CN112682573A - 一种泥水平衡顶管系统及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种泥水平衡顶管系统及其施工方法。包括有泥浆沉淀池，泥浆沉淀池的内左侧为沉淀池，泥浆沉淀池的内右侧为调整池，沉淀池的上方设有泥水分离机，调整池内设有搅拌机，调整池右侧的下端连接有送水泵，送水泵经第一送水管连接有第二送水管，第二送水管连接有顶管掘进机的泥水仓。本发明具有泥水循环使用，减小用水量，减低成本，避免环境造成污染，易将泥渣带出，排泥管内不易沉淀，避免防粘土遇水膨胀，容易造成土壁塌落破坏，并且起到排泥渣、平衡地下水的作用，掘面的稳定性好，同时便于泥渣分离处理运输，还可以减少顶管顶进过程中的管节与土体的摩阻力，施工难度低的有益效果。

Description

一种泥水平衡顶管系统及其施工方法

技术领域

本发明涉及一种泥水平衡顶管，特别是一种泥水平衡顶管系统及其施工方法。

背景技术

本工程为贵阳市南明区贵钢等污水处理厂配套管网水质提升工程，位于贵阳市南明区朝阳洞路至玉厂路。地下管道、顶管管道为预制钢筋混凝土圆管，内径2400mm，壁厚240mm，每节长度2.0m；顶管线路设圆形和矩形工作井及接收井。根据地质资料及现场勘查，本工程的本场地为浅埋型顶管，顶管穿越区为车流量较大的市政道路；

施工段为长距离顶管施工，在顶管掘进机进行掘岩的过程中需要将泥渣排出，而现有泥渣排出技术中，需要进水输送至顶管掘进机的泥水仓，将泥水仓内的泥渣带出排放，存在以下技术问题：水密度较小，不易将泥渣带出，排泥管内易沉淀，并且存在失水量大，根据地质资料，顶管穿越的土质弱透水淤泥层，防粘土遇水膨胀，容易造成土壁塌落破坏，掘面的稳定性差；用水量多，造成成本高，造成水资源浪费，并对环境造成污染；且水与泥渣混合后，不便于泥渣处理和运输；同时若顶管段岩层处于中风化白云岩灰岩，岩体呈较破碎状，完整性较差，地质构造复杂，顶管顶进过程中的管节与土体摩阻力较大，施工难度大的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种泥水平衡顶管系统及其施工方法。本发明具有泥水循环使用，减小用水量，减低成本，避免环境造成污染，易将泥渣带出，排泥管内不易沉淀，避免防粘土遇水膨胀，容易造成土壁塌落破坏，并且起到排泥渣、平衡地下水的作用，掘面的稳定性好，同时便于泥渣分离处理运输，还可以减少顶管顶进过程中的管节与土体的摩阻力，施工难度低的特点。

本发明的技术方案：

一种泥水平衡顶管系统，包括有泥浆沉淀池，泥浆沉淀池的内左侧为沉淀池，泥浆沉淀池的内右侧为调整池，沉淀池的上方设有泥水分离机，调整池内设有搅拌机，调整池右侧的下端连接有送水泵，送水泵经第一送水管连接有第二送水管，第二送水管连接有顶管掘进机的泥水仓，泥水仓连接有第一排泥管，第一排泥管连接有排泥泵，排泥泵连接有第二排泥管，第二排泥管连接有泥水分离机。

前述的泥水平衡顶管系统中，所述顶管掘进机的右侧设有顶管，顶管活动位于推动架台上，顶管的左侧设有主顶系统，主顶系统连接有液压工作站。

前述的泥水平衡顶管系统中，所述第一送水管上设有进水阀门；所述第二排泥管上设有排泥流量检测器。

前述的泥水平衡顶管系统中，所述泥水分离机、搅拌机、送水泵、顶管掘进机、排泥泵、主顶系统、液压工作站和排泥流量检测器连接有中央操作台。

前述的泥水平衡顶管系统中，所述主顶系统包括有后座垫铁、千斤顶及千斤顶支架；所述泥水分离机包括振动筛和旋流器。

前述的泥水平衡顶管系统中，所述第一排泥管、排泥泵、第二排泥管、泥水分离机和沉淀池为泥水式排泥系统；所述调整池、搅拌机、送水泵、第一送水管和第二送水管为触变泥浆系统。

所述的泥水平衡顶管系统的施工方法，包括有以下步骤：

A、施工前：向调整池内加入泥土，搅拌机工作，搅拌机对调整池泥水进行搅拌，得进浆泥水，且进浆泥水的比重为 1.05～1.10 ；

B、施工时：顶管掘进机工作进行掘岩，且送水泵工作，送水泵将步骤A中的进浆泥水加压经第一送水管、第二送水管输送至顶管掘进机的泥水仓内，进浆泥水与泥水仓内的泥浆混合形成排浆泥水，且排浆泥水的比重为1.25～1.30,同时排泥泵工作，排泥泵将排浆泥水经第一排泥管从顶管掘进机的泥水仓内抽出进入第二排泥管内，第二排泥管内的排浆泥水进入泥水分离机内，泥水分离机将排浆泥水进行泥水分离，泥水分离机分离出来的泥渣经泥水分离机排出，而泥水分离机分离出的泥浆进入沉淀池中，经沉淀池沉淀，沉淀池沉淀后的泥浆进入调整池中，重复步骤A和B循环进行使用；

C、施工时：在顶管掘进机工作进行掘岩的同时，液压工作站工作，液压工作站提供高压油为主顶系统提供水平推力，主顶系统将顶管一节一节由工作井推至接收井。

前述的泥水平衡顶管系统的施工方法中，所述步骤A～C中是通过中央操作台完成操作控制。

前述的泥水平衡顶管系统的施工方法中，所述步骤A中，向调整池加入的泥土为膨润土。

前述的泥水平衡顶管系统的施工方法中，所述步骤B中，所述第一送水管上设有进水阀门，通过进水阀门对排浆泥水流量进行调节；所述第二排泥管上设有排泥流量检测器，通过排泥流量检测器对第二排泥管的排浆泥水流量进行检测。

与现有技术相比，本发明具有泥水循环使用，减小用水量，减低成本，避免环境造成污染，易将泥渣带出，排泥管内不易沉淀，避免防粘土遇水膨胀，容易造成土壁塌落破坏，并且起到排泥渣、平衡地下水的作用，掘面的稳定性好，同时便于泥渣分离处理运输，还可以减少顶管顶进过程中的管节与土体的摩阻力，施工难度低的有益效果。

附图说明

图1是本发明泥水平衡顶管系统的工作原理图。

图中标记：1-泥水分离机，2-搅拌机，3-泥浆沉淀池，4-送水泵，5-第一送水管，6-中央操作台，7-液压工作站，8-沉淀池，9-调整池，10-第二排泥管，11-排泥流量检测器，12-排泥泵，13-顶管，14-顶管掘进机，15-推动架台，16-进水阀门，17-第二送水管，18-第一排泥管，19-主顶系统。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。

参见图1，实施例：贵阳市南明区贵钢等污水处理厂配套管网水质提升工程，位于贵阳市南明区朝阳洞路至玉厂路。地下管道、顶管管道为预制钢筋混凝土圆管，内径2400mm，壁厚240mm，每节长度2.0m；项目起点位于沙冲中路贵阳市第二十九中学门口附近，项目终点位于玉厂路与桃园路交点处，接现有南明河截污大沟,顶管穿越区为车流量较大的市政道路；施工段为长距离顶管施工，顶管阻力较大；顶管段岩层处于中风化白云岩灰岩，岩体呈较破碎状，完整性较差；地质构造复杂，围岩强度低、浅埋型；设计起点K0+180至K1+355段管道一共1125m，采用本发明的技术进行施工。

一种泥水平衡顶管系统，包括有泥浆沉淀池3，泥浆沉淀池3的内左侧为沉淀池8，泥浆沉淀池3的内右侧为调整池9，沉淀池8的上方设有泥水分离机1，调整池9内设有搅拌机2，调整池9右侧的下端连接有送水泵4，送水泵4经第一送水管5连接有第二送水管17，第二送水管17连接有顶管掘进机14的泥水仓，泥水仓连接有第一排泥管18，第一排泥管18连接有排泥泵12，排泥泵12连接有第二排泥管10，第二排泥管10连接有泥水分离机1。

所述顶管掘进机14的右侧设有顶管13，顶管13活动位于推动架台15上，顶管13的左侧设有主顶系统19，主顶系统19连接有液压工作站7；在顶管掘进机14工作进行掘岩的同时，液压工作站7工作，液压工作站7提供高压油为主顶系统19提供水平推力，主顶系统19将顶管13一节一节由工作井推至接收井

所述第一送水管5上设有进水阀门16；所述第二排泥管10上设有排泥流量检测器11。

所述泥水分离机1、搅拌机2、送水泵4、顶管掘进机14、排泥泵12、主顶系统19、液压工作站7和排泥流量检测器11连接有中央操作台6；通过中央操作台6完成对泥水分离机1、搅拌机2、送水泵4、顶管掘进机14、排泥泵12、主顶系统19、液压工作站7和排泥流量检测器11操作控制。

所述主顶系统19包括有后座垫铁、千斤顶及千斤顶支架；所述泥水分离机1包括振动筛和旋流器；由振动筛把较粗的颗粒，一般在 1.0mm 以上的颗粒分离出来，然后由旋流器把较细的颗粒再分离出来。如果颗粒比较细，分离出来的泥渣的含水量比较高，可在其中掺入一定比例的吸水剂，如丙稀酸盐，这种吸水剂可吸去泥渣中的水分，使原来流淌的泥渣变成可运输的干泥渣。

所述第一排泥管18、排泥泵12、第二排泥管10、泥水分离机1和沉淀池8为泥水式排泥系统；所述调整池9、搅拌机2、送水泵4、第一送水管5和第二送水管17为触变泥浆系统。

所述的一种泥水平衡顶管系统的施工方法，包括有以下步骤：

A、施工前：向调整池9内加入泥土，搅拌机2工作，搅拌机2对调整池9泥水进行搅拌，得进浆泥水，且进浆泥水的比重为 1.05～1.10 ；所述步骤A中，向调整池9加入的泥土为膨润土；

B、施工时：顶管掘进机14工作进行掘岩，且送水泵4工作，送水泵4将步骤A中的进浆泥水加压经第一送水管5、第二送水管17输送至顶管掘进机14的泥水仓内，进浆泥水与泥水仓内的泥浆混合形成排浆泥水，且排浆泥水的比重为1.25～1.30,同时排泥泵12工作，排泥泵12将排浆泥水经第一排泥管18从顶管掘进机14的泥水仓内抽出进入第二排泥管10内，第二排泥管10内的排浆泥水进入泥水分离机1内，泥水分离机1将排浆泥水进行泥水分离，泥水分离机1分离出来的泥渣经泥水分离机1排出，而泥水分离机1分离出的泥浆进入沉淀池8中，经沉淀池8沉淀，沉淀池8沉淀后的泥浆进入调整池9中，重复步骤A和B循环进行使用；

C、施工时：在顶管掘进机14工作进行掘岩的同时，液压工作站7工作，液压工作站7提供高压油为主顶系统19提供水平推力，主顶系统19将顶管13一节一节由工作井推至接收井。

所述步骤A～C中是通过中央操作台6完成操作控制。

所述步骤B中，所述第一送水管5上设有进水阀门16，通过进水阀门16对排浆泥水流量进行调节；所述第二排泥管10上设有排泥流量检测器11，通过排泥流量检测器11对第二排泥管10的排浆泥水流量进行检测。

本发明具有以下有益效果：

1、本发明泥水平衡顶管系统的工作原理图见图1，在顶管掘进机工作进行掘岩的同时，液压工作站工作，液压工作站提供高压油为主顶系统提供水平推力，主顶系统将顶管一节一节由工作井推至接收井。而在施工前：向调整池内加入泥土，搅拌机工作，搅拌机对调整池泥水进行搅拌，得进浆泥水，顶管掘进机工作进行掘岩，且送水泵工作，送水泵将步骤A中的进浆泥水加压经第一送水管、第二送水管输送至顶管掘进机的泥水仓内，进浆泥水与泥水仓内的泥浆混合形成排浆泥水,同时排泥泵工作，排泥泵将排浆泥水经第一排泥管从顶管掘进机的泥水仓内抽出进入第二排泥管内，第二排泥管内的排浆泥水进入泥水分离机内，泥水分离机将排浆泥水进行泥水分离，泥水分离机分离出来的泥渣经泥水分离机排出，而泥水分离机分离出的泥浆进入沉淀池中，经沉淀池沉淀，沉淀池沉淀后的泥浆进入调整池中，形成了泥水循环系统。

2、泥水式排泥系统：第一排泥管、排泥泵、第二排泥管、泥水分离机和沉淀池，泥水式排泥系统是一方面是排泥渣，另一方面是平衡地下水。

排浆泥水进入泥水分离机内后，由于泥水分离机包括振动筛和旋流器，由振动筛把较粗的颗粒，一般在1.0mm 以上的颗粒分离出来，然后由旋流器把较细的颗粒再分离出来。如果颗粒比较细，分离出来的泥渣的含水量比较高，可在其中掺入一定比例的吸水剂，如丙稀酸盐，这种吸水剂可吸去泥渣中的水分，使原来流淌的泥渣变成可运输的干泥渣。

同时，地层含有较多杂物和贝壳，进入泥水循环系统的杂物和贝壳，容易堵塞第一排泥管、排泥泵、第二排泥管，所以在排泥泵前需加装滤石箱，防止杂物和贝壳堵塞泵叶轮，同时还需及时清理滤石箱里的杂物和贝壳，保证循环系流无堵塞。

3、触变泥浆系统：调整池、搅拌机、送水泵、第一送水管和第二送水管，触变泥浆系统除了向顶管掘进机的泥水仓提供进浆泥水，同时进浆泥水还可以减少主顶系统将顶管顶进过程中的管节与土体的摩阻力。

4、泥水平衡顶管系统中，进浆泥水和排浆泥水的调配是确保挖掘面稳定的条件之一，同时也是确保泥水能正常输送不可忽视的一个重要环节。根据地质资料，顶管穿越的土质弱透水淤泥层，应采用密度较大、失水量较小的泥浆，以防粘土遇水膨胀，而造成土壁塌落破坏，所以，进浆泥水的比重调配在1.05～1.10之间，在施工中测试，排浆泥水的比重在1.25～1.30之间，此排浆泥水的比重能确保细砂在第一排泥管和第二排泥管内不易沉淀，也能确保挖掘面的稳定。

5、对于贵阳市南明区贵钢等污水处理厂配套管网水质提升工程，位于贵阳市南明区朝阳洞路至玉厂路。地下管道、顶管管道为预制钢筋混凝土圆管，内径2400mm，壁厚240mm，每节长度2.0m；项目起点位于沙冲中路贵阳市第二十九中学门口附近，项目终点位于玉厂路与桃园路交点处，接现有南明河截污大沟,顶管穿越区为车流量较大的市政道路；施工段为长距离顶管施工，顶管阻力较大；顶管段岩层处于中风化白云岩灰岩，岩体呈较破碎状，完整性较差；地质构造复杂，围岩强度低、浅埋型；设计起点K0+180至K1+355段管道一共1125m，采用本发明的技术进行施工，顶管的质量检验评定标准如下表1所示：

采用本发明的泥水平衡顶管系统进行施工方法，满足顶管的质量检验评定标准，并且无塌落破坏，施工安全可靠。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，任何未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种泥水平衡顶管系统，其特征在于：包括有泥浆沉淀池（3），泥浆沉淀池（3）的内左侧为沉淀池（8），泥浆沉淀池（3）的内右侧为调整池（9），沉淀池（8）的上方设有泥水分离机（1），调整池（9）内设有搅拌机（2），调整池（9）右侧的下端连接有送水泵（4），送水泵（4）经第一送水管（5）连接有第二送水管（17），第二送水管（17）连接有顶管掘进机（14）的泥水仓，泥水仓连接有第一排泥管（18），第一排泥管（18）连接有排泥泵（12），排泥泵（12）连接有第二排泥管（10），第二排泥管（10）连接有泥水分离机（1）。

2.根据权利要求1所述的一种泥水平衡顶管系统，其特征在于：所述顶管掘进机（14）的右侧设有顶管（13），顶管（13）活动位于推动架台（15）上，顶管（13）的左侧设有主顶系统（19），主顶系统（19）连接有液压工作站（7）。

3.根据权利要求1所述的一种泥水平衡顶管系统，其特征在于：所述第一送水管（5）上设有进水阀门（16）；所述第二排泥管（10）上设有排泥流量检测器（11）。

4.根据权利要求2所述的一种泥水平衡顶管系统，其特征在于：所述泥水分离机（1）、搅拌机（2）、送水泵（4）、顶管掘进机（14）、排泥泵（12）、主顶系统（19）、液压工作站（7）和排泥流量检测器（11）连接有中央操作台（6）。

5.根据权利要求4所述的一种泥水平衡顶管系统，其特征在于：所述主顶系统（19）包括有后座垫铁、千斤顶及千斤顶支架；所述泥水分离机（1）包括振动筛和旋流器。

6.根据权利要求1所述的一种泥水平衡顶管系统，其特征在于：所述第一排泥管（18）、排泥泵（12）、第二排泥管（10）、泥水分离机（1）和沉淀池（8）为泥水式排泥系统；所述调整池（9）、搅拌机（2）、送水泵（4）、第一送水管（5）和第二送水管（17）为触变泥浆系统。

7.如权利要求1-6中任意一项所述的一种泥水平衡顶管系统的施工方法，其特征在于：包括有以下步骤：

A、施工前：向调整池（9）内加入泥土，搅拌机（2）工作，搅拌机（2）对调整池（9）泥水进行搅拌，得进浆泥水，且进浆泥水的比重为 1.05～1.10 ；

B、施工时：顶管掘进机（14）工作进行掘岩，且送水泵（4）工作，送水泵（4）将步骤A中的进浆泥水加压经第一送水管（5）、第二送水管（17）输送至顶管掘进机（14）的泥水仓内，进浆泥水与泥水仓内的泥浆混合形成排浆泥水，且排浆泥水的比重为1.25～1.30,同时排泥泵（12）工作，排泥泵（12）将排浆泥水经第一排泥管（18）从顶管掘进机（14）的泥水仓内抽出进入第二排泥管（10）内，第二排泥管（10）内的排浆泥水进入泥水分离机（1）内，泥水分离机（1）将排浆泥水进行泥水分离，泥水分离机（1）分离出来的泥渣经泥水分离机（1）排出，而泥水分离机（1）分离出的泥浆进入沉淀池（8）中，经沉淀池（8）沉淀，沉淀池（8）沉淀后的泥浆进入调整池（9）中，重复步骤A和B循环进行使用；

C、施工时：在顶管掘进机（14）工作进行掘岩的同时，液压工作站（7）工作，液压工作站（7）提供高压油为主顶系统（19）提供水平推力，主顶系统（19）将顶管（13）一节一节由工作井推至接收井。

8.根据权利要求7所述的泥水平衡顶管系统的施工方法，其特征在于：所述步骤A～C中是通过中央操作台（6）完成操作控制。

9.根据权利要求7所述的泥水平衡顶管系统的施工方法，其特征在于：所述步骤A中，向调整池（9）加入的泥土为膨润土。

10.根据权利要求7所述的泥水平衡顶管系统的施工方法，其特征在于：所述步骤B中，所述第一送水管（5）上设有进水阀门（16），通过进水阀门（16）对排浆泥水流量进行调节；所述第二排泥管（10）上设有排泥流量检测器（11），通过排泥流量检测器（11）对第二排泥管（10）的排浆泥水流量进行检测。

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