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，堅硬光滑。在試驗段試頂期間，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)試驗段試頂，有效地解決了在該復(fù)雜地層下的頂進(jìn)問題。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，起到對卵石的初步破碎作用；設(shè)置前供漿，即供漿管道通過三通閥分流出兩道支管，在泥土倉內(nèi)設(shè)置供漿口，對泥土倉內(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，目前該工法已通過教育部科技查新工作站的查新，并通過企業(yè)級工法專家評審。.工法特點(diǎn)采用了兩級破碎和泥土倉供漿，能夠破碎卵石、漂石，且不會出現(xiàn)黏土堵塞泥土倉、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、設(shè)備倉組成。工作倉前端為泥土倉，后端為泥水倉。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4.1.1一級破碎在刀盤上設(shè)置11個雙刃滾輪，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)入泥土倉前的初步破碎（一級破碎）。

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)刀盤千斤頂推動機(jī)頭前進(jìn)，擠壓前方土體和卵石，刀盤轉(zhuǎn)動，滾刀被動旋轉(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。4.1.2二級破碎泥土倉是一個前大后小的錐形倉，位于刀盤面板后面。錐形倉內(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，倉內(nèi)刀片旋轉(zhuǎn)，與倉內(nèi)壁上的耐磨合金刀棱共同作用，對進(jìn)入倉內(nèi)的卵石產(chǎn)生剪切破碎（二級破碎），被破碎的卵石和泥土經(jīng)倉壁上的進(jìn)泥孔進(jìn)入泥水倉。

4.1.3前供漿圖4.1.2泥土倉4.1.3前供漿傳統(tǒng)的泥水平衡頂管機(jī)，通過內(nèi)徑10cm的供漿管，連接至泥水倉，給泥水倉供漿，泥石混合物在泥水倉內(nèi)充分混合后通過排漿管排出。巖石破碎泥水平衡頂管機(jī)供漿管道通過三通閥分流出兩道支管，在泥土倉內(nèi)設(shè)置供漿口。一道供漿管與傳統(tǒng)泥水平衡頂管機(jī)一樣給泥水倉供漿，另一道供漿管給泥土倉供漿（前供漿），稀釋黏土、碎石混合物，增加其流動性，使其能夠及時穿過進(jìn)泥孔進(jìn)入泥水倉，避免進(jìn)泥孔堵塞。

圖4.1.3泥土倉內(nèi)設(shè)置的供漿口高粘度泥漿泥漿中水和膨潤土重量比為10：1,粘度不小于80s,能夠更有效地攜帶破碎的卵石，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%丹徒置過渡悶而置池此個由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)勘查報告無法完全反映頂管沿線土層構(gòu)造，當(dāng)遇到地勘報告中沒有顯示的卵石層或漂石時，采用傳統(tǒng)泥水平衡頂管機(jī)無法破碎石塊，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時間放置，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，會對刀頭自身造成很大的磨損，將大大降低對卵石的破碎作用。因此每個頂進(jìn)段頂進(jìn)完成后，必須檢查滾刀、刮刀及泥土倉內(nèi)刀棱的磨損情況，磨損達(dá)到15mm時，應(yīng)更換，更換頻率一般為200h。更換時，先將整個刀盤拆掉，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，刮刀和泥土倉內(nèi)的刀棱需重新焊接。前供漿開啟當(dāng)符合以下兩個條件之一時，應(yīng)打開前供漿：（1）頂進(jìn)施工時，觀察動力系統(tǒng)的電流表，正常頂進(jìn)時電流表讀數(shù)約為80A,當(dāng)電流讀數(shù)發(fā)生突變（100A左右）時，說明頂管機(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，打開前供漿。及時檢測泥漿粘度本工法要求泥漿粘度不小于80s，經(jīng)目測并結(jié)合馬氏漏斗檢測，出現(xiàn)偏差時要通過加水或膨潤土來調(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。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)序號材料名稱型號單位數(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)量驗收標(biāo)準(zhǔn)如下：表7.1頂管質(zhì)量驗收標(biāo)準(zhǔn)（參照GB50268-2008表6.7.3）檢查項目允許偏差（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相鄰管間錯口15%壁厚，且W20鋼尺量5對頂時兩端錯口50鋼尺量7.2質(zhì)量控制措施對頂管施工人員進(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。管材碼放場地應(yīng)平整堅實，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，必須有專人指揮，工作井內(nèi)不得有人。鋼絲繩編插長度應(yīng)大于鋼絲繩直徑的20-25倍，同時最短不得小于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，必須交接清楚當(dāng)前的頂進(jìn)情況、需要處理的問題及注意事項。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，應(yīng)立即停止頂進(jìn)，調(diào)整直順或加弧形鐵。發(fā)現(xiàn)兩個千斤頂頂出長度不一致，或混凝土管端頭有表層脫落時，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，要及時清理出場。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。進(jìn)出場車輛需經(jīng)沖洗，避免將塵土、泥漿帶到場外。運(yùn)輸散裝材料的車輛，車箱必須封閉。施工現(xiàn)場設(shè)專人負(fù)責(zé)保潔工作，配備專用灑水車，及時清掃，隨時灑水，確保施工現(xiàn)場干凈、整潔，無揚(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)長度100米左右，以此為例進(jìn)行計算。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就無法頂進(jìn)，耗時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以及占地面積大,導(dǎo)致機(jī)動車道無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?？傎M(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環(huán)境的污染