CN110864162B - 泥质砂岩地质顶管施工工艺 - Google Patents

泥质砂岩地质顶管施工工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种泥质砂岩地质顶管施工工艺,采用触变泥浆系统向混凝土管周向注触变泥浆,所述混凝土管包括若干管节,在头部的管节上设置泥浆套,同时在中间管节上间隔设置泥浆套,所述泥浆套沿周向分布有注浆孔,所述触变泥浆系统包括注浆泵和注浆管道,拌浆时把注浆材料兑水后搅拌成所需浆液,且造浆后静置24h后使用,然后用注浆泵进行注浆,注浆过程中用压力表和流量表控制注浆压力为水深的1.1‑1.2倍,同时控制注浆量,注浆管道包括总管和与总管连接的若干支管,支管把总管内压送过来的浆液输送到每个注浆孔。本发明除了利用工具头部泥浆套压入泥浆外,在中间管段上增设泥浆套,通过它促使管周围泥浆支撑环带的形成。

Description

泥质砂岩地质顶管施工工艺
技术领域
本发明属于电力施工技术领域,具体涉及电力电缆隧道施工技术。
背景技术
在国外的大型城市的发展中,以地下电缆方式取代传统的架空线路已经成为世界潮流。随着我国城市化的快速发展,城市上部空间留给架空线路的空间也越来越小。架空线路在应用空间和输送容量方面都已经越来越跟不上社会需求。因此从实际输送功率和美观角度看,采用地下电缆的形式来替代架空线路已经显现出其必要性。从功能上看,采用电缆线路能够避免出现架空线路对绿化树木生长高度的制约,且不占据城市地面空间。
虽然采用地下电缆线路具有诸多优势,但电缆线路的初期建设费用更高,很大程度上受到线路敷设方式的影响。
电力电缆隧道的敷设方式对工程的造价具有很大的影响。因此,采用合理的线路规划和最佳的电缆敷设方式对于节省工程土建费用,提高日后工程维护的便利性都有直接关系。由于电缆敷设属于地下工程,因此必然受到工程地质条件、电缆类型及电缆敷设数量的影响。
在粉砂土中顶进施工,根据该粉细砂的特性,摩阻力较大,渗透系数高,高水头下易出现流砂和管涌现象,必然给顶管施工带来不小的难度。实际施工时,也出现了我们未估计到的困难,其中较为棘手的主要有三个方面:顶进所需推力大;常规泥浆减阻措施效果较差,顶进头部气压较难控制;另外还存在排水口管桩施工造成顶管区域砂土液化等干扰因素,也增加了顶管施工的难度。
发明内容
本发明所要解决的技术问题就是提供一种泥质砂岩地质顶管施工工艺,解决砂土中触变泥浆减阻效果不理想的问题。
为解决上述技术问题,本发明采用如下技术方案:泥质砂岩地质顶管施工工艺,采用顶进千斤顶顶推混凝土管在泥质砂岩中顶进,采用触变泥浆系统向混凝土管周向注触变泥浆,所述混凝土管包括若干管节,其特征在于:在头部的管节上设置泥浆套,同时在中间管节上间隔设置泥浆套,所述泥浆套沿周向分布有注浆孔,所述触变泥浆系统包括注浆泵和注浆管道,拌浆时把注浆材料兑水后搅拌成所需浆液,且造浆后静置24h后使用,然后用注浆泵进行注浆,注浆过程中用压力表和流量表控制注浆压力为水深的1.1-1.2倍,同时控制注浆量,注浆管道包括总管和与总管连接的若干支管,支管把总管内压送过来的浆液输送到每个注浆孔。
优选的,先在管节上开设好注浆孔,然后在注浆孔径向外侧焊接一圈宽为10cm的钢板,钢板与管外壁留有8mm间隙,且前端与管外壁封闭。
优选的,注浆孔布置为工具头后3节管节各设一圈,往后每隔5m设一圈注浆孔,或者间隔2节管节设一圈注浆孔。
优选的,所述泥浆套位于混凝土管上三分之二周向。
优选的,采取全长均匀压浆与分段压浆相结合的方法,且泥浆压入与中继环顶进动作协调一致,泥浆与管壁运动方向相同,补浆始终保持从后向前的方向。
优选的,所述注浆材料包括钠基膨润土、纯碱、CMC。
优选的,工具管头部气压在正常顶进情况下为0.08MPa~0.11MPa之间,气压值在停顿和启动时应高于顶进数值。
优选的,顶进中如发现管位偏差≥5mm时,应立即进行校正,采用工具头自身纠偏法,即控制工具头状态向上下左右各向,每次纠偏幅度以5mm为一单元,再顶进1m时如工具头测斜仪和激光经纬仪测量偏位趋势未减小,则增大纠偏力度,仍以5mm为一个单元,如趋于稳定或偏差减小,则保持该纠偏力度继续顶进,否则需将纠偏力度逐渐减小。
优选的,每根混凝土管布置3个中继环。
本发明采用上述技术方案,具有如下有益效果:
触变泥浆要充分发挥其减阻作用,必须要在管周围形成一个均匀的支撑环带。然而由于砂土特性随着顶进长度增加,后续管节难以形成该环带。为此,除了利用工具头部泥浆套压入泥浆外,在中间管段上增设泥浆套,通过它促使管周围泥浆支撑环带的形成。
增加了注浆孔的开设数量,每隔5m或2节管子开设一组注浆孔,使其有利于触变泥浆的均匀压入与根据不同情况采取适当的压浆方法。
正确地压入触变泥浆是减阻作用得以实现的保证。在顶推过程中,泥浆由于流散到土层中有所消耗,必须对后续管路补浆,以使管子周围空隙中的泥浆能够在顶管全部长度上保持与土压力一致。同时采取全长均匀压浆与分段压浆相结合的方法可以实现上述目的,同时需遵循几个原则为:泥浆压入与中继环顶进动作要协调一致,泥浆应与管壁运动方向相同,补浆始终保持从后向前的方向。
为了保证顶管顶推力绝对满足工程需要,每根管道增加一组中继环,并调整各环之间的间距。
本发明的具体技术方案及其有益效果将会在下面的具体实施方式中结合附图进行详细的说明。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步描述:
图1为在注浆孔上焊接钢板的外形示意图;
图2为在注浆孔上焊接钢板的轴向视图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的,决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
本发明在泥质砂岩且水量贫乏的地质水文条件下,能够确保工程顺利施工,有效地保护周边构筑物安全。
参考图1至图2所示,泥质砂岩地质顶管施工工艺,采用顶进千斤顶顶推混凝土管在泥质砂岩中顶进,采用触变泥浆系统向混凝土管周向注触变泥浆,所述混凝土管包括若干管节1,在头部的管节上设置泥浆套,同时在中间管节上间隔设置泥浆套,所述泥浆套沿周向分布有注浆孔11,所述触变泥浆系统包括注浆泵和注浆管道,拌浆时把注浆材料兑水后搅拌成所需浆液,且造浆后静置24h后使用,然后用注浆泵进行注浆,注浆过程中用压力表和流量表控制注浆压力为水深的1.1-1.2倍,同时控制注浆量,注浆管道包括总管和与总管连接的若干支管,支管把总管内压送过来的浆液输送到每个注浆孔。
具体的,先在管节上开设好注浆孔,然后在注浆孔上焊接一圈宽为10cm的的钢板2,钢板与管外壁留有8mm间隙,且前端采用焊接连接块21与管外壁封闭。注浆孔布置为工具头后3节管节各设一圈,往后每隔5m设一圈注浆孔,或者间隔2节管节设一圈注浆孔。所述泥浆套位于混凝土管上三分之二周向。
因此,除了利用工具头部泥浆套压入泥浆外,在中间管段上增设泥浆套,通过它促使管周围泥浆支撑环带的形成。另外,增加了注浆孔的开设数量,使其有利于触变泥浆的均匀压入与根据不同情况采取适当的压浆方法。
针对顶进前期泥浆减阻作用不明显的情况,根据粉细砂的特性,进行了调整常规触变泥浆配方的试验。最终的触变泥浆材料采用优质钠基膨润土、纯碱、CMC加水绊制,物理化学性能指标:密度1.06~1.1g/cm3,黏度35~40S,泥皮厚3~5mm,PH值为9~10。经工程实际使用,泥浆减阻取得了较大的作用。
正确地压入触变泥浆是减阻作用得以实现的保证。在顶推过程中,泥浆由于流散到土层中有所消耗,必须对后续管路补浆,以使管子周围空隙中的泥浆能够在顶管全部长度上保持与土压力一致。同时采取全长均匀压浆与分段压浆相结合的方法,遵循几个原则为:泥浆压入与中继环顶进动作要协调一致,泥浆应与管壁运动方向相同,补浆始终保持从后向前的方向。
粉细砂摩阻力大,据地质资料,侧壁阻力达到56.5kPa,且工具管头部加气压疏干后正面阻力和该区域侧摩阻力也相应增大;粉细砂层中管周围较难形成均匀的泥浆支撑环套是产生顶力较大的主要原因,且反映在工程实际中突出的现象是启动时顶力很大和摩阻力恢复较快,提高触变泥浆的作用是减小摩阻力的主要手段。施工前、中期,在触变泥浆不能充分发挥其减阻作用的情况下,必须采取相应施工措施,保证顶管的正常顶进施工。因此,为了保证顶管顶推力绝对满足工程需要,每根混凝土管布置3个中继环,并合理调整各环之间的间距。
粉细砂土中,摩阻力随时间恢复较快,所以导致顶进启动推力较大。所以在保证质量和安全的前提下,尽量减少顶管停顿时间,缩短环缝电焊和顶管准备时间,对减小启动顶力有明显效果。
气压控制贯穿于顶管施工的始终,是顶进工作的关键环节。粉细砂气密性差,在高水头下极易形成流砂和管涌,该土层中气压控制有一定的难度。实际操作时,根据工具头部压力表数值和头部土的情况,及时调整气压值。工具管头部气压在正常顶进情况下一般为0.08MPa~0.11MPa之间,气压值在停顿和启动时应略高于顶进数值。
在启动时,工具头部土层易出现流砂和管涌,此时要保证一定的气压值,但气压过高会造成穿孔,这就要求中继环推进后,后续管节及时跟进,启动时各工种必须协调一致,尽量加快初始顶进速度,有效阻止流沙管涌的出现。
顶进中如发现管位偏差约为5mm时,应立即进行校正。纠偏校正应缓慢进行,使管节逐渐复位,采用工具头自身纠偏法,即控制工具头状态向上下左右各向,该法纠偏效果良好,每次纠偏幅度以5mm为一单元,再顶进1m时如工具头测斜仪和激光经纬仪测量偏位趋势未减小,则增大纠偏力度(以5mm为一个单元),如趋于稳定或偏差减小,则保持该纠偏力度继续顶进,否则需将纠偏力度逐渐减小。
顶进千斤顶,观察工作仓土压力表,调节渣浆泵流量,当进泥和吸泥泵稳定工作时调节泵量。仓内泥水压力应与地下水压力相平衡,泥水压力过大则导致地面隆起,压力过小则导致地面沉降,故控制顶进与出泥速度相当关键。
采用泥水处理系统处理好砂土和装车外运。出土时在工具头中注人含有一定泥量的泥浆,通过大刀盘切削工具头前方的原状土,与注人泥水搅拌,泥水通过渣浆泵排到地表泥水处理系统处理,泥浆可以反复循环使用,处理好的泥砂则用泥浆车外运。
泥质砂岩为粉质勃土夹粉土层、粉土层等不稳定土层,故采用泥水平衡式顶管机和土压平衡式顶管机。
采用钢筋混凝土沉井,沉井顶板的标高控制在管道顶面以上2m,而且还要在顶板上覆盖lm以上的土层,底板顶端标高按底管下O.Sm施工空间考滤。井壁顶作接高处理,接高到地面下O.Sm,作为临时支护措施考虑。
顶管施工过程中,进出洞口是最重要的施工环节之一,尤其在不稳定土层中,若操作不当,极易引发事故。为保证工程质量,进出洞操作时,需采取以下措施。
首先,采用高压旋喷桩对外侧的土体进行加固,保证管道上部路面结构的稳定,同时,起到止水作用,旋喷桩的水泥用量为300m3,加固宽度不小于1.2m。在进行洞口加固时,将洞口周围土体缝隙注满,凝固一段时间后,再推进机头。
为避免水的渗入,在钢盒外侧焊接止水钢环,并在止水钢环处装有止水橡胶圈。在管道进入洞口之前,先切割掉钢盒内侧档土钢板以及预埋钢盒外侧的钢板。此外,还要清除掉地下的钢筋网混凝土保护层,开始顶进操作,尽量减少停歇时间。此时,钢盒外侧的止水橡胶圈发挥作用。在出洞处,人工挖掘出两个内径为lm的降水井,深度达到顶管深度以下4m,这样能够避免顶管穿墙过程中产生降水沉降和管段沉降。
在管道进洞施工前期,顶管机工作时的正面主动土压力较大,周边及导轨的摩擦力无法与之抗衡而达到平衡,容易产生顶管机的反弹,进而导致顶管前方土体出现不均匀坍塌,这样一来,顶管机再次工作时推进方向难以控制,而且倾向于向上爬高。为避免这一问题的出现,本项目选择在洞口两侧各安装一条工字钢,并与地面呈平行状态。在主顶油缸将要回缩加顶铁时,将洞口两侧的两条工字钢与第一个顶铁焊接在一起,再开始挺进。此外,在管道进洞之前预设出相应的向下纠偏量,这能有效避免进洞时机头抛高。
管道成功进入洞口后,要及时封闭接收口,管道进入接收口后,要对管道与接收口之间的空隙进行封堵,以免井内有水土流入。若出现不均匀沉降现象,要及时采取措施进行封堵。
在进洞施工前期,顶管机头在力的作用下容易出现扭转现象。顶管机大刀盘转动时,其前方土体会产生一定的扭矩,同样,土体也会对顶管机产生一定的扭矩,而且该扭矩远大于顶管机对土体的扭矩,虽然顶管机与周边会产生一定的摩擦力,但是土体对顶管机产生的扭矩仍大于摩擦力及顶管机自重所产生的反抗扭矩。因此,在顶管机出现扭转情况时,将顶管机两侧与导轨用钢板焊接在一起,转动刀盘,在达到转动平顺无障碍后,割开钢板继续挺进操作。
在顶管没有进入接收井之前,根据施工设计的穿墙位置在井内做好相应标记,并将接收井出洞位置的混凝土凿薄,以便顶管机顺利出洞。在顶管达到墙体时,将进洞位置的混凝土凿穿,将工具头快速顶出。为了避免在出洞时产生砂土流失过量的情况,要在出洞时用稻草填塞穿墙位置的流砂缝隙。工具头顶进到位时,通过预埋管引水方式,将接缝位置采用快凝水泥封填,最后利用水泥浆和水玻璃对其进行压浆止水。
在挺进过程中,管材受力情况复杂,所以对管材的结构和质量有较高要求。施工中管材经常会接触到地下水,所以管材接口要具备防水功能,将管材接口设置为F型管接口,再采取一定的辅助密封措施,既能防止管缝间的漏水,还能避免相邻管节出现错口问题。外围土体的加固可将水泥和水玻璃作为注浆材料,对其进行包裹加固,防止管内外出现内外水流动现象,同时,避免管上部地面出现沉降。挺进过程中,要经常压触变泥浆,以减小挺进中的阻力。此外,如发现偏差要及时矫正,通常采用工具头自身纠偏法。
以上所述,仅为本发明的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,熟悉该本领域的技术人员应该明白本发明包括但不限于上面具体实施方式中描述的内容。任何不偏离本发明的功能和结构原理的修改都将包括在权利要求书的范围中。

Claims (1)

1.泥质砂岩地质顶管施工工艺,采用顶进千斤顶顶推混凝土管在泥质砂岩中顶进,采用触变泥浆系统向混凝土管周向注触变泥浆,所述混凝土管包括若干管节,其特征在于:在头部的管节上设置泥浆套,同时在中间管节上间隔设置泥浆套,所述泥浆套沿周向分布有注浆孔,所述触变泥浆系统包括注浆泵和注浆管道,拌浆时把注浆材料兑水后搅拌成所需浆液,且造浆后静置24h后使用,然后用注浆泵进行注浆,注浆过程中用压力表和流量表控制注浆压力为水深的1.1-1.2倍,同时控制注浆量,注浆管道包括总管和与总管连接的若干支管,支管把总管内压送过来的浆液输送到每个注浆孔,先在管节上开设好注浆孔,然后在注浆孔径向外侧焊接一圈宽为10cm的钢板,钢板与管外壁留有8mm间隙,且前端与管外壁封闭,注浆孔布置为工具头后3节管节各设一圈,往后每隔5m设一圈注浆孔,或者间隔2节管节设一圈注浆孔,所述泥浆套位于混凝土管上三分之二周向,采取全长均匀压浆与分段压浆相结合的方法,且泥浆压入与中继环顶进动作协调一致,泥浆与管壁运动方向相同,补浆始终保持从后向前的方向,所述注浆材料包括钠基膨润土、纯碱、CMC,工具管头部气压在正常顶进情况下为0.08MPa~0.11MPa之间,气压值在停顿和启动时应高于顶进数值,顶进中如发现管位偏差≥5mm时,应立即进行校正,采用工具头自身纠偏法,即控制工具头状态向上下左右各向,每次纠偏幅度以5mm为一单元,再顶进1m时如工具头测斜仪和激光经纬仪测量偏位趋势未减小,则增大纠偏力度,仍以5mm为一个单元,如趋于稳定或偏差减小,则保持该纠偏力度继续顶进,否则需将纠偏力度逐渐减小,每根混凝土管布置3个中继环。
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