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基本糾偏過程 基本糾偏過程是指管道利用自身構(gòu)造進行的,主要是依靠糾偏油缸拼裝成的液壓糾偏系統(tǒng)的作用實現(xiàn)的。對于長距離、大直徑頂管施工,一般采用4組糾偏系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以控制4組油缸的各種動作和油壓,根據(jù)糾偏需要通過調(diào)整糾偏千斤頂?shù)纳炜s量靈活調(diào)整頂管前進的方向。 本項目采用鋼筋混凝土工具管,其結(jié)構(gòu)分為2節(jié),第1節(jié)與第2節(jié)之間安裝糾偏油缸。第1節(jié)與第2節(jié)之間不是固定的,而是可以上下、左右轉(zhuǎn)動,頂進過程中的糾偏正是依靠第1節(jié)工具管實現(xiàn)的。 假設(shè)管道在頂進過程中向上偏離了軸線需要糾偏,圖中前2節(jié)為工具管,從第3節(jié)開始為鋼筋混凝土管道,其中測定管道軸線偏差的偏差測定標(biāo)尺設(shè)在第1節(jié)的后部。轉(zhuǎn)動工具管的第1節(jié),使其前端下沉,后端上抬,同時帶動第2節(jié)前端上抬。第2節(jié)上抬致使工具管與管道第1段之間的下部間隙增大,第1、2節(jié)的上抬結(jié)果導(dǎo)致偏差增加。假設(shè)工具管的糾偏角是β,第一節(jié)與原管軸線形成角α1 (圖1b) .隨著管道的深入頂進,受到后部頂進設(shè)備的推力作用,工具管與管道第一段之間的下部間隙逐漸變小,最后消失。 假設(shè)工具管糾偏角不變,仍為β,這時工具管第一節(jié)與原管軸線的夾角變大, 變?yōu)棣? , 并且有α2 >α1 (圖1c) .此時管道偏差不再發(fā)展,隨著頂進,偏差開始減少。頂管繼續(xù)進行,工具管前端慢慢向軸線靠攏,后續(xù)管段進入彎曲段,工具管與第1管段之間的上部間隙增加,第1管段與第2管段間的間隙一旦進入彎曲段,上部間隙也會增加,工具管第1節(jié)與原管軸線的夾角增大到α3 ,并有α3 >α2 >α1 (圖1d) ,即與設(shè)計的施工方向夾角逐漸減小,從而實現(xiàn)糾偏的目的。 圖1 鋼筋混凝土管糾偏示意 213 輔助糾偏措施輔助糾偏措施是指在利用設(shè)備自身的糾偏系統(tǒng)很難達到糾偏目的時候,利用外力協(xié)助管道自身結(jié)構(gòu)進行糾偏的過程。本項目按照施工工藝的不同,采用挖土糾偏法、強制糾偏法和混合糾偏法3種。 。1)挖土糾偏法通過在不同部位增減挖土量達到糾偏的目的,該方法適用于管道偏差較小的情況,一般偏差為10~20 mm時采用。 。2)強制糾偏法通過在管道外部施加外力進行糾偏。一般適用于偏差大于20 mm的情形,使用圓木或方木頂在管子偏離中心的一側(cè)壁上,另一端裝在墊有鋼板或木板的管前土壤中,支架穩(wěn)定后,利用千斤頂給管子加力,使管子得到校正。在工具管旋轉(zhuǎn)過程中,可強制改變切削刀盤的旋轉(zhuǎn)方向,或在管內(nèi)需要糾偏的方向增加配重。 。3)混合糾偏法采用上述2種方法的組合,主要適用于糾偏難度特別大的地段,如地質(zhì)較硬地段。 214 糾偏經(jīng)驗總結(jié) 。1)勤頂勤測勤糾。在頂管頂進過程中要經(jīng)常對頂進軸線進行量測,并與設(shè)計軸線相比較,發(fā)現(xiàn)偏差及時糾正。在本項目中原則上是每頂進一節(jié)就測量1次,在軟弱地層中適當(dāng)提高測量次數(shù),確保偏差能夠及時發(fā)現(xiàn)和糾正。 (2)動態(tài)糾偏。糾偏盡量在管道頂進過程中進行,避免在靜止?fàn)顟B(tài)糾偏。實踐證明,當(dāng)管道處于靜止?fàn)顟B(tài)時, 所需的糾偏力比頂進時糾偏增加50% ~90%;同時,靜止?fàn)顟B(tài)下糾偏將對第1段鋼筋混凝土管產(chǎn)生較大的不均勻應(yīng)力。在動態(tài)糾偏過程中,通過觀察偏差發(fā)展趨勢可以靈活確定糾偏方案。如果偏移量不大,且偏移方向靠近設(shè)計軸線,可以暫時不采取糾偏措施,而是繼續(xù)頂進,直至偏差消除。 。3)盡量采用小角度糾偏。工具管糾偏后,刃腳后部形成一個空隙,空隙的大小與糾偏角有關(guān),糾偏角越大,空隙越大,管道頂進時周圍土體容易坍入空隙造成地面沉降。同時,鋼筋混凝土管糾偏比較靈敏,只要工具管能開挖出隧洞輪廓,緊跟的混凝土管道就能順著隧洞跟進。因此,鋼筋混凝土頂管的糾偏角不宜過大,否則容易造成軸線彎曲和地面沉降。 。4)重視管道第1節(jié)的材質(zhì)質(zhì)量和長度。管道第1節(jié)緊跟工具管,在頂進和糾偏過程中,第1節(jié)管道要承受工具管的反復(fù)應(yīng)力,如果第1節(jié)材質(zhì)不好,在頂進過程中很可能會出現(xiàn)第1節(jié)管道開裂、破碎等。因此,在長距離頂管過程中通常將第1節(jié)管道采用鋼質(zhì)管段代替鋼筋混凝土管段。另一方面,第1節(jié)管道的長度過長將影響糾偏的靈敏度,過短則容易引起較大的偏轉(zhuǎn)角。因此,確定第1節(jié)管道的合理長度對于糾偏有較大的幫助。 。5)加強糾偏過程中的量化工作。由于設(shè)立在工具管尾部的糾偏測點與工具管端面有一定距離,工具管糾偏后的效果要頂進這一距離后才能反映出來。為了及時掌握工具管端的偏差,可通過測點的偏差、工具管第2節(jié)的斜率和工具管的糾偏角推算。同時,在糾偏角不變的情況下,管道的轉(zhuǎn)彎半徑基本一致。所以施工中可繪制工具管測點的行進軌跡曲線以預(yù)測偏差的發(fā)展趨勢,從而幫助操作人員及時改變糾偏角,避免產(chǎn)生軸線過度彎曲。 3 與糾偏有關(guān)的其它問題 311 糾扭技術(shù)管道在糾偏過程中很常見的是管道軸線發(fā)生扭轉(zhuǎn)現(xiàn)象,這是由于管道軸線在2個或以上方向發(fā)生偏移• 31111 管道產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)原因 。1)頂管設(shè)備自身原因。頂管設(shè)備安裝精度是決定頂管施工精度的前提條件,在頂管安裝和使用過程中,如果主油缸或工具管刀盤軸線與管道軸線不平行,則在頂管施工過程中很容易使管道產(chǎn)生扭矩,從而在頂進過程中發(fā)生管道扭轉(zhuǎn)。 。2)施工原因。在進行頂管施工時,管道內(nèi)要布置各種施工設(shè)備,如果布置位置不對稱,就很容易使管道朝著某個方向形成固定扭轉(zhuǎn)。同時,由于受地質(zhì)條件影響,管道也很容易發(fā)生偏移。在進行管道糾偏時,工具管糾偏后產(chǎn)生糾偏反力,如果糾偏反力的合力中心不通過管中心,管道就要扭轉(zhuǎn)。在糾偏過程中,如果糾偏角度小,則實施糾偏時所需的外力就小,根據(jù)作用力與反作用力原理,糾偏反力就小,管道發(fā)生扭轉(zhuǎn)的速度就慢。反之糾偏角度越大,產(chǎn)生的反力就越大,管道扭轉(zhuǎn)速度也就加快。因此,控制糾偏角是防止和減小管道扭轉(zhuǎn)的重要途徑。 31112 糾扭措施 。1)提高頂管設(shè)備安裝質(zhì)量,預(yù)防管道發(fā)生扭轉(zhuǎn),主要是從提高頂管設(shè)備安裝工藝精度入手,盡量避免或減少頂管設(shè)備的各部分安裝偏差,如主油缸固定牢固,盡量與管道軸線平行等。 。2)嚴格按照施工程序施工,減小糾偏造成的扭轉(zhuǎn)。首先是管內(nèi)設(shè)備布置重量要對稱,盡量避免由施工程序造成的扭轉(zhuǎn)。在糾偏過程中認真執(zhí)行“增加糾偏次數(shù),減小糾偏角度”原則,減小因糾偏方法不當(dāng)造成的管道扭轉(zhuǎn)。另外,可以通過施加外力進行管道扭轉(zhuǎn),如采用在扭轉(zhuǎn)方向的反方向施加外力(可以通過配重的方式解決) ,使管道產(chǎn)生相反扭轉(zhuǎn),從而平衡原先存在的扭轉(zhuǎn)力。 312 管道失穩(wěn) 31211 管道失穩(wěn)原理管道失穩(wěn)是頂管施工中特別是長距離管道糾偏過程中容易發(fā)生的問題。它是指與工具管的軸線與設(shè)計管道軸線偏差逐漸增加,最終造成管道失去控制的現(xiàn)象,這種現(xiàn)象在采用中繼環(huán)的鋼管和鋼筋混凝土頂管,施工長距離頂管過程中表現(xiàn)尤其明顯。在未發(fā)生偏移時(圖2)中管道受到的土壓力理論上是相等的,即F1 = F2 ,同時頂進推力沒有側(cè)向分力,而發(fā)生偏移時管道兩側(cè)所受土壓力發(fā)生明顯變化(圖3) .一方面,管道所受的側(cè)壓力F1 與F2 不再相等,則頂進推力F3 產(chǎn)生側(cè)向分力,當(dāng)側(cè)向分力增加到一定程度,管道有可能開始失穩(wěn)。失穩(wěn)后,管道軸線曲率增大,從而造成側(cè)向力進一步增加,這樣就形成了管道曲率增加與側(cè)向分力之間的反復(fù)循環(huán),如果不及時得到糾正,則管道軸線嚴重偏移設(shè)計方向。 31212 管道失穩(wěn)原因分析 。1)地質(zhì)條件影響。從失穩(wěn)原理分析可以看出,管道周圍土體承載力和土壓力對于管道施工至關(guān)重要,因為頂進過程中難免發(fā)生軸線偏移現(xiàn)象。如果管道周圍的土體能夠提供較大的作用反力,則管道不易發(fā)生較大偏移和失穩(wěn);如果周圍土體屬于軟弱土質(zhì)或不均勻土質(zhì),則管道很容易因周圍平衡側(cè)向分力的承載能力不足造成失穩(wěn)。同時,管道上方的覆蓋層過薄也很容易因管頂土壓力不足造成失穩(wěn),最常見的是管道軸線向上彎曲和管道中間鼓肚現(xiàn)象。 。2)施工質(zhì)量影響。根據(jù)管道曲率與側(cè)向分力之間的惡性循環(huán)關(guān)系很容易知道,如果因為頂管施工糾偏或糾扭不及時和不到位造成偏移量增大,將導(dǎo)致管道失穩(wěn)。 。3)頂管設(shè)備原因。頂管設(shè)備在頂進過程中如果出現(xiàn)與管道聯(lián)結(jié)不穩(wěn)固或者剛度不足,都有可能造成管道失穩(wěn)。 31213 管道失穩(wěn)預(yù)防和糾正措施 。1)改善地質(zhì)條件,為頂管施工創(chuàng)造有利條件。 在頂管施工中的基底處理常采取的措施包括:采用超前鉆孔或超前地質(zhì)預(yù)報確定前方地質(zhì)情況,對于不良地質(zhì)地段采取預(yù)加固措施,其中承載力過低地段、土體軟硬不均勻地段、覆蓋層過薄地段或地面有建筑物對管道施工造成壓力的地段,可以采用預(yù)注漿、錨桿、管棚等加固,為頂管施工創(chuàng)造穩(wěn)定、均勻的地質(zhì)條件。 。2)嚴格控制施工質(zhì)量,提高管道糾偏效果。管道軸線偏移是造成管道失穩(wěn)的重要原因之一,因此在施工中應(yīng)把控制管道軸線偏移作為頂管技術(shù)的核心內(nèi)容,要盡量減少軸線偏差。同時,在管道軸線發(fā)生偏離時,認真執(zhí)行管道糾偏的有關(guān)原則,及早糾偏。同時注意對頂管設(shè)備的檢查,加強管道聯(lián)結(jié)剛度。 |