頂管施工是一種非開挖施工方法,它不需要大面積挖掘地面,而是通過在工作坑內利用頂進設備產生的頂力,將管道按設計的坡度頂入土中。這種技術具有許多優(yōu)點,如減少對城市建筑物的破壞、避免道路交通堵塞、保護環(huán)境等,因此在市政工程中得到了廣泛應用。
頂管操作在工作坑內進行。工作坑位于檢查井位置。管節(jié)下到坑內,用液壓千斤頂頂入土體。管節(jié)前有“機頭”導進,千斤頂后有后座支撐。接口在頂進操作中完成,不斷重復頂進-接管工序,完成所有管節(jié)安裝。
一,機頭
機頭也可以叫導頭或工作管,主要作用是挖掘管節(jié)前的土壤,頂管時把管節(jié)導入設計位置,起到定向糾偏和埋設管節(jié)的作用,還可以防止管節(jié)前土體坍塌。
具體來說,頂管機頭的結構包括以下幾個部分:
(1)刀盤:位于機頭最前端,由大型齒輪系統(tǒng)驅動,負責破碎圍巖和土壤,使之成為可運輸的細顆粒物。
(2)推進盤:通過鏈條等傳動裝置向前推進頂管機,并控制其轉向。
(3)密封裝置:防止土壤和水進入機頭內部,確保工作區(qū)域的干燥和安全。
(4)液壓系統(tǒng):為機頭提供動力,調節(jié)速度和力度以適應不同的挖掘場景。
(5)電氣系統(tǒng):為機頭提供電力支持,并確保其他系統(tǒng)的正常運行。
(6)控制系統(tǒng):對整個機頭進行控制和監(jiān)測,確保各部分的協(xié)同工作和高效運轉。
二,工作坑
工作坑平面呈矩形,一般沿管道方向較長,深度較深。坑壁支撐一般采用鋼板樁;若竣工后坑位無需覆土,可采用鋼筋混凝土沉箱,箱壁應預留位置正確、大小合適的管孔,竣工后沉井可改建成檢查井。坑的前后壁在管道頂進時受力巨大,均應加固。
接收井平面一般也呈矩形,沿管道方向較長,其長度應滿足頂管機頭可被取出的條件。在管道轉折處設置的接收井,其平面為圓形,內徑也應滿足機頭被取出的條件。接收井的深度也比較深,所以井壁支撐一般也采用鋼板樁。
若竣工后坑位無需覆土,可采用鋼筋混凝土沉箱,箱壁應預留位置正確、大小合適的管孔,竣工后沉井可改建成檢查井。
三,管節(jié)頂進與接長
頂進技術多種多樣,主要包括以下幾種方法:
(1)手掘式頂管:適用于短距離、小管徑的管道鋪設。工人直接進入管道內部挖掘土體并向前推進。
(2)擠壓式頂管:利用擠壓頭將土壤擠壓密實并向前推進管道。這種方法對覆土厚度有一定要求且施工效率較高。
(3)泥水平衡式頂管:通過注入泥水以平衡土壓力和地下水壓力來保持穩(wěn)定挖掘面。該方法施工速度快且地表沉降小但成本相對較高。
(4)土壓平衡式頂管:利用刀盤切削土體并通過螺旋輸送機將土體排出以保持挖掘面穩(wěn)定。該方法適用于多種地層條件且成本適中。
在頂管過程中,必須經常觀測頂進的管節(jié)位置是否符合設計。在一個管節(jié)頂進以后,另一管節(jié)下到工作坑里時,將兩節(jié)管子的管口對齊,并在凸緣處填塞一圈浸過瀝青的麻絮;管內壁的接口處用金屬內脹圈將管子撐緊,使頂管過程中管子接口處不致產生錯口。
管節(jié)全部頂進后,拆除內脹圈,再在接口處填水泥砂漿并與管內壁抹平,接口就完成。為加強管節(jié)接口,常在管口外側安裝外套環(huán),再安放橡膠圈,增加防滲效果。