大直徑卵石復(fù)雜地質(zhì)條件下的頂管施工工法

#大直徑卵石復(fù)雜地質(zhì)條件下的頂管施工工法.前言XX工程污水管道采用頂管施工。該工程地質(zhì)復(fù)雜，主要有黏土層和砂土層，并夾雜卵石層或漂石層。卵石直徑可達(dá)10~15cm，含量約為40%,其強(qiáng)度為80MPa左右，堅(jiān)硬光滑。在試驗(yàn)段試頂期間，先后采用了傳統(tǒng)的泥水平衡頂管機(jī)和巨卵石泥水平衡頂管機(jī)，頂進(jìn)均未成功。因此，需聯(lián)合頂管機(jī)生產(chǎn)廠家改進(jìn)頂管機(jī)，使之具有卵石破碎功能且適用于黏土層和砂土層。改進(jìn)后的頂管機(jī)（巖石破碎泥水平衡頂管機(jī)），經(jīng)試驗(yàn)段試頂，有效地解決了在該復(fù)雜地層下的頂進(jìn)問(wèn)題。圖1.1卵石巖石破碎泥水平衡頂管機(jī)的功能原理：刀盤上設(shè)置了雙刃滾刀，起到對(duì)卵石的初步破碎作用；設(shè)置前供漿，即供漿管道通過(guò)三通閥分流出兩道支管，在泥土倉(cāng)內(nèi)設(shè)置供漿口，對(duì)泥土倉(cāng)內(nèi)供漿，稀釋黏土，避免黏土粘接、堵塞進(jìn)泥孔；采用高粘度泥漿，制備出的泥漿粘度不小于80s，能夠有效攜帶碎石，從泥水倉(cāng)排出；增加泥石分離設(shè)備，分離出泥漿，循環(huán)利用，確保泥漿純度。以上方法有效地解決了月季大道頂管施工頂進(jìn)受阻的問(wèn)題，最終形成了大直徑卵石復(fù)雜地質(zhì)條件下的頂管施工工法，目前該工法已通過(guò)教育部科技查新工作站的查新，并通過(guò)企業(yè)級(jí)工法專家評(píng)審。.工法特點(diǎn)采用了兩級(jí)破碎和泥土倉(cāng)供漿，能夠破碎卵石、漂石，且不會(huì)出現(xiàn)黏土堵塞泥土倉(cāng)、排泥管的現(xiàn)象，完全適用于夾雜卵石層、漂石層的黏土層和砂土層。操作方法與傳統(tǒng)的泥水平衡頂管機(jī)相同，相關(guān)配套設(shè)備無(wú)需更換。未增加安全隱患，不產(chǎn)生廢棄物，不污染環(huán)境。.適用范圍適用于砂層、砂土層、含卵石或漂石的土層，尤其適用于卵石、黏土、砂土混合的復(fù)雜地層（卵石直徑可為5?40cm）的頂管施工。.工藝原理巖石破碎泥水平衡頂管機(jī)由刀盤、工作倉(cāng)、設(shè)備倉(cāng)組成。工作倉(cāng)前端為泥土倉(cāng)，后端為泥水倉(cāng)。4.1-1巖石破碎泥水平衡頂管機(jī)4.1-2巖石破碎泥水平衡頂管機(jī)內(nèi)部4.1.1一級(jí)破碎在刀盤上設(shè)置11個(gè)雙刃滾輪，滾輪刀頭為耐磨硬質(zhì)合金，強(qiáng)度可達(dá)2000MPa,高溫下硬度為89~93HRA,其破碎能力強(qiáng)，增加了在卵石進(jìn)入泥土倉(cāng)前的初步破碎（一級(jí)破碎）。

圖4.1.1-1傳統(tǒng)泥水平衡頂管機(jī)刀盤圖4.1.1-2巨卵石泥水平衡頂管機(jī)刀盤圖4.1.1-3巖石破碎泥水平衡頂管機(jī)刀盤千斤頂推動(dòng)機(jī)頭前進(jìn)，擠壓前方土體和卵石，刀盤轉(zhuǎn)動(dòng)，滾刀被動(dòng)旋轉(zhuǎn)，使?jié)L刀與卵石之間產(chǎn)生強(qiáng)大的擠壓、摩擦作用，將大卵石破碎成小卵石。4.1.2二級(jí)破碎泥土倉(cāng)是一個(gè)前大后小的錐形倉(cāng)，位于刀盤面板后面。錐形倉(cāng)內(nèi)壁布置8道（根據(jù)直徑不同，數(shù)量也不同）硬質(zhì)耐磨合金刀棱，局部設(shè)置有直徑4cm的進(jìn)泥孔。經(jīng)滾刀破碎的卵石隨著被刮刀切削的泥土進(jìn)入泥土倉(cāng)，倉(cāng)內(nèi)刀片旋轉(zhuǎn)，與倉(cāng)內(nèi)壁上的耐磨合金刀棱共同作用，對(duì)進(jìn)入倉(cāng)內(nèi)的卵石產(chǎn)生剪切破碎（二級(jí)破碎），被破碎的卵石和泥土經(jīng)倉(cāng)壁上的進(jìn)泥孔進(jìn)入泥水倉(cāng)。

4.1.3前供漿圖4.1.2泥土倉(cāng)4.1.3前供漿傳統(tǒng)的泥水平衡頂管機(jī)，通過(guò)內(nèi)徑10cm的供漿管，連接至泥水倉(cāng)，給泥水倉(cāng)供漿，泥石混合物在泥水倉(cāng)內(nèi)充分混合后通過(guò)排漿管排出。巖石破碎泥水平衡頂管機(jī)供漿管道通過(guò)三通閥分流出兩道支管，在泥土倉(cāng)內(nèi)設(shè)置供漿口。一道供漿管與傳統(tǒng)泥水平衡頂管機(jī)一樣給泥水倉(cāng)供漿，另一道供漿管給泥土倉(cāng)供漿（前供漿），稀釋黏土、碎石混合物，增加其流動(dòng)性，使其能夠及時(shí)穿過(guò)進(jìn)泥孔進(jìn)入泥水倉(cāng)，避免進(jìn)泥孔堵塞。

圖4.1.3泥土倉(cāng)內(nèi)設(shè)置的供漿口高粘度泥漿泥漿中水和膨潤(rùn)土重量比為10：1,粘度不小于80s,能夠更有效地?cái)y帶破碎的卵石，從排漿管排出。泥石分離從供漿管內(nèi)排除的泥漿,夾雜有碎石、砂子,為了使泥漿循環(huán)利用,降低成本,對(duì)原有工藝進(jìn)行改進(jìn),增加了泥石分離設(shè)備,去除其中的砂石顆粒,保證了泥漿純度。使用后,泥漿回收率可達(dá)80%以上。泥石分離器主要有粗篩、細(xì)篩、旋流器、泥漿泵、蓄漿池等部分組成。從頂管機(jī)排出的泥漿先經(jīng)粗篩過(guò)濾,除去石塊,流入蓄漿池；再由泥漿泵送入旋流器分離,沉渣經(jīng)細(xì)篩再次過(guò)濾流入蓄漿池,分離后的泥漿流入泥漿池,循環(huán)利用。圖4.3-1泥石分離設(shè)備謳泵池%丹徒置過(guò)渡悶而置池此個(gè)由HI槳番內(nèi)牯壞保護(hù)裝I!圖4.3-2泥石分離設(shè)備示意圖.施工工藝流程及操作要點(diǎn)5.1工藝流程圖圖5.1工藝流程圖5.2施工操作要點(diǎn)頂管機(jī)回退由于地質(zhì)勘查報(bào)告無(wú)法完全反映頂管沿線土層構(gòu)造，當(dāng)遇到地勘報(bào)告中沒有顯示的卵石層或漂石時(shí)，采用傳統(tǒng)泥水平衡頂管機(jī)無(wú)法破碎石塊，頂進(jìn)失敗，需將原頂管機(jī)強(qiáng)制退出，更換施工設(shè)備和方法。退出時(shí)先拆除所有供電、泥漿管等管線，將千斤頂回縮。吊車吊起千斤頂，調(diào)換頂進(jìn)方向，以頂進(jìn)洞口的沉井井壁為靠背（必要時(shí)需設(shè)置鋼板靠背后），重新安裝千斤頂。在千斤頂前端安裝250mmX250mm的H型鋼，用2根（根據(jù)阻力大小可增加鋼筋數(shù)量）直徑25mm的鋼筋將頂管機(jī)和H型鋼連接，焊接牢固。千斤頂頂推H型鋼，拉動(dòng)頂管機(jī)和管道，逐節(jié)吊出管道，完成回退。每退出一節(jié)管道，都需要將連接鋼筋超出部分切斷，回縮千斤頂，重新焊接，焊接必須牢固、可靠，滿足焊接規(guī)范要求。頂管機(jī)回退前要將新頂管機(jī)及相關(guān)配套設(shè)備準(zhǔn)備好，頂管機(jī)退出后要盡快將新頂管機(jī)安裝好，快速頂進(jìn)至原受阻位置，避免退出后形成的孔道長(zhǎng)時(shí)間放置，發(fā)生縮孔或塌孔。5.2.1頂管機(jī)回退示意圖刀頭更換頂管機(jī)的刀頭破碎卵石，會(huì)對(duì)刀頭自身造成很大的磨損，將大大降低對(duì)卵石的破碎作用。因此每個(gè)頂進(jìn)段頂進(jìn)完成后，必須檢查滾刀、刮刀及泥土倉(cāng)內(nèi)刀棱的磨損情況，磨損達(dá)到15mm時(shí)，應(yīng)更換，更換頻率一般為200h。更換時(shí)，先將整個(gè)刀盤拆掉，用吊車將刀盤平放，從刀盤后面擰掉固定滾刀的螺栓，更換新滾刀，刮刀和泥土倉(cāng)內(nèi)的刀棱需重新焊接。前供漿開啟當(dāng)符合以下兩個(gè)條件之一時(shí)，應(yīng)打開前供漿：（1）頂進(jìn)施工時(shí)，觀察動(dòng)力系統(tǒng)的電流表，正常頂進(jìn)時(shí)電流表讀數(shù)約為80A,當(dāng)電流讀數(shù)發(fā)生突變（100A左右）時(shí)，說(shuō)明頂管機(jī)刀盤前端受到的阻力增大，可判斷為遇到卵石或漂石，或者卵石含量增大，此時(shí)應(yīng)打開前供漿。（2）觀察排泥管排出的泥漿，當(dāng)泥漿內(nèi)碎石含量較之前增多時(shí)，打開前供漿。及時(shí)檢測(cè)泥漿粘度本工法要求泥漿粘度不小于80s，經(jīng)目測(cè)并結(jié)合馬氏漏斗檢測(cè)，出現(xiàn)偏差時(shí)要通過(guò)加水或膨潤(rùn)土來(lái)調(diào)節(jié)。.材料與設(shè)備主要施工材料投入的材料均為常規(guī)材料，根據(jù)施工進(jìn)度進(jìn)場(chǎng)。主要施工設(shè)備與傳統(tǒng)泥水平衡頂管機(jī)相比，增加的主要設(shè)備見下表：表6.2主要施工材料技術(shù)指標(biāo)序號(hào)材料名稱型號(hào)單位數(shù)量1巖石破碎泥水平衡頂管機(jī)直徑1500mm/1200mm套22泥石分離設(shè)備/套23泥漿三件套/套17.質(zhì)量控制7.1質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)頂管施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)如下：表7.1頂管質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)（參照GB50268-2008表6.7.3）檢查項(xiàng)目允許偏差（mm）檢查頻率檢查方法范圍點(diǎn)數(shù)1管道水平軸線50每管節(jié)1經(jīng)緯儀2管道底標(biāo)高<1500+30,-40經(jīng)緯儀3三1500+40,—50鋼尺量4相鄰管間錯(cuò)口15%壁厚，且W20鋼尺量5對(duì)頂時(shí)兩端錯(cuò)口50鋼尺量7.2質(zhì)量控制措施對(duì)頂管施工人員進(jìn)行技術(shù)交底,必須交底到一線操作工人。做好培訓(xùn)工作，組織技術(shù)人員認(rèn)真學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)圖紙、技術(shù)規(guī)范及操作規(guī)程。嚴(yán)格把控原材料質(zhì)量，尤其是鋼筋混凝土管道。嚴(yán)格執(zhí)行隱蔽工程檢查驗(yàn)收制度。8.安全措施運(yùn)輸、存放安全管材裝卸，必須有專人指揮。機(jī)動(dòng)車輛運(yùn)輸，必須用緊線器綁牢。卸車前必須認(rèn)真檢查，如有松動(dòng)或管材移位，必須先采取可靠措施，防止管材滑落。管材碼放場(chǎng)地應(yīng)平整堅(jiān)實(shí)，碼放高度為一層，距工作井邊距離不小于2m,碼放后固定牢靠。吊裝安全吊放管道時(shí)，必須有專人指揮，工作井內(nèi)不得有人。鋼絲繩編插長(zhǎng)度應(yīng)大于鋼絲繩直徑的20-25倍，同時(shí)最短不得小于30cm。吊鉤應(yīng)有防脫鉤卡，頂部定滑輪應(yīng)有安全限位卡裝置。交接班時(shí)應(yīng)檢查鋼絲繩，出現(xiàn)表面磨損、腐蝕、斷絲嚴(yán)重、打死彎、斷股、油芯外露的禁止使用。工作井安全工人上下工作井必須走安全爬梯，嚴(yán)禁用吊車上下吊送工人。工作井周邊必須用設(shè)置硬質(zhì)防護(hù)欄桿。工作井內(nèi)的千斤頂、泥漿管、供電等管線必須安裝牢固。頂進(jìn)安全頂管機(jī)操作人交接班時(shí)，必須交接清楚當(dāng)前的頂進(jìn)情況、需要處理的問(wèn)題及注意事項(xiàng)。已頂進(jìn)的管道內(nèi)每10m裝一盞照明燈，采用24V安全電壓供電。后靠背必須垂直管道頂進(jìn)方向，千斤頂必須與平行與管道軸線。工人方可進(jìn)入管道內(nèi)檢修前，需向管道內(nèi)通風(fēng)。采用壓入式通風(fēng)，空壓機(jī)安裝在地面上，用DN100的硬質(zhì)PVC通風(fēng)管道，將風(fēng)送至端部機(jī)頭處。通風(fēng)管要固定在工作井側(cè)壁及鋼筋混凝土管內(nèi)壁的上邊，固定要牢固。發(fā)現(xiàn)頂鐵向兩側(cè)彎曲或往上起拱時(shí)，應(yīng)立即停止頂進(jìn)，調(diào)整直順或加弧形鐵。發(fā)現(xiàn)兩個(gè)千斤頂頂出長(zhǎng)度不一致，或混凝土管端頭有表層脫落時(shí)，立即停止頂進(jìn)，查找原因，采取可靠措施。.環(huán)保措施經(jīng)泥石分離器分離出的石塊、泥漿，要及時(shí)清理出場(chǎng)。施工結(jié)束后，剩余的泥漿用泥漿運(yùn)輸車外運(yùn)至棄土場(chǎng)。進(jìn)出場(chǎng)車輛需經(jīng)沖洗，避免將塵土、泥漿帶到場(chǎng)外。運(yùn)輸散裝材料的車輛，車箱必須封閉。施工現(xiàn)場(chǎng)設(shè)專人負(fù)責(zé)保潔工作，配備專用灑水車，及時(shí)清掃，隨時(shí)灑水，確保施工現(xiàn)場(chǎng)干凈、整潔，無(wú)揚(yáng)塵。.效益分析經(jīng)濟(jì)效益月季大道頂管管道平均埋深10米，頂進(jìn)長(zhǎng)度100米左右，以此為例進(jìn)行計(jì)算。傳統(tǒng)工法傳統(tǒng)泥水平衡機(jī)在該地質(zhì)條件下一般頂進(jìn)3?4m就無(wú)法頂進(jìn)，耗時(shí)1天，需強(qiáng)制退出頂管機(jī)，改成開槽施工。人工費(fèi)：每天1000元，共1000元；電費(fèi)：每天1000元，共1000元；開槽施工需要20天（包括開挖、回填等）。以1.5m直徑的管道為例，需開挖14500m3土方，回填砂礫石14500-176=14324m3,單價(jià)120元/山3,費(fèi)用為1718880元?？傎M(fèi)用：1720880元,且未考慮溝槽開挖施工工期長(zhǎng)以及占地面積大,導(dǎo)致機(jī)動(dòng)車道無(wú)法施工的工期延誤費(fèi)用。改進(jìn)工法改進(jìn)后每天頂進(jìn)20m，工期為5天。增加費(fèi)用：滾刀、泥石分離器、供漿分支管、膨潤(rùn)土等增加成本335200元。頂進(jìn)人工費(fèi)每天1000元，共5000元；電費(fèi)每天1000元，共5000元；機(jī)頭維修費(fèi)：頂進(jìn)完成后滾刀更換費(fèi)用180000元。總費(fèi)用：525200元。因此頂進(jìn)100米節(jié)省費(fèi)用：1720880-525200=1195680元，節(jié)省工期15天。社會(huì)效益該工法有效解決了在夾雜卵石層或漂石的黏土層和砂土層地質(zhì)條件下的頂管問(wèn)題，為頂管施工行業(yè)提供了在類似復(fù)雜地質(zhì)中頂管的技術(shù)支撐和案例，社會(huì)效益巨大。極大的縮短了施工工期，與其它頂進(jìn)方法相比，操作方法相同，不增加安全隱患，得到了業(yè)主單位的高度認(rèn)可。環(huán)保效益該工法使用了泥石分離器，使泥漿回收循環(huán)利用，有效地減少了泥漿對(duì)環(huán)境的污染