浅谈某过江顶管穿越方案设计_论文发表__墨水学术,论文发表,发表

所属栏目：建筑设计论文范文发布时间：2011-02-25浏览量:183

副标题#e#
　　浅谈某过江顶管穿越方案设计
　　徐海艳
　　中国市政工程中南设计研究总院湖北武汉430010
　　摘要本文从工程投资、施工安全、施工工期等方面针对本工程的具体情况对过江顶管一次及二次穿越方案进行比选，并提出超长距离顶管顺利完成的技术保障措施。
　　关键词方案比选技术措施
　　一、工程概况
　　某取水应急工程管道需穿越珠海磨刀门水道，水道宽2300m，河中央有一无人江心沙洲，水道临近入海口，水面宽阔，水深约10m，通航等级较高。管径2400mm要求施工工期控制在12个月以内。
　　二、工程地质及水文地质特征
　　该部分管线所经过地层均为第四系海陆交互相沉积层，除河道两侧堤岸自然地面处分布有人工填土外，其它主要以淤泥质粘土层为主，饱和，呈流塑~软塑状，含大量粉砂，层厚达40m左右，河床地带局部夹有粉砂层或淤泥—粉砂互层，呈现交互沉积的主要特性。该层土以下为中砂、粘土层等，埋藏深度均较深。
　　地下水位较高受潮汐影响变化较大，场地地下水对钢结构具中等腐蚀性。
　　三、管道高程的确定
　　根据水下地形图及航道部门的要求，确定管中心标高-16.88m，即管顶覆土最小厚度为6.78m，两岸河堤处自然地面标高为3.20m，顶管井埋深约23m。
　　四、穿越方案的比选
　　穿越大江大河等水域的大型管线工程一般有沉管、盾构、顶管等施工方法。根据本工程的具体特点，若采用沉管法施工，由于水域宽阔，临近入海口受潮汐的影响及管道埋藏深等原因，其水下开槽难以成形，该河床底又为淤泥，开槽坡度缓，工程量很大；水深、管道长、水下作业多，施工安全性低，因此不论从工期还是从工程投资来看，沉管方案都不可行。盾构法能克服上述缺点，但盾构法一般适用于3.0m以上较大管径，且工程造价也相对较高。
　　针对上述分析，根据本工程DN2400管线穿越水域的地貌特征、工程地质条件及水文条件，从施工技术、施工工期、施工安全、工程造价等方面综合考虑，认为以采用顶管施工方案较为合理。现就两个顶管施工方案进行比较如下：
　　方案一：一次顶进穿越方案
　　在磨刀门水道堤上设置一座工作井，将管道直接顶至水道对岸的接收井内，全长2300m。
　　方案二：二次顶进穿越方案
　　在磨刀门水道中间的江心洲设一接收井，在水道两岸各设一工作井，将2300m管道分二段进行顶进。该方案可同时顶进，也可分别顶进。
　　1、技术方案比较：
　　①一次顶进穿越方案
　　管线长2300m，若采用一次顶进法施工只需建一座工作井、一座接收井，顶进长度属超长距离顶管。超长距离对顶管的施工技术、顶管工艺及设备的要求相对较高，国内现有的顶管工艺和设备、施工技术来看，一次顶进长度完全能够达到甚至超越这个长度，能够完成超长距离顶管的技术保障措施主要体现在以下几个方面：
　　a、顶管工具管的选择
　　超长距离顶管在施工过程中可能需要对工具管进行维修和更换易损部件，或者是顶进过程遇到障碍物需要清除，对地面沉降控制要求高低，及地质情况等因素进行工具管的选择。考虑过河涌对地面沉降控制要求不高，地质又为软弱土层，顶管过程中硬度不大的障碍物可直接切削清除，或是选择人员可直接进出的顶管机进行人工清除，结合以上原因综合考虑如采用三段双铰气压平衡工具管或泥水切削气压平衡工具管均可满足施工要求，并且该项技术在一些超长距离顶管施工中已成功运用。
　　b、中继环的选择
　　中继环是实现超长距离顶管的关键设备，它起着接力顶进的作用，也就是将超长距离顶进变为普通距离顶进，从而减小顶进力。中继环可选可调组合型中继接力环，此环除具一般中继环的优点外，还具有二道密封装置，一道为工作密封，另一道为修理密封，随着顶进距离的延长，密封条容易出现磨损，尤其是砂性土中更为严重，如果出现漏砂、漏水现象，顶进将不#p#副标题#e#能保证正常进行，采用二道密封装置当工作密封磨损后，可启用修理密封，然后在普通环境中就可以更换工作密封，且工作密封在施工过程中根据不同的工作状况可调节密封圈的压缩率，保证施工过程中密封的可靠性，这种可调组合型中继环已在多项长距离顶管工程中成功应用，该项技术是保障超长距离顶管成功的关键技术之一。
　　c、超长距离顶管电压降技术
　　随着顶管距离的增加，特别是当顶进距离超过1公里以上时，由于线路过长产生的电压下降使采用正常电压（380v）的电机无法正常工作，这是超长距离顶管所遇到的常见问题。目前，采用高压供电或二级变压技术已在超长距离顶管中得到成功运用，这也是保障超长距离顶管的有效措施之一。
　　d、排泥设备
　　对超长距离顶管的泥浆排放，可通过设备的多级接力来达到泥浆的远距离输送，满足超长距离顶管的需要。
　　e、管内通风
　　超长距离顶管施工的通风也是一个重要问题，它直接影响到管内施工人员的安全。为适应长距离顶管的需要，目前已研成功一套专用的通风设备，该设备采用压缩空气通风，压缩空气经干燥、净化后送到工具管或其它工作面，通风距离长，湿度小，噪音小，完全满足超长距离顶管的需要。
　　f、目前在超长距离顶管中，对合理选用触变泥浆材料，配方、加注方式、降低管壁的摩阻力方面已取得很多成功的新经验、比如采用顶管机尾部同步注浆和后面管段补浆两种方式进行减阻的措施均可以借鉴。
　　上述问题是超长距离顶管施工的几个关键技术，已在国内其它超长距离顶管施工中成功运用，也是本工程一次顶进方案的技术保证措施。
　　②二次穿越方案
　　该方案除在河道两岸设置工作井外，还须在江心洲上设一接收井。采用该方案可缩短单次顶进距离，对顶管技术的要求相对较低，但仍属超长距离顶管，超长距离顶管施工中所需的技术保障措施同样存在，并且由于江心洲为无人沙洲，低潮位时露出水面，高潮位时淹没在水面以下。在江心洲构筑沉井，必须采用筑岛法提高井位的地面标高，使之位于高潮位以上，同时还需修筑临时码头，临时道路及港道开挖以保证设备、建筑材料的运输，解决施工用电、生活供给等问题，另外，在江心洲修建临时设施及施工会影响附近泵站的取水水源，对环境保护，通航都会产生不利因素，所以，从工程技术的复杂程度及可操作性来看，该方案难度会增大很多。
　　2、施工工期比较
　　本工程主要有沉井和顶管两大部分内容。现针对以上两个方案进行施工工期比较：采用一次穿越顶进约340天，采用二次穿越两次顶进需480天，采用二次穿越同时顶进需320天，但二次同时顶进设备费用较高。
　　3、两方案投资比较
　　按照本工程所设计的工作井、接收井沉井方案及顶进工艺的需要，投资估算结果如下，采用一次顶进穿越方案需6500万元采用两次顶进穿越方案需7900万元。
　　4、两方案综合分析比较
　　比较项目 方案一：一次穿越 方案二：二次穿越
　　顶管的技术含量 较高，技术成熟 较低，技术成熟
　　施工工期 与二次穿越使用一台顶管机的工期基本接近 使用一台顶管机与一次穿越工期基本接近；采用二台同时顶进工期短
　　施工难度 顶管难度略高 顶管难度略低
　　中间井施工难度高、风险大
　　对环境影响 不设中间井对江心洲环境基本无影响 对环境有影响
　　工程造价 顶管造价比二次顶进略高
　　总造价低 顶管造价略低，中间井造价高总造价高
　　从以上分析比较中可以看出，方案一对顶管技术的要求较高，但通过相应的技术保障措施完全能够满足该方案的实施，而方案二对顶管技术的保障措施也同样存在，并且施工复杂程度高、工程造价高、对环境造成不利影响；施工工期大致相当，若采用二台顶管机同时顶进其工期会降低，但#p#副标题#e#设备摊销费用又相应提高。通过以上的分析、比较，推荐采用方案一即一次顶进穿越方案。
　　五、结束语
　　任何一个工程方案的选择及优化至关重要，一个合理的设计方案不但可以减小施工难度，减少施工工期，同时可以大大节省工程投资。