轨间摩阻力的总和,因此极易产生管节后退,引起顶管机前方土体不规则坍塌,使顶管机再次推进时方向失控和向上爬高。为此,采取在洞口两侧各安装一只手拉葫芦,当主顶油缸回缩之前,先将最后一节管节拉住不让其后退,同时在出洞之初就预设了一定的向下纠偏量,尽可能克服出洞时机头抛高的情况。
顶管机进洞施工与出洞相比较为简单,当顶管机靠近洞门时,须控制好土压力,在切口距封门20~50cm时停止顶进,并尽可能降低切口正面土压力,确保拆除封门时的安全,拆除封门后将顶管机迅速、连续顶进,直到进洞洞口止水圈发挥作用为止,这就完成了进洞进程。
3.6长距离顶进施工措施
1、顶进轴线控制
长距离顶管施工的核心问题是对顶力的控制。计算管壁土压的公式:
Pv=γ·H·D
PL=γ(H+D/2)D tg2(45°+φ/2) Pv--管道上竖向土压力 PL--管道上侧向土压力
16
γ--土体容重 H--覆土层厚度 D--管道外径
上述公式是基于土柱的受力模型,适用于不稳定土层或覆土层厚度小于卸力拱高度的情况下。从公式中可以清楚地看到单位长度上的顶进阻力与管径、覆土层厚度、土体容重、土层性质有关。但是在实际顶管施工中纠偏对顶力的影响非常明显,顶管机在顶进过程中由于受力不均匀,导致偏离管道设计轴线,所以必须对机头的前进方向和旋转进行纠偏,使其沿设计方向平稳前进。纠偏在顶进过程中是不可避免的,是自始至终伴随着顶进而进行的。每次纠偏时必须对顶管机施加力矩使之改变前进方向,施加的力矩就相当于附加了一个土压力从而使阻力增大。这一附加阻力在规范中没有反映,但它却是一个不可忽视的因素。 纠偏阻力的估算方法:
Pa=f/2·σ·L a--纠偏阻力
f--管壁与土体间的摩擦系数 σ--侧壁土压力
17
L--顶管机长度
可见当顶管机的尺寸和土体的性质确定后,附加阻力与纠偏角成正比,即纠偏角度越大,附加阻力也越大。所以在长距离顶管施工中需进行全过程连续监测,随时掌握顶管机偏离设计轴线距离的数据,并结合前方机头操作台上数字式倾斜仪的读数来判断顶管机实际顶进线路的变化趋势,并及时采取措施加以控制,避免因机头失控而被迫进行大角度纠偏。实际施工中加强了对轴线的监测,发现有偏离的趋势就及时采取纠偏措施,使得顶进轴线的控制较为理想,这就为将顶力限制在设计值的范围内提供了有力的保证。
2、注浆减摩
注浆减摩是长距离顶管中非常重要的一项工艺,是关系到顶管成功与否的一项关键的技术。为确保减小管道外壁的摩阻力采取以下技术措施。
(1)保证润滑泥浆的稳定性,根据土质的变化适当调整配方,以满足不同的需要。
(2)合理布置注浆孔。在混凝土管节雄头一侧按120°设置三个孔,压浆总管安装于管节断面右侧,每隔6m接一三通阀门至管节注浆孔,在顶管机后的连续3节都设置注浆。
18
(3)制定合理的压浆工艺,严格按压浆操作规程进行。为使顶进时形成的建筑间隙及时被泥浆所填补形成泥浆套,必须坚持\先压后顶、随压随顶、及时补浆\的原则,泵送出口处的压力控制在1~1.25kg/cm2。
(4)压浆孔的位置设在管节雄头一侧靠近边缘处,这样在管节拼接后注浆孔就完全被前一节的钢环所遮盖,压出的浆液先会在钢套环与混凝土管节外壁之间形成浆套然后再被挤出。这样泥浆套就较容易形成,减摩的效果也就比较明显。
3、中继间
利用中继间进行接力顶进是中长距离顶管的一项重要技术措施。中继间的布置要适应顶力及操作的要求,以提高顶进速度。第一只中继间应放在比较前面,因为顶管机的正面土压力在推进过程中会因土质条件和施工情况等因素发生较大的变化,所以当总推力达到设计推力的60%时就安放第一只中继间,以后当达到计推力的80%时安放下一只中继间,而当主顶推力达到设计推力的90%时就必须启用中继间。
19
3.7周围环境保护的施工技术措施
由于工程沿线将穿越水管、气管等诸多地下管线,在顶进过程中的地面沉降控制极为重要。
1、地面沉降处理
在顶管顶进过程中,由于顶管机周围土体的扰动和地层损失,造成地表沉降。从理论上讲,顶管法施工引起隧道周围地表沉降主要指施工沉降、主固结沉降、次固结沉降三者之和。由于次固结沉降量相对较小,一般认为总沉降量等于施工沉降加上主固结沉降。
施工沉降是指在施工过程中由于地层损失而引起的地表沉降。产生施工沉降的主要原因有:
(1)在顶进过程中,由于切口水压过低、实际出土量大于理论出土量,引起周围土体不断涌到顶管机正面,使土层出现应力重分布;
(2)顶进时,同步注浆未能及时填补盾尾和管节之间形成的建筑空隙,致使周围土层应力释放,填补了这段空隙;
(3)在顶管纠偏时,引起一侧土体挤压,另一侧土体附加应力释放,形成空隙。
20