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玻璃钢顶管施工技术的简况
2017-06-05

玻璃钢顶管施工技术的简况

顶管施工是继盾掏施工之后发展起来的一种地下玻璃钢管道施工方法,属于非开挖施工方法中的一种。它不需要开挖面层,就能够穿越公路、铁道、河流、地面建筑物、地下构筑物以及各种地下管线等。目前,敷设新的煤气、热力、电力、给水、排水等地下管道以及地下通道,沿用以往开槽敷设方法已感到越来越困难,为了减少施工对交通和市民正常活动的干扰,避免房屋拆迁以及减少对市容和环境卫生的影响,顶管施工已成为常用的市政管道施工方法。

    顶管施工方法最早应用于1896年美国的北太平洋铁路铺设工程的施工中,其采用的是铸铁管,之后随着顶管机性能的改进,顶管设计和施工技术理论也在不断完善。1920年以后,钢筋混凝土管和钢管顶管取代了铸铁管顶管。1980年以来,发达国家的玻璃钢夹砂管顶管发展较快,顶管多采用离心浇铸玻璃钢夹砂管,其中德国在技术方面比较成熟,日本在小口径顶管方面比较先进,美国在顶管发展方面尤为显著。据统计,自1989年以来,平均每年有38%的中小型顶管采用离心浇铸玻璃钢夹砂管。

    我国的玻璃钢顶管施工虽然起步很晚,但发展速度较快。

    20 世纪50年代,我国北京和上海就有顶管施工的先例,北京首次顶管施工应用在京包铁路路基下,采用的是钢筋混凝土管顶管施工;上海首次顶管施工应用于穿越黄浦江江堤,采用的是钢管顶管施工。60年代,北京和上海计划性地开发和推广顶管施工,取得了一定的成绩。70年代,工业大口径水下长距离顶管技术在上海首先取得成功。80年代,第一次应用中继间获得成功并在小口径顶管上取得突破,之后引进了计算机控制、激光指向、陀螺仪定向等先进技术,顶管施工技术日趋成熟。近年来定长缠绕玻璃钢夹砂管顶管技术也越来越被广泛采用。

    目前,顶管施工中最为流行的三种工作平面平衡理论是气压平衡理论、泥水平衡理论和土压平衡理论。气压平衡理论又有全气压平衡理论和局部气压平衡理论之分。全气压平衡理论应用的最早,该理论提出在所顶进的管道及挖掘面上都充满一定压力的空气,以空气的压力来平衡地下水的压力;而局部气压平衡理论则提出只在掘进机的土仓内充入一定压力的空气,起到平衡地下水压力和疏干挖掘面土体中地下水的作用。土压平衡理论提出以顶管掘进机土仓内泥土的压力来平衡掘进机所处土层的土压力和地下水压力;目前,采用土压平衡理论设计的顶管掘进机的设备比较简单,主要原因是施工过程中土压平衡式顶管掘进机所排出的渣土要比泥水平衡式顶管掘进机所排出的泥浆更容易处理。

    泥水平衡理论的主要观点是提出以含有一定量黏土、且具有一定相对密度的泥水充满顶管掘进机的泥水仓,并对它施加一定的压力,以平衡地下水压力和土压力。按照该理论的阐述,泥水在挖掘面上能形成泥膜,以防止地下水的渗透,然后再施加一定的压力就可以平衡地下水压力,同时也可以平衡土压力。

    过去,顶管施工作为一种特殊的施工手段,一般情况下不轻易采用。因此,顶管常被当作穿越铁道、公路、河流等的特殊手段,施工的距离一般较短,大多在20~30m。然而,现在顶管施工作为一种常规的施工方法已被广泛接受,而且一次连续顶进的距离也越来越长。最长的一次连续顶进距离可达数千米,最大的顶管口径已达4m。

    玻璃钢夹砂顶管技术在向长距离、大口径方向发展的同时,也向小口径方向发展。目前最小顶管的口径只有250mm。这类管道在电缆、供水、煤气等工程中应用得最多。它们除了口径小外,还有覆土浅和距离短的特点。

    曲线顶管则是近几年顶管技术的又一重大进展,而且曲线的形状也越来越复杂,不仅有单一曲线,也有复合曲线,如S形曲线;不仅有水平曲线,也有垂直曲线;还有水平和垂直兼而有之的复杂曲线等,曲线的曲率半径也越来越小。

另外,玻璃刚顶管的附属设备、管材也得到不断改进,如主顶油缸已有二级和三级顶进油缸;测量和显示系统也朝着自动化的方向发展,可实现自动测量、自动记录、自动纠偏,所需的数据可以自动打印出来。这些都使顶管技术迈向了新的高峰。

 



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