CN117287562A - 一种顶管正面穿越姿态不确定的废弃燃气管道的施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种顶管正面穿越姿态不确定的废弃燃气管道的施工方法，包括以下步骤：步骤一、采用微动技术对地下废弃燃气管道进行探测；步骤二、顶管机选型：步骤三、顶管机顶进，当顶管机机头距离废弃燃气管线10m时降低顶进速度至15mm/min，刀盘转速增大至1.5r/min以上，并开始在环流泥浆中加入外加剂与掺合料组成的复合泥浆，顶管机机头顶过废弃燃气管线区域以后，提升顶进速度至30mm/min，环流泥浆中停止注入复合泥浆；采用本方法顶管机可以直接正面安全穿越姿态不确定的废弃燃气管道。
Description
技术领域
本发明涉及顶管穿越废弃燃气管道施工方法，尤其是一种顶管正面穿越姿态不确定的废弃燃气管道的施工方法。
背景技术
目前顶管顶进线路上的既有废弃燃气管线施工常用的施工方法是：
1）调整线路：在满足线路整体规划及周边环境限制的前提下，对管线的设计深度进行调整，最好保证上穿既有管线，如果不能上穿，也可以选择下穿既有管线。在市政工程施工中，顶管顶进线路上除了燃气管线以外，还需要面对埋深不一的热水、电力、通信等等地下管线，而且一般都位于地下1.5m~8m之间，所以顶管将线路上调的空间很有限，基本上都是增加管线的埋深下穿既有管线。这样的话就会加大顶管井的深度增加成本，增加施工风险。
2）做竖井取出废气管线：在地面上采用围护结构加支撑的方式明挖取出阻碍顶管顶进的废弃燃气管线。在市政施工中，地面空间受限才使用顶管顶进，如果地面无敏感建筑物，第一选择应该是明挖，所以开明挖取既有废弃燃气管线基本上难以实现，且明挖需要涉及到导行，围护结构、地基加固、土方开挖及支撑，受限空间作业等等工序，毫无疑问会加大投入，增加施工风险。
发明内容
本发明的目的在于克服已有技术的缺点，提供一种安全可靠的进行直接穿越的顶管正面穿越姿态不确定的废弃燃气管道的施工方法。
为解决上述技术问题,本发明的技术方案:
本发明的一种顶管正面穿越姿态不确定的废弃燃气管道的施工方法，包括以下步骤：
步骤一、采用微动技术对地下废弃燃气管道进行探测，具体步骤为：
第一步，在顶管设计轴线与废弃管线相交点位置正上方相对的地面上以5m为半径画圆形成圆圈，在所述的圆圈内做内接正五边形，将内接正五边形顶点和圆圈中心点处作为观测点位，在每个观测点位分别布置一个低频检波器；六个低频检波器组成一个观测台阵；
第二步，逐个观测点位观测15-20min得到二维S波微动视剖面图，若二维S波微动视剖面中，在某个深度位置上Ｓ波速度等值线分布波速出现明显且突兀的起伏，且持续时间非常短暂的情况即判定为废弃燃气管线所在位置，在S波微动视剖面图上读取废弃燃气管线的埋深，结合六个观测点位的剖面图反馈的管线深度信息，判断废弃燃气管线的空间走向；
步骤二、顶管机选型：顶管机选用泥水平衡顶管机，且额定扭矩不小于450KN·m，脱困扭矩不小于700KN·m，顶管机机体钢结构材质为Q345B材质；所述的顶管机配置至少一套气体保压系统，压力控制精度达到±0.1bar；
所述的顶管机采用的刀盘包括固定在顶管前部的圆形面板，所述的刀盘圆形面板中心为一个正六边形区域，在正六边形区域的每一条边处且沿圆形面板的径向分别开设有两个断续镂空，在每个镂空处沿圆形面板的径向固定有辐条，镂空部位为刀盘开口，在所述的正六边形区域中心安装有鱼尾刀，在每个辐条外壁中间均匀间隔布置多个贝壳刀，在每个贝壳刀的两侧边缘处的辐条上分别设置一个刮刀，在面板边缘处且沿圆周方向均布有12把刮刀，所述的贝壳刀高度小于刮刀高度，贝壳刀与刮刀高差相差25~35mm；
步骤三、顶管机顶进，当顶管机机头距离废弃燃气管线10m时降低顶进速度至15mm/min，刀盘转速增大至1.5r/min以上，并开始在环流泥浆中加入外加剂与掺合料组成的复合泥浆，顶管机机头顶过废弃燃气管线区域以后，提升顶进速度至30mm/min，环流泥浆中停止注入复合泥浆；
所述的复合泥浆配比以重量份计如下：
水 1份
纳基膨润土0.1份；
十八水硫酸铝0.01～0.02份；
磷酸钠0.07～0.1份；
工业消泡剂0.00025～0.0025份；
工业级碳酸钠0.004～0.006份；
木质素磺盐酸0.004～0.005份。
本发明的有益效果是：当顶管施工顶进开挖路径上出现姿态不确定的废弃燃气管道时，不需要采取改设计线路、明挖取废弃燃气管道等顶管施工工序额外的施工措施，顶管机可以直接正面安全穿越姿态不确定的废弃燃气管道。
附图说明
图1是本发明顶管正面穿越姿态不确定的废弃燃气管道的施工方法采用的刀盘的结构图；
1-边缘刀；2-刮刀；3-贝壳刀；4-鱼尾刀；5-辐条；6-面板；
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明加以详细说明：
本发明的顶管正面穿越姿态不确定的废弃燃气管道的施工方法，包括以下步骤：
步骤一、采用微动技术对地下废弃燃气管道进行探测，具体步骤为：
第一步，在顶管设计轴线与废弃管线相交点位置正上方相对的地面上以5m为半径画圆形成圆圈，在所述的圆圈内做内接正五边形，将内接正五边形顶点和圆圈中心点处作为观测点位，在每个观测点位分别布置一个低频检波器；六个低频检波器组成一个观测台阵；
第二步，逐个观测点位观测15-20min得到二维S波微动视剖面图，在同一地层内，Ｓ波速度等值线会持续的维持平稳，若二维S波微动视剖面中，在某个深度位置上Ｓ波速度等值线分布波速出现明显且突兀的起伏，且持续时间非常短暂（通常指0.2s时间内）的情况即判定为废弃燃气管线所在位置，在S波微动视剖面图上读取废弃燃气管线的埋深，结合六个观测点位的剖面图反馈的管线深度信息，可以判断废弃燃气管线的空间走向。
微动技术为现有技术（可以参见：微动技术在大连地铁岩溶勘察中的应用，文章编号：1672-7940（2019）05-0580-06），可以对地下小尺寸结构进行探测，燃气管道通常尺寸为20cm~360cm，因废弃管线的信息不可查，所以采用更加灵敏、精密的探测方法进行探测。
步骤二、在顶管机选型的时候，要对其抗水压力与抗土压力进行针对性选型，选用泥水循环顶管机施工，泥浆可以起到一定的润滑作用，有助于剥离既有燃气管线周边土体，使刀具更容易推开既有燃气管线，顶管机选用泥水平衡顶管机，且额定扭矩不小于450KN·m，脱困扭矩不小于700KN·m，顶管机机体钢结构材质为Q345B材质；所述的顶管机配置至少一套气体保压系统，压力控制精度达到±0.1bar，精确控制地面沉降；
所述的顶管机采用的刀盘包括固定在顶管前部的圆形面板，所述的刀盘圆形面板中心为一个正六边形区域，在正六边形区域的每一条边处且沿圆形面板的径向分别开设有两个断续镂空，在每个镂空处沿圆形面板的径向固定有辐条，即辐条的首端和尾端分别与镂空处的面板固定相连，镂空部位为刀盘开口，在所述的正六边形区域中心安装有鱼尾刀4，鱼尾刀4高度优选的为450mm。在每个辐条外壁中间均匀间隔布置多个贝壳刀3，在每个贝壳刀的两侧边缘处的辐条上分别设置一个刮刀2，刮刀与贝壳刀数量配置比为2:1，组合分布安装在辐条5上。在面板边缘处且沿圆周方向均布有12把边缘刀1，所述的贝壳刀高度小于刮刀高度，贝壳刀与刮刀高差相差25~35mm，所述的鱼尾刀4、刮刀以及贝壳刀刀具结构采用现有结构即可；
刀盘开口面板与面板表面积的比值为刀盘开口率，所述的刀盘开口率优选的为20%~25%，刀盘开口率不宜超过45%；面板6优选的采用耐磨层采用复合耐磨板。
步骤四、顶管机顶进，当顶管机机头距离废弃燃气管线10m时降低顶进速度至15mm/min，刀盘转速增大至1.5r/min以上，并开始在环流泥浆中加入外加剂与掺合料组成的复合泥浆，顶管机机头顶过废弃燃气管线区域以后，提升顶进速度至30mm/min，环流泥浆中停止注入复合泥浆，恢复原配合比。
所述的复合泥浆配比以重量份计如下：
水 1份
纳基膨润土0.1份；
十八水硫酸铝0.01～0.02份；
磷酸钠0.07～0.1份；
工业消泡剂0.00025～0.0025份；
工业级碳酸钠0.004～0.006份；
木质素磺盐酸0.004～0.005份；
所述的复合泥浆容重1.0～1.05g/cm3，粘度18～22s，脱水量不大于180ml；所述水的PH值为7～10。
所述的泥浆的制备方法为：
（1）按重量计算，在搅拌机内加入一份水；
（2）启动搅拌机开始搅拌，准备投料；
（3）搅拌机内加入0.1份的钠基膨润土，搅拌时间不少于5分钟；
（4）搅拌机内加入0.01～0.02份的十八水硫酸铝，搅拌时间不少于3分钟；
（5）搅拌机内加入0.07～0.1份的磷酸钠，0.004～0.006份工业级碳酸钠，搅拌时间不少于3min；
（6）搅拌机内加入0.00025～0.0025份工业消泡剂，0.004～0.005份木质素磺盐酸，搅拌不少于8min。
以上几种外加剂和掺合料所发挥的作用如下：
（1）十八水硫酸铝可以对浆液中的杂物进行吸附排出，增强浆液的携渣能力，防止其在管道内积聚堵塞；
（2）磷酸钠在水中几乎完全分解为磷酸氢二钠和氢氧化钠，充当碱性洗涤剂的作用，防止油脂堵塞管路；
（3）工业消泡剂可选择性使用，用于清除泥浆环流过程中产生的有害泡沫，可以渗透到钻井液等发泡体系内的每个区域，从而短时间内达到良好清除泡沫的效果。
（4）纯碱可使钻井泥浆的滤失量数值进一步下降，同时增加顶管环流泥浆的粘度和动切力。
（5）木质素磺盐酸可选择性使用，可以直接加入泥浆中，同时配合加入NaOH溶液，使PH值大于9，可以达到降低粘度、切力、失水量的良好效果。
添加以上材料可以增强泥浆的携渣、流动能力，保证环流顺畅，确保施工安全。
除废弃燃气管区域顶进操作外，顶管推进操作方式采用现有工艺即可，原配合比即现有的环流泥浆组分及配比通常质量比为钠基膨润土：CMC：纯碱：水=167:1:2.5:1666。泥浆容重1.05～1.15g/cm3，粘度20～25s，脱水量不大于200ml。
实施例1
步骤一、采用微动技术对地下废弃燃气管道进行探测，具体步骤为：
第一步，在顶管设计轴线与废弃管线相交点位置正上方相对的地面上以5m为半径画圆形成圆圈，在所述的圆圈内做内接正五边形，将内接正五边形顶点和圆圈中心点处作为观测点位，在每个观测点位分别布置一个低频检波器；六个低频检波器组成一个观测台阵；
第二步，逐个观测点位观测15min得到二维S波微动视剖面图，若二维S波微动视剖面中，在某个深度位置上Ｓ波速度等值线分布波速出现明显且突兀的起伏，且持续时间非常短暂的情况即判定为废弃燃气管线所在位置，在S波微动视剖面图上读取废弃燃气管线的埋深，结合六个观测点位的剖面图反馈的管线深度信息，判断废弃燃气管线的空间走向；
步骤二、顶管机选型：顶管机选用泥水平衡顶管机，且额定扭矩不小于450KN·m，脱困扭矩不小于700KN·m，顶管机机体钢结构材质为Q345B材质；所述的顶管机配置至少一套气体保压系统，压力控制精度达到±0.1bar；
所述的顶管机采用的刀盘包括固定在顶管前部的圆形面板，所述的刀盘圆形面板中心为一个正六边形区域，在正六边形区域的每一条边处且沿圆形面板的径向分别开设有两个断续镂空，在每个镂空处沿圆形面板的径向固定有辐条，镂空部位为刀盘开口，在所述的正六边形区域中心安装有鱼尾刀，在每个辐条外壁中间均匀间隔布置多个贝壳刀，在每个贝壳刀的两侧边缘处的辐条上分别设置一个刮刀，在面板边缘处且沿圆周方向均布有六把边缘刀，所述的贝壳刀高度小于刮刀高度，贝壳刀与刮刀高差相差25mm；鱼尾刀高度为450mm。述的刀盘开口率为20%。
步骤三、顶管机顶进，当顶管机机头距离废弃燃气管线10m时降低顶进速度至15mm/min，刀盘转速增大至1.5r/min以上，并开始在环流泥浆中加入外加剂与掺合料组成的复合泥浆，顶管机机头顶过废弃燃气管线区域以后，提升顶进速度至30mm/min，环流泥浆中停止注入复合泥浆；
所述的复合泥浆配比以重量份计如下：
水 1份
纳基膨润土0.1份；
十八水硫酸铝0.01份；
磷酸钠0.1份；
工业消泡剂0.00030份；
工业级碳酸钠0.004份；
木质素磺盐酸0.005份。
所述的复合泥浆容重1.0g/cm3，粘度19s，脱水量不大于180ml；所述水的PH值为7。
经检测：复合泥浆的应用效果良好，设备运转顺畅，泥浆性能稳定可控，掘进过程中监测数据未出现预警，各项掘进指标平稳可控。顶管顶进的效率高，顶进速度控制良好。
实施例2
步骤一、采用微动技术对地下废弃燃气管道进行探测，具体步骤为：
第一步，在顶管设计轴线与废弃管线相交点位置正上方相对的地面上以5m为半径画圆形成圆圈，在所述的圆圈内做内接正五边形，将内接正五边形顶点和圆圈中心点处作为观测点位，在每个观测点位分别布置一个低频检波器；六个低频检波器组成一个观测台阵；
第二步，逐个观测点位观测20min得到二维S波微动视剖面图，若二维S波微动视剖面中，在某个深度位置上Ｓ波速度等值线分布波速出现明显且突兀的起伏，且持续时间非常短暂的情况即判定为废弃燃气管线所在位置，在S波微动视剖面图上读取废弃燃气管线的埋深，结合六个观测点位的剖面图反馈的管线深度信息，判断废弃燃气管线的空间走向；
步骤二、顶管机选型：顶管机选用泥水平衡顶管机，且额定扭矩不小于450KN·m，脱困扭矩不小于700KN·m，顶管机机体钢结构材质为Q345B材质；所述的顶管机配置至少一套气体保压系统，压力控制精度达到±0.1bar；
所述的顶管机采用的刀盘包括固定在顶管前部的圆形面板，所述的刀盘圆形面板中心为一个正六边形区域，在正六边形区域的每一条边处且沿圆形面板的径向分别开设有两个断续镂空，在每个镂空处沿圆形面板的径向固定有辐条，镂空部位为刀盘开口，在所述的正六边形区域中心安装有鱼尾刀，在每个辐条外壁中间均匀间隔布置多个贝壳刀，在每个贝壳刀的两侧边缘处的辐条上分别设置一个刮刀，在面板边缘处且沿圆周方向均布有六把边缘刀，所述的贝壳刀高度小于刮刀高度，贝壳刀与刮刀高差相差25mm；鱼尾刀高度为450mm。述的刀盘开口率为25%。
步骤三、顶管机顶进，当顶管机机头距离废弃燃气管线10m时降低顶进速度至15mm/min，刀盘转速增大至1.5r/min以上，并开始在环流泥浆中加入外加剂与掺合料组成的复合泥浆，顶管机机头顶过废弃燃气管线区域以后，提升顶进速度至30mm/min，环流泥浆中停止注入复合泥浆；
所述的复合泥浆配比以重量份计如下：
水 1份
纳基膨润土0.1份；
十八水硫酸铝0.02份；
磷酸钠0.07份；
工业消泡剂0.00025份；
工业级碳酸钠0.006份；
木质素磺盐酸0.004份。
所述的复合泥浆容重1.02g/cm3，粘度18s，脱水量不大于180ml；所述水的PH值为8。
经检测：复合泥浆的应用效果良好，设备运转顺畅，泥浆性能稳定可控，掘进过程中监测数据未出现预警，各项掘进指标平稳可控。顶管顶进的效率高，顶进速度控制良好。
实施例3
步骤一、采用微动技术对地下废弃燃气管道进行探测，具体步骤为：
第一步，在顶管设计轴线与废弃管线相交点位置正上方相对的地面上以5m为半径画圆形成圆圈，在所述的圆圈内做内接正五边形，将内接正五边形顶点和圆圈中心点处作为观测点位，在每个观测点位分别布置一个低频检波器；六个低频检波器组成一个观测台阵；
第二步，逐个观测点位观测18min得到二维S波微动视剖面图，若二维S波微动视剖面中，在某个深度位置上Ｓ波速度等值线分布波速出现明显且突兀的起伏，且持续时间非常短暂的情况即判定为废弃燃气管线所在位置，在S波微动视剖面图上读取废弃燃气管线的埋深，结合六个观测点位的剖面图反馈的管线深度信息，判断废弃燃气管线的空间走向；
步骤二、顶管机选型：顶管机选用泥水平衡顶管机，且额定扭矩不小于450KN·m，脱困扭矩不小于700KN·m，顶管机机体钢结构材质为Q345B材质；所述的顶管机配置至少一套气体保压系统，压力控制精度达到±0.1bar；
所述的顶管机采用的刀盘包括固定在顶管前部的圆形面板，所述的刀盘圆形面板中心为一个正六边形区域，在正六边形区域的每一条边处且沿圆形面板的径向分别开设有两个断续镂空，在每个镂空处沿圆形面板的径向固定有辐条，镂空部位为刀盘开口，在所述的正六边形区域中心安装有鱼尾刀，在每个辐条外壁中间均匀间隔布置多个贝壳刀，在每个贝壳刀的两侧边缘处的辐条上分别设置一个刮刀，在面板边缘处且沿圆周方向均布有六把边缘刀，所述的贝壳刀高度小于刮刀高度，贝壳刀与刮刀高差相差25mm；鱼尾刀高度为450mm。述的刀盘开口率为22%。
步骤三、顶管机顶进，当顶管机机头距离废弃燃气管线10m时降低顶进速度至15mm/min，刀盘转速增大至1.5r/min以上，并开始在环流泥浆中加入外加剂与掺合料组成的复合泥浆，顶管机机头顶过废弃燃气管线区域以后，提升顶进速度至30mm/min，环流泥浆中停止注入复合泥浆；
所述的复合泥浆配比以重量份计如下：
水 1份
纳基膨润土0.1份；
十八水硫酸铝0.015份；
磷酸钠0.08份；
工业消泡剂0.0025份；
工业级碳酸钠0.005份；
木质素磺盐酸0.0045份。
所述的复合泥浆容重1.05g/cm3，粘度22s，脱水量不大于180ml；所述水的PH值为10。
经检测：复合泥浆的应用效果良好，设备运转顺畅，泥浆性能稳定可控，掘进过程中监测数据未出现预警，各项掘进指标平稳可控。顶管顶进的效率高，顶进速度控制良好。
尽管上面对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出很多形式的调配，其中对顶管正面顶进既有姿态不确定的废弃管线的施工方法、顶管机、刀盘设计、刀具配置等参数及顶管泥浆与十八水硫酸铝、磷酸钠、工业消泡剂、工业级碳酸钠、木质素磺盐酸等材料的调配应用均属于本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种顶管正面穿越姿态不确定的废弃燃气管道的施工方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一、采用微动技术对地下废弃燃气管道进行探测，具体步骤为：
第一步，在顶管设计轴线与废弃管线相交点位置正上方相对的地面上以5m为半径画圆形成圆圈，在所述的圆圈内做内接正五边形，将内接正五边形顶点和圆圈中心点处作为观测点位，在每个观测点位分别布置一个低频检波器；六个低频检波器组成一个观测台阵；
第二步，逐个观测点位观测15-20min得到二维S波微动视剖面图，若二维S波微动视剖面中，在某个深度位置上Ｓ波速度等值线分布波速出现明显且突兀的起伏，且持续时间非常短暂的情况即判定为废弃燃气管线所在位置，在S波微动视剖面图上读取废弃燃气管线的埋深，结合六个观测点位的剖面图反馈的管线深度信息，判断废弃燃气管线的空间走向；
步骤二、顶管机选型：顶管机选用泥水平衡顶管机，且额定扭矩不小于450KN·m，脱困扭矩不小于700KN·m，顶管机机体钢结构材质为Q345B材质；所述的顶管机配置至少一套气体保压系统，压力控制精度达到±0.1bar；
所述的顶管机采用的刀盘包括固定在顶管前部的圆形面板，所述的刀盘圆形面板中心为一个正六边形区域，在正六边形区域的每一条边处且沿圆形面板的径向分别开设有两个断续镂空，在每个镂空处沿圆形面板的径向固定有辐条，镂空部位为刀盘开口，在所述的正六边形区域中心安装有鱼尾刀，在每个辐条外壁中间均匀间隔布置多个贝壳刀，在每个贝壳刀的两侧边缘处的辐条上分别设置一个刮刀，在面板边缘处且沿圆周方向均布有六把边缘刀，所述的贝壳刀高度小于刮刀高度，贝壳刀与刮刀高差相差25~35mm；
步骤四、顶管机顶进，当顶管机机头距离废弃燃气管线10m时降低顶进速度至15mm/min，刀盘转速增大至1.5r/min以上，并开始在环流泥浆中加入外加剂与掺合料组成的复合泥浆，顶管机机头顶过废弃燃气管线区域以后，提升顶进速度至30mm/min，环流泥浆中停止注入复合泥浆；
所述的复合泥浆配比以重量份计如下：
水 1份
纳基膨润土0.1份；
十八水硫酸铝0.01～0.02份；
磷酸钠0.07～0.1份；
工业消泡剂0.00025～0.0025份；
工业级碳酸钠0.004～0.006份；
木质素磺盐酸0.004～0.005份。
2.根据权利要求1所述的顶管正面穿越姿态不确定的废弃燃气管道的施工方法，其特征在于：所述的复合泥浆容重1.0～1.05g/cm3，粘度18～22s，脱水量不大于180ml；所述水的PH值为7～10。
3.根据权利要求1或者2所述的顶管正面穿越姿态不确定的废弃燃气管道的施工方法，其特征在于：鱼尾刀高度为450mm。
4.根据权利要求3所述的顶管正面穿越姿态不确定的废弃燃气管道的施工方法，其特征在于：刀盘开口面板与面板表面积的比值为刀盘开口率，所述的刀盘开口率为20%~25%。
5.根据权利要求3所述的顶管正面穿越姿态不确定的废弃燃气管道的施工方法，其特征在于：所述的面板采用耐磨层采用复合耐磨板。
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