近年來(lái)，天津城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的速度在大跨躍的發(fā)展,城市的規(guī)模逐漸擴(kuò)大，污水排放量在增加，加之雨水資源的保護(hù)、雨污水管道分流、城市防汛能力的提高，使津城新建地下排水管網(wǎng)的建設(shè)規(guī)模，每年大幅度遞增。隨城市交通量逐年上升，道路的長(zhǎng)度和寬度增加，路面下的雨污水管道長(zhǎng)度在增加、管徑在增大，用以滿足城市需要.
　　1.工程概況
　　1.1概況;地質(zhì)狀況、勘察該地段施工管道所處土層地質(zhì)狀況
　　設(shè)計(jì)管道位于道路地面下，深約7m為粉質(zhì)粘土、粉土，淤泥狀粉土，（4.9m以下為褐灰色加少量貝殼）。地下水情形；地域地下水位較高，地表下深約1m可見地下水。
　　1.3地貌及工程特點(diǎn)
　　1.3.1大沽南路屬于市區(qū)重點(diǎn)道路，無(wú)論過程如何施工，均應(yīng)現(xiàn)狀道路能夠保障交通通行,施工頂管的頂程必須達(dá)到井位要求，否則道路不允許開坑。
　　1.3.2工地地處繁華區(qū)，道路及周邊地上地下各類管線、設(shè)施，障礙較多，為保護(hù)的地下各類管道線纜安全，給施工增加難度。
　　1.3.3工地規(guī)模大，但施工場(chǎng)地范圍狹窄。同時(shí)要求施工單位減少擾民、減少周邊占地，設(shè)計(jì)管線兩側(cè)多為企事業(yè)單位、住宅樓，由于距離管線較近，施工中為了保護(hù)住宅樓的安全。
　　1.3.4施工管線與橋梁等施工同時(shí)進(jìn)行，如何協(xié)調(diào)在穿插作業(yè)中，精心組織立體交叉施工，并注重文明施工和環(huán)保工作，保障工程按期完成是本的重點(diǎn)。
　　2.施工
　　2.1施工準(zhǔn)備
　　2.1.1施工工藝選擇；考慮到大沽南路各類順行管線眾多，污水截流設(shè)計(jì)管徑d2600mm所有管道全部頂管施工。頂管施工能否達(dá)到工程要求？要針對(duì)不同土質(zhì)、頂管施工條件,,選用相適應(yīng)的頂管形式?，F(xiàn)時(shí)下公司備有三種頂管工藝人工掘進(jìn)式﹑土壓平衡式，泥水平衡式頂管,各有其優(yōu)勢(shì)。該工程管線覆土深,地下水活動(dòng)量大,若采用人工掘進(jìn)式頂管首先要降低下水.由于強(qiáng)制降水會(huì)導(dǎo)致路面地基的沉降,造成建筑物的破壞，引發(fā)一系列問題,故此不宜采用人工掘進(jìn)式頂管。并且本管線要在道路施工完成后施作，為了減少破路面積和保障路面不發(fā)生沉降，所有管道全部采用土壓平衡式機(jī)頭頂進(jìn)施工。
　　2.1.2確定工藝；直徑達(dá)d2600mm頂管是我市目前較大口徑管道頂管。我國(guó)南方施工有先例，為多刀盤機(jī)型，該施工方法可保障路面不發(fā)生沉降和周圍建筑物的安全。
　　本次施工d2600mm排水管、管材外壁直徑為Ф3120mm，若選用多刀盤機(jī)具方法施工，機(jī)頭結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)，設(shè)備投入較比少。多刀盤機(jī)型的形式為，在大圓的機(jī)頭界面內(nèi)，劃成四個(gè)區(qū)，在各區(qū)內(nèi)有小直徑的切削刀盤。受電機(jī)驅(qū)動(dòng)各自獨(dú)立轉(zhuǎn)動(dòng)，切削土體；四刀盤全部切削面積為整個(gè)端面的50%左右，其余部分靠擠壓進(jìn)入螺旋出土機(jī)。該機(jī)頭重量較輕、相對(duì)適用于地質(zhì)為流朔等軟土。
　　大沽南路地層下土層多變，地質(zhì)資料顯示土的N值大，，土質(zhì)較硬。周邊地面建筑物、地下構(gòu)造物、埋設(shè)物較多。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，頂管機(jī)械選型應(yīng)選大刀盤，大截面采掘土體。工藝可行。因?yàn)榇蟮侗P切削土的面積為100%，機(jī)型適合，土質(zhì)范圍較廣。我們?cè)褂眠^規(guī)格d2200mm機(jī)型，經(jīng)驗(yàn)表明；大刀盤能適于我市粘土、粉土、流沙特征的土質(zhì)。
　　2.1.3機(jī)械開挖性能；本次d2600mm土壓平衡掘進(jìn)機(jī)頂管，選用大刀盤機(jī)型用來(lái)切削、施工前，要根據(jù)本市的地質(zhì)資料等，確定d2600mm掘進(jìn)機(jī)設(shè)備頂管的刀盤轉(zhuǎn)矩。由于管直徑增大、為刀盤截面的增加，刀盤在粘土中切土阻力的力矩要進(jìn)行計(jì)算。以提供廠家加工數(shù)據(jù)。應(yīng)選多大力矩而使刀盤切削力適合？在優(yōu)選定刀盤轉(zhuǎn)速設(shè)計(jì)為2.0rpm的條件下，據(jù)公式：T=∫10khrdr計(jì)算刀盤切削力：
　　T——刀盤轉(zhuǎn)矩kN·m；
　　k——刀具在切削過程中單位面積上所受到的切削阻力1kg/cm2；
　　h——刀具在每一轉(zhuǎn)中切土的厚度0.3m；
　　r——刀盤切削半徑1.56m；
　　通過計(jì)算d2600mm刀盤轉(zhuǎn)矩為365.8kN·m折合(36.58t·m)
　　滿足以上刀盤轉(zhuǎn)矩，應(yīng)輸入的電功率由以下公式計(jì)算：
　　N={常數(shù)1.026×（刀盤轉(zhuǎn)矩T×刀盤轉(zhuǎn)速r）}/效率η=kw
　　N——輸入頂管用刀盤轉(zhuǎn)矩的有功率(kw)
　　r——刀盤轉(zhuǎn)速2.0r/minη——機(jī)械效率0.85
　　經(jīng)計(jì)算d2600mm需要輸入功率：1.026×36.58×2.0/0.85=88.308kw
　　大刀盤掘進(jìn)機(jī)機(jī)型的機(jī)械外型
　　污水截流設(shè)計(jì)管徑d2600mm，施工管道用土壓平衡掘進(jìn)機(jī)頂管，根據(jù)現(xiàn)狀土質(zhì)的不同選大刀盤機(jī)型，操作靈活，技術(shù)先進(jìn)且排土順暢，采用的干式排土，廢棄泥土對(duì)環(huán)境影響和污染較小，泥土外運(yùn)處理簡(jiǎn)單。
　　2.2施工設(shè)計(jì)
　　2.2.1工作坑和接收坑設(shè)計(jì)
　　施工是以設(shè)計(jì)圖紙為依據(jù)確定檢查井的位置，并以檢查井位用來(lái)設(shè)定作頂管工作坑和接收坑。1#—10#施工段中1300m管線，共投入三套頂管設(shè)備地下施工頂進(jìn),頂進(jìn)主工作坑為雙向頂坑,向東向西各頂進(jìn)長(zhǎng)度在142m。
　　測(cè)量放線后挖出樁溝，工作坑打入鋼樁，1#—10#施工用履帶式振動(dòng)打樁機(jī)打沿坑內(nèi)口線打鋼樁，16t吊車配合施工。打樁時(shí)應(yīng)保障鋼樁的垂直度，利用震錘緩慢將鋼樁全部打入地下需要標(biāo)高，工作坑打入鋼樁的后背間距為0.3m，其余0.8m，樁長(zhǎng)15m，龍門口兩側(cè)距管外皮0.2m各打1棵鋼樁。，用兩根15×15cm方木做水平控制梁，用10×10cm角鋼做垂直控制架，
　　2.2.2打設(shè)水泥攪拌樁
　　工作坑邊打設(shè)水泥攪拌樁，為保護(hù)工作坑不塌方、不滲水，設(shè)計(jì)在坑邊作防水帷幕。先在坑外側(cè)放線，挖出樁溝，鉆機(jī)入位，打設(shè)水泥攪拌樁帷幕，帷幕樁徑0.7m、咬合0.20m、樁長(zhǎng)14m水泥參量15%。重要部位如后背水泥參量20%。。水泥攪拌樁采用計(jì)量泵注漿，保障延米水泥用量。均勻攪拌操作方法成樁，咬合必須連續(xù)性完成該工程，控制噴漿量在外摻3%石膏粉來(lái)增加水泥漿凝結(jié)速度，為保障水泥強(qiáng)度，控制水灰比。采用雙軸機(jī)架式打樁機(jī)，保障攪拌樁的垂直度和樁體的搭接。
　　2.2.3確定控制土壓力和頂進(jìn)推力
　?。?）制土壓力確定要依據(jù)施工的土質(zhì)條件計(jì)算：
　　該地土容重γt=19.3KN/m³土內(nèi)聚力C=14kpa土內(nèi)摩擦角Ø=24°管中心的深度h=6.5m。
　　控制土壓力確定；按靜止土壓力和經(jīng)驗(yàn)系數(shù)乘積，用公式P控=P0K0計(jì)算
　　Ρ0—靜止土壓力（kpa），其是土容重γt與管中心的深度h的乘積。
　　K0—靜止土壓力系數(shù)，經(jīng)驗(yàn)值取0.75（該值在砂性土中K0=0.4—0.9的范圍內(nèi)變化，）經(jīng)計(jì)算控制土壓力P控=90kpa。
　　由于在實(shí)際過程中，設(shè)定控制土壓力不可能是一個(gè)恒定值，附加壓力ΔP變化值，按經(jīng)驗(yàn)在20kpa范圍內(nèi)變化,P控-取110kpa
　?。?）頂進(jìn)推力的計(jì)算：
　　土壓平衡式頂管施工，設(shè)計(jì)總頂力F總主要由管道頂進(jìn)中機(jī)頭迎面阻力F0和管子推進(jìn)長(zhǎng)度上綜合阻力F組成，即F總=F0+F。管徑ф2600mm正常頂進(jìn)時(shí)迎面阻力F0約為70t，初始推力即迎面阻力,它由掘進(jìn)機(jī)面前的土壓力,地下水壓力,及附加阻力組成,頂力按經(jīng)驗(yàn)公式F=KfπDL計(jì)算，
　　F—頂進(jìn)推力（t）
　　K—安全系數(shù)（取1.2）
　　D—管外徑3.12（m）
　　L—頂進(jìn)長(zhǎng)度140（m）
　　f—注漿摩擦系數(shù)（砂性土中摩擦系數(shù)取0.6）。
　　140米頂進(jìn)距離的設(shè)計(jì)頂力F總=1058t。
　　2.3施工設(shè)備安裝
　　2.3.1主頂設(shè)備安裝
　　每一主頂工作坑內(nèi)設(shè)6臺(tái)液壓千斤頂（320t），，千斤頂支架分三層構(gòu)成安放千斤頂。在地面上配置液壓站，兩臺(tái)高壓油泵，流量2×25L/min,壓力31.5Mpa高壓油泵配接高壓油管連接到千斤頂。用吊車吊裝安裝千斤頂支架，穩(wěn)裝千斤頂，用平墊對(duì)千斤頂?shù)奈恢眠M(jìn)行細(xì)部調(diào)整，千斤頂調(diào)整穩(wěn)平，并使6臺(tái)千斤頂?shù)暮狭c(diǎn)落在管中心徑處。
　　2.3.2穩(wěn)導(dǎo)軌和后背鐵安裝
　　導(dǎo)軌采用自制重型復(fù)合軌，并和基礎(chǔ)預(yù)埋鋼板焊接，導(dǎo)軌的間距布置應(yīng)使管外底離橫向的槽鋼頂面不小于5cm，鋪設(shè)導(dǎo)軌時(shí)要控制高程和中線誤差。后背鐵采用復(fù)合定型后背鐵，后背的平面垂直于導(dǎo)軌，后背鐵與坑墻之間灌注砼（C20、厚10～15cm）垂直找平。
　　2.4頂進(jìn)施工
　　2.4.1初頂；機(jī)頭入洞口前，把工作坑洞口前的鋼樁都要拔起，清除攪拌樁后開鎬，將導(dǎo)軌上的機(jī)頭推到洞口頂進(jìn)土中，要機(jī)頭正面和洞內(nèi)的土體緊密頂嚴(yán)，使土倉(cāng)壓力表值達(dá)設(shè)定值，經(jīng)一定時(shí)間壓力在下降到一定數(shù)值，得出的是實(shí)際靜態(tài)土壓力值，用做控制土壓力的參考。另外為預(yù)防刃機(jī)頭扎頭下跌，在第1節(jié)管與機(jī)頭間，加4組M36螺栓，呈井形布置與預(yù)埋鐵板焊接。
　　在初頂前一定要測(cè)量好第一節(jié)管的高程和中線位移，把握好設(shè)備安裝，如千斤頂不同步，或千斤頂間頂力相差較大，或安裝精度不夠，成頂力合力線偏差，影響整個(gè)管段頂進(jìn)質(zhì)量。每節(jié)頂進(jìn)用管，均應(yīng)上好膠圈，在膠圈上抹勻凡士林。然后下O形頂鐵，開鎬將穩(wěn)定管子與前節(jié)管子頂緊
　　在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下控制入土，使整個(gè)管段頂進(jìn)有一個(gè)良好的開端，在頂管機(jī)頭剛進(jìn)入土體時(shí)采用4個(gè)液壓千斤頂（320t）頂進(jìn)速度要慢，速度在2cm/min。
　　土壓平衡式大刀盤機(jī)型為螺旋機(jī)出土，由機(jī)頭前方大刀盤緩慢掘進(jìn)切削前方土壤經(jīng)螺旋機(jī)出土到土斗，管內(nèi)鋪設(shè)15kg/m的輕型軌道土斗管內(nèi)運(yùn)出，在由吊車運(yùn)抵至地面裝車外運(yùn)。
　　當(dāng)機(jī)頭已頂進(jìn)土里有10m左右時(shí)，為減小土體對(duì)管道的阻力需要開始注漿，注漿壓力為0.3Mpa左右，注漿量控制在理論計(jì)算值的1.5倍左右，注漿時(shí)要遵循“先頂后注，隨頂隨注”的規(guī)程。
　　2.4.2測(cè)量
　　安裝激光經(jīng)緯儀；在距后背墻1米處兩組千斤頂之間安裝激光經(jīng)緯儀，經(jīng)緯儀的位置應(yīng)在管道的中心線上，安裝時(shí)應(yīng)先安裝水準(zhǔn)儀支架，，支架用Φ40mm鋼管和3mm厚的鋼板制作，儀器的前方控制點(diǎn)通過由地面上的經(jīng)緯儀將管線中心點(diǎn)引到坑內(nèi)的經(jīng)緯儀支架上.頂管前,根據(jù)管線位置和周圍建筑物步設(shè)沉降觀測(cè)測(cè)點(diǎn).將測(cè)量結(jié)果做紀(jì)錄
　　測(cè)量導(dǎo)向采用J-2型激光經(jīng)緯儀,經(jīng)緯儀提供激光束打到為機(jī)頭中心接收靶上，為機(jī)頭定位。機(jī)倉(cāng)內(nèi)還裝有傾斜儀，用來(lái)監(jiān)視掘進(jìn)機(jī)機(jī)頭縱向水平狀態(tài)和徑向偏轉(zhuǎn)狀態(tài)，，糾偏要根據(jù)管子的運(yùn)行趨勢(shì)校正，依據(jù)儀器儀表數(shù)據(jù)計(jì)算糾偏校正值,在進(jìn)行超前糾偏,使頂進(jìn)的質(zhì)量才能達(dá)到較高要求。
　　2.4.3頂進(jìn)中操作
　　管內(nèi)頂進(jìn)操作人員所選具有資質(zhì)和一定經(jīng)驗(yàn)，在頂進(jìn)過程中會(huì)繪制隨機(jī)的頂進(jìn)曲線，隨機(jī)測(cè)量效驗(yàn)中線偏離誤差、根據(jù)頂進(jìn)需要調(diào)整頂速，以利糾偏操作。
　　在頂進(jìn)施工過程中,控制土壓力的數(shù)值與理論計(jì)算數(shù)值相接近,在主動(dòng)土壓力和被動(dòng)土壓力之間,在實(shí)際應(yīng)用中我們將土壓力控制在100kpa左右.機(jī)頭控制土壓力要小于刀盤前方被動(dòng)土壓力,且大于刀盤前方的主動(dòng)土壓力,操作時(shí)控制土壓變化，監(jiān)視刀盤電機(jī)電流.當(dāng)前方土壓力超過設(shè)定土壓力,刀盤電機(jī)電流在增，d2600mm機(jī)設(shè)定刀盤電機(jī)4臺(tái)，每臺(tái)電機(jī)為額定電流的90%，22KW/37A。當(dāng)前方切削力矩超過設(shè)計(jì)值，使電氣開關(guān)立即被切斷,機(jī)頭在掘進(jìn)和主頂千斤停止推進(jìn)，減小頂速，可使前方力矩減小,刀盤載荷減小,開關(guān)復(fù)位.后方液壓站又恢復(fù)頂進(jìn)。
　　頂管后背發(fā)生位移或不平整時(shí)，會(huì)使管道軸線偏差過大，使頂力合力線偏移，造成管道偏差。管道偏差過大，使管線發(fā)生彎曲，接口滲漏，甚至造成管節(jié)損壞無(wú)法恢復(fù)。