利用注浆泵将拌制好的浆液通过机头刀盘注浆孔直接注入顶管机前方空穴中，边退管边注浆，控制注浆压力，让退管空穴充满浆液，防止空穴位置的塌方。五、小结通过采用液压千斤顶+H型钢+横梁的组合实现顶管退管施工技术很好解决顶管遇到障碍无法