顶进法施工过程中管材破损的原因分析.doc

顶进法施工过程中管材破损的原因分析 [摘要]? 作者根据工程实践经验，结合理论分析，总结了顶进法施工中钢筋混凝土管材破损的常见原因，并提出了相关的处理和预防方法。 [关键词]? 顶管? 施工? 破损? 原因? 预防 　　顶管施工最早始于1896年美国的北太平洋铁路下铺设地下管道工程的施工中。从那以后，顶管施工法被视为在铁路、公路下铺设管线的标准施工法，其应用遍及美国各地。60年代后，随着液压技术的发展及大型千斤顶的采用，顶管施工法获得了迅速推广应用。日本于1948年开始使用顶管施工法，主要是顶进铸铁管和钢套管，直到50年代才首次顶进混凝土管。我国早在50年代末，北京和上海就有用顶管方法穿越铁路和堤坝的先例。 　　顶管法与地面开槽法施工相比，占地面积少，不影响地面交通运输，又不破坏原有的地下管线及基础工程等设施，能穿越铁路、公路、河道及建筑物等障碍物，还可大量减少土方的挖填量，节约资金和时间，且施工无噪音，大大降低了劳动强度，成为近年来国内外迅速发展起来的地下施工新技术。 　　随着顶管施工技术的广泛应用，顶管施工工艺有了突飞猛进的发展。目前，顶管施工技术已能在各种复杂的地质条件下采用。它不仅适用于粘性土、粉质土和砂土，也适用于卵石、碎石、风化残积土等非粘性土。但在顶进过程中有时会出现管材破损的现象，造成了或大或小的质量隐患和经济损失，对于其原因管材生产厂家与施工单位各执一词。 施工过程中钢筋混凝土顶管的破损状态各有不同，但归根到底都是局部压应力过大而导致破坏，根据施工条件的不同，笔者将其分为两大类： 插口或承口端整圈（或大部分）被压碎顶进过程中停歇时间过长，特别是在粘土层或粉（细）砂层中顶进时，由于土体的恢复和砂的沉聚，使得顶管外表面的压力和摩擦系数都大大增长，再恢复顶进的初始阶段，顶进力将成倍增大，若顶进力大于管材所能承受的压力时，就会发生压碎破坏。因此，施工时应尽量减少停机的时间，若因特殊情况不能连续顶进，可以采用“短间隔短距离”的顶进方法，即每停机一段时间（如1~3小时）就开机顶进一小段（如0.5~1m），同时可以加强注浆，减少管外壁的摩擦阻力。另外，在停机后重新顶进时，不能一下把压力全部加上去，要分几次加荷、持荷，比如预计要400吨的顶力才能顶进的，先加压至200吨，保持1~2分钟，卸载，再加压至250吨，保持1~2分钟，卸载，再加压至300吨…，以此类推，直至管材顶进或达到极限压力。这样的操作，在砂层特别明显，多次启动的压力比一次加压的压力要小很多。 2、顶管机前方遇到障碍物或坚硬岩层，导致阻力太大，顶力大大增加。 遇到这种情况时不要盲目加大顶力，应留意观察排泥管排出的泥水成分，看是否有石块及土质变化，还可以听一下机头刀盘转动时的声音，以确定是否遇到障碍物（如：旧基础、孤石、搅拌桩等）还是坚硬土（岩）层。若是遇到障碍物，则要停止顶进，采取措施（如开挖）排除障碍后再继续顶进；若是遇到坚硬土层或强度较低的无钢筋水泥桩，则要控制好顶进力，在保证顶进压力不超过管材允许压力的前提下慢慢顶进穿越。 因管线的受力是从机头往后一直增加的，到靠近千斤顶的最后一节管时达到最大值，同时也是直接承受千斤顶的压力，因此这种破坏一般发生在靠近千斤顶的最后一节管。这种破坏发生后可以把该节管拔出，更换一根管子即可 如上图，在某工程中顶进D800的混凝土管，顶进10米后顶力突然增加到250多吨，后来开挖后发现前面有2排D600的灌注桩，挖除后正常顶进。 3、由于目前部分的施工队伍不规范，顶进液压站的压力无法显示（不装压力表或压力表损坏不更换），在顶进时凭感觉操作，实际顶力有多大也不清楚，往往造成顶进力超过管材的承压能力（特别是小口径的管）。特别是人工顶的队伍，操作人员的素质不高，对土建的基本知识不了解，忽略了在前期控制顶进力的重要性，造成减阻降压的措施不足，顶进力往往过大。一旦出现问题，难以挽救。 二、插口或承口局部被压坏 这种现象发生最多，一般先是在管内壁的水泥浆层或砂浆层开始小块崩裂，发展到一定程度时管身结构层被压碎破坏。只要加强监察，大多可以在初始阶段就发现，从而避免其进一步破坏。其破坏的机理就是混凝土局部受压，超过混凝土的抗压强度，而施工队往往与管材厂家争辩说，顶力还很小，只有多少多少，但不明白整个管材的截面只有小半甚至百分之几是接触受力的，其引起的应力将是成倍甚至几十倍地增长，对混凝土是最不利的因素。 1、相邻两根管中心线不重合，端面局部接触。 在顶管过程中，经常会遇到机头偏向和纠偏，从而导致了管线或多或少存在折曲（如下图所示），管子由整个端面均匀受压变成了局部受压，在承受同样顶力时，管子的压应力就会大大增加，并最终超过允许应力而被压碎。  管线偏位导致接触面减少示意图 　管线折角处外弯位置不接触?