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长距离顶管技术的总结
 
1、工程内容
该工程处于杭州市人口稠密、商业繁华的文一路上,地下管线纵横交错,水、电、气、通讯、下水管线多达数十种,根据勘探资料土质条件差别很大。

井位号 井位中心距
10#~11# 200 15#~16# 170

2、原理
在顶管施工中,把用水力切削泥土以及虽然采用机械切削泥土而采用水力输送弃土,同时有的利用泥水压力来平衡地下水压力和土压力的这一类顶管形式都称为泥水式顶管施工。
泥水平衡理论就是以含有一定量粘土的且具有一定相对密度的泥浆水充满掘进机的泥水舱,并对它施加一定的压力,以平衡地下水压力和土压力的一种顶管施工理论,按照该理论,泥浆水在挖掘面上能形成泥膜,以防止地下水的渗透,然后再加上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。
泥水平衡式顶管施工最大的优点是:
(1)适用的土质范围比较广,如在地下水压力很高,以及变化范围很大的条件下,它都适用。
(2)可有效地保持挖掘面的稳定,对所顶管子周围的土体扰动比较小。因此,采用此方法顶管引起的地面沉降较小。
(3)与其他类型的顶管比较,泥水顶管施工时的总推力比较小,尤其在粘土层这种表现得更为突出,所以特别适用于长距离顶管。
(4)工作坑内的作业环境较好,作业比较安全,由于它采用泥水管道,输送弃土,不存在吊土,搬运等危险的作业。
(5)泥水输送弃土为连续作业,因此进度比较快。
3、设备
本工程使用的主设备是:ISEKI公司Unclemole Z型泥水平衡顶管机。
该设备有新设计的三大功能:
顶管机主体可拆卸成四段。可以在接收时很方便地在人孔中回收。分段的设备在工地即可组装投入运行。在投资上节省了接收井的费用。
第二是在机内旁通装置标准化,大大缩短安装时间和防止泥水管道的阻塞。
第三新一代的激光反射型方向诱导装置(RSG)能使操作简单而精确。(RSG系统是带反射镜方向操作系统)。
改良TCZ600型的主要参数
1、尺寸
内径ID(mm) 600
外径 (mm)
全长 (mm) 2482
最大回收度(mm) 928
重量 (Kg.f) 1850
2、切削刀盘
驱动电机 5.5KW
转矩 KN.m(Kgf-M) 11.76[1200]
转速 rpm 3.7
偏心次数 86
土压(KPa[tonf/m2] 490[50]
可破碎砾石最大直径[MM] 210
最大一轴压缩强度(Mpa[kgf/cm2]) 196[2000]
破碎后粒径(mm) max.20
3、纠偏油缸数量 2
推力(每个)(伸出tonf) 17.6
(缩回tonf) 15.3
纠偏角度 上下 1.0?
左右 1.8?
4、 装置 压力(Mpa[kgf/cm2]) 13.7[40]
流量50Hze/min 1.0
电机 0.4KW
5、排泥系统 进出管径mm 50
6、电源 220V

整套设置共有八大系统
1、顶管机主体
2、进排泥系统
3、泥水处理系统
4、主顶系统
5、测量系统
6、吊运系统
7、供电系统
8、洞口止水圈,基坑导轨等附属系统。

4、施工概述
(1)选型、改进设计
根据设计勘察资料文一路工程的土质,即有砂土、砾石层,还有部分砂砾混合卵石土N值较大。施工顶进距离远超过设备的设计指标。施工工期很紧,综合整个现场条件,选用了国际上最为先进的ISEKI机作本体。改良后的设备,有如下优点:
A、适用性极强,可在各种土质条件下,如粘质土、砂土、砾土、砂砾混合卵石土和软岩土。
B、掘进刀盘是带有锥型破碎的条幅刀盘,能破碎小于外径30%,一轴强度196Mpa(2000kg/cm2)的砾石。
C、安装在轨道上的主顶油缸,一次顶进长度超过100M。
D、使用先进的RSG系统仅一人在地面遥控操作。
E、设计合理的泥水分离装置,分离效果好、完全密封、现场清洁。
(2)施工过程
现将施工过程中的主要内容分述如下:
从进场到出场时间共用11天。而实际顶进时间为7天。平均每天顶进速度为30M/d。在整个施工过程中通过试验、采用合适的泥水平衡。根据理论、泥水的相对密度必须大于1.03,即必须是含有一定粘土成分的泥浆泥。在施工过程中,根据不同的土质条件来控制泥水。见表:
不同土质条件下的泥水相对密度

土质名称
渗透系统(CM/S)
颗粒含量(%)
相对密度

粘土及粉土
1?0-9~1?0-7
5~15
1.025~1.075

粉砂及细砂
1?0-7~1?0-5
15~25
1.075~1.125


1?0-5~1?0-3
25~35
1.125~1.175

粗砂及砂砾
1?0-3~1?0-1
35~45
1.175~1.225

砾石
1?0-1以上
45以上
1.225以上

在粘土层中,由于其渗透系数极小,无论采用的是泥水还是清水,在较短的时间内,都不会产生不良状况,这时在顶进中应考虑以土压力作为基础。在硬的粘土层中,土层很稳定,即使采用清水而不用泥水,也不会造成挖掘面失稳现象。然而在较软的粘土层中,泥水压力大于其主动土压力,从理论上讲可防止挖掘面失稳的。但实际上,即使在静止土压力的范围内,顶进停止时间过长时,也会使挖掘面失稳,从而导致地面下沉。这时应适当提高泥水压力。在施工中也曾发生意外事故使顶进停止。就采用提高泥水压力来维持平衡很有效。
在渗透系数较小,如K≤1?0-3cm/s的砂土中,泥浆相对密度应适当提高。这样在挖掘面上使泥膜在短时间内形成,从而泥水压力就能有效控制住挖掘面失稳状态。
在渗透系数适中,如1?0-3cm/s ≤K<1?0-2cm/s的砂土中,挖掘面很容易失稳。这时施工操作特别仔细保持泥水稳定。即进入顶管机泥水仓的泥水中必须含有一定比例的粘土和保持足够的相对密度。这时光加入粘土以外,还按比例加入膨润土及CMC作为增粘剂来维持泥水性质稳定,达到保持挖掘面的稳定。
在砂砾层施工、泥水管理极为重要,稍有不慎,即使挖掘面失稳。教训极多。由于这种土质中粘土含量很低,所以在泥水的反复循环利用中就会不断损失一些粘土,只有在循环泥水中不断加入粘土,才能保持住泥水的较高粘度和较大的相对密度,也只能这样才能杜绝挖掘面失稳现象。
长距离顶管,还会有顶力增加,测量精度降低,供电衰减等不利因素,主要采用注浆减摩等技术来加以克服。本文不再详述。
5、结论及建议
在文一路施工过程中可得出如下经验:
(1)必须根据土质条件、设计要求,认真选型、专项设计、合理配套,才能得到良好的效益。
(2)在小口径超长距离顶管施工中。一定要施工技术设计严密,方案完善可靠。参数均要验证。
(3)精心操作严格按技术规程运作,确保工程质量优异。
建议应该注意的是:
(1)当顶管机停止工作时,要防止泥水从土层或洞口及其他地方流失。否则挖掘面会失稳,尤其在出洞时更应防止洞口止水圈漏水。
(2)在顶进过程中,密切注意地下水压力的变化随时调整,来保持挖掘面稳定。
(3)在顶进过程中注意相关设备及系统的运行,如进出泥泵等辅助系统是否正常。
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