CN117307816A - 一种顶管长距离侧穿老旧排水混凝土管线的施工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种顶管长距离侧穿老旧排水混凝土管线的施工方法，包括以下步骤：一、选取顶管；二、按照预定路线开挖，当顶管机前端距离原老旧排水混凝土管线5m范围内时，调整顶管机头部姿态，在随后侧穿原老旧排水混凝土管线顶管施工中顶管机头部姿态保持该调整后姿态；当顶管机开挖面与原老旧排水混凝土管线外壁净距小于2m且判断顶管穿越地层自身的造浆率不低于15m3/t时，执行以下步骤：顶管顶进速度降低；采用复合泥浆加入顶管机，将顶管顶进速度提高，继续顶进直至完全穿过原老旧排水混凝土管线区域；三、对顶管与土体之间的间隙进行二次补浆。采用本方法减少了地层损失，降低对周边环境影响。

Description

一种顶管长距离侧穿老旧排水混凝土管线的施工方法
技术领域
本发明涉及长距离顶管施工方法，尤其是一种顶管长距离侧穿老旧排水混凝土管线的施工方法。
背景技术
新建顶管管道的外壁距离原老旧排水混凝土管线段外壁净距小于1倍顶管顶进直径，则判定为近距离侧穿施工，顶管施工对原管道有明显影响，顶管长度超过150m为长距离顶管，顶管施工对原管道的影响为持续的、长期的，需要采取针对性的施工方法去减少顶管施工对土体的扰动与破坏，保护原管道不发生不均与沉降变形而破坏漏水。
目前顶管侧穿既有管线施工常用的施工方法是：对顶管的顶进姿态按设计要求进行调整与精准控制，在姿态控制上没有针对性措施，此外，由于顶管机在顶进过程中对地层有剧烈扰动，在软弱地层中顶进时容易造成地层坍塌，既有管线会因为周边土体缺失产生变形破坏，长距离侧穿老旧排水混凝土管线放大了这种不利影响，为了尽可能的减少对原地层的影响，需要对泥浆的性能进行调整与改造，通常情况下，顶管泥浆的泥水添加材料主要有水、膨润土、CMC、纯碱等，膨润土形成泥膜的质量较好，但是形成速度较慢且成本略高，纯碱具有一定的腐蚀性，对地层有一定污染，CMC作为增黏剂，主要用于砂砾层中，效果明显但成本较高。在长距离顶管施工的过程中，膨润土、CMC、纯碱的外加剂抵抗地下来水的效率略低，泥膜质量一般，成本投入大，应用于特别部位应急处理尚可，如常态化施工成本投入过大，且对地层有一定的污染性。
申请号为2020112433856的中国专利公开了“具有微承载力的顶管泥浆及其制备方法”，该泥浆包括：膨润土原浆、制浆剂以及高分子聚合物，所述膨润土原浆包括膨润土和水，在每立方米的所述膨润土原浆中，所述制浆剂的添加量为55kg～60kg，所述高分子聚合物的添加量为3L～3.5L。该膨润土形成的泥浆护壁的时间较长，泥皮强度不高，顶管连续顶进的过程中不能及时形成泥皮，维持开挖面稳定性的能力较差。
申请公布号为CN108587583A的中国专利公开了“一种高比例矩形顶管泥浆及其制备方法和施工方法” ，按重量份计，泥浆包括水1份、膨润土0.5～0.9份和部分水解的聚丙烯酰胺0.0002～0.001份；水的pH为7-10；膨润土的造浆率为5-20m3/t；聚丙烯酰胺的水解度为60-70％；由卧式砂浆搅拌机配置而成；泥浆的性能为：密度为1.00-1.20g/cm3、塌落度为120-170mm、API滤失量小于5mL、漏斗粘度大于80s。单一聚丙烯酰胺的形成的护壁形成时间大概在20~30min左右，形成时间稍长，顶管顶进速度高于30mm/min的情况下护壁增强效果不明显，需要进一步缩短护壁的形成时间。
发明内容
本发明的目的在于克服已有技术的缺点，提供一种可以降低对周边环境影响的顶管长距离侧穿老旧排水混凝土管线的施工方法。
为解决上述技术问题,本发明的技术方案:
本发明的一种顶管长距离侧穿老旧排水混凝土管线的施工方法，包括以下步骤：
步骤一、选取顶管，所述的顶管为混凝土管或者玻璃纤维增强塑料管，所述的顶管长度为2m~2.5m；
步骤二、按照预定路线开挖，当顶管机前端距离原老旧排水混凝土管线5m范围内时，调整顶管机头部姿态为顶管机调整头部中心垂直位置高于开挖线路设计轴线10mm，顶管机头部中心水平位置向远离原老旧排水混凝土管线方向偏移10mm，在随后侧穿原老旧排水混凝土管线顶管施工中顶管机头部姿态保持该调整后姿态；当顶管机开挖面与原老旧排水混凝土管线外壁净距小于2m且顶管穿越地层自身的造浆率不低于15m3/t时，执行以下步骤：
第一步，顶管顶进速度降低至5~10mm/min；
第二步，将配置的聚丙烯酰胺与瓜尔胶复合泥浆连续兑入到泥浆池中，待泥浆池中加入聚丙烯酰胺与瓜尔胶复合泥浆的体积达到输入顶管机的设备内泥水仓2倍容量后，将顶管顶进速度提高至30mm～50mm/min继续顶进直至完全穿过原老旧排水混凝土管线区域；
所述的聚丙烯酰胺与瓜尔胶复合泥浆的组分及按重量份计配比如下：
水1份
聚丙烯酰胺0.003~0.005份；
瓜尔胶0.01~0.02份；
其中，所述水的PH值为7~10，聚丙烯酰胺的水解度为60%~70%；
步骤三、通过顶管预留注浆孔对顶管与土体之间的间隙补注水泥水玻璃双液浆，控制注浆压力不大于2bar。
本发明的有益效果是：对顶管的顶进姿态进行调整，配置新型泥浆对传统泥浆进行替换，提高泥浆性能，既保证泥浆环流的流畅度，又可以增强泥浆护壁的形成速度和强度，减少地层损失，降低对周边环境影响。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案、特点功效及益效果更加清楚明白，下面对具体施工步骤加以详细说明：
本发明的一种顶管长距离侧穿老旧排水混凝土管线的施工方法，包括以下步骤：
步骤一、选取顶管，所述的顶管为混凝土管或者玻璃纤维增强塑料管，如对管道的热性能要求比较高，则优先选用玻璃纤维增强塑料（FRP），如现场条件不允许制造，则采用预制混凝土管。所述的顶管长度为2m~2.5m；
步骤二、按照预定路线开挖（采用现有工艺即可），当顶管机前端距离原老旧排水混凝土管线5m范围内时，调整顶管机头部姿态为顶管机调整头部中心垂直位置高于开挖线路设计轴线10mm，顶管机头部中心水平位置向远离原老旧排水混凝土管线方向偏移10mm，在随后侧穿原老旧排水混凝土管线顶管施工中顶管机头部姿态保持该调整后姿态；当顶管机开挖面与原老旧排水混凝土管线外壁净距（顶管机开挖面边线与老旧排水混凝土管线相邻外壁之间的距离）小于2m（即为近距离侧穿施工）且顶管穿越地层自身的造浆率不低于15m3/t时，执行以下步骤：
第一步，顶管顶进速度降低至5~10mm/min；
第二步，将配置的聚丙烯酰胺与瓜尔胶复合泥浆连续兑入到泥浆池中，待泥浆池中加入聚丙烯酰胺与瓜尔胶复合泥浆的体积达到输入顶管机的设备内泥水仓2倍容量后，将顶管顶进速度提高至30mm～50mm/min继续顶进直至完全穿过原老旧排水混凝土管线区域；
所述的聚丙烯酰胺与瓜尔胶复合泥浆的组分及按重量份计配比如下：
水1份
聚丙烯酰胺0.003~0.005份；
瓜尔胶0.01~0.02份；
其中，所述水的PH值为7~10，聚丙烯酰胺的水解度为60%~70%。
复合泥浆的性能为：泥浆容重1.05～1.15g/cm3，粘度20～25s，脱水量不大于200ml。
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0.003~0.005份的聚丙烯酰胺，搅拌时间不少于8分钟；
（4）搅拌机内加入0.01~0.02份的瓜尔胶，搅拌时间不少于5分钟。
本方法提出采用聚丙烯酰胺与瓜尔胶进行配置，抛弃传统环流泥浆需要加入的膨润土、CMC、纯碱，聚丙烯酰胺可提高泥浆的润滑性和稳定性，且本身是无毒无害的，可以降低顶管泥浆的失水，提高施工效率。聚丙烯酰胺除了具有很强的絮凝性，而且还具有很好的粘度和流变性，在顶管机施工过程中可以润滑钻头及管路，减少摩擦，降低阻力，提高顶进速度，降低成本。在施工过程中，利用地层本身所含泥土的造浆能力，加入一定量的聚丙烯酰胺与瓜尔胶形成复合浆液，可以增加浆液的挂壁能力，以满足顶管掘进泥浆环流掌子面护壁的稳定性，聚丙烯酰胺与瓜尔胶形成的组合泥浆可以更好的吸附在掌子面上，且对顶管顶进产生的钻渣起到絮凝的作用，更有利于转渣环流。
步骤三、管道成型后，为及时稳定周边土体，通过顶管预留注浆孔对顶管与土体之间的间隙补注水泥水玻璃双液浆，控制注浆压力不大于2bar，使浆液能缓速沿顶管外壁较均匀的渗流，而不致劈裂土体，形成团状加固区支撑既有老旧排水混凝土管线基础。
优选的，所述的水泥水玻璃双液浆的组分包括：水泥浆液和水玻璃，所述的水泥浆液中水泥与水的重量比为1:0.8，每立方水泥浆液中水玻璃的添加量为750kg。
水泥水玻璃溶液的配置过程为：先配置水泥浆液，水泥浆液中水泥与水的重量比为1:0.8，每立方水泥浆液再兑入750kg水玻璃进行混合。
实施例1
步骤一、选取顶管，所述的顶管为混凝土管或者玻璃纤维增强塑料管，所述的顶管长度为2m；
步骤二、按照预定路线开挖，当顶管机前端距离原老旧排水混凝土管线5m范围内时，调整顶管机头部姿态为顶管机调整头部中心垂直位置高于开挖线路设计轴线10mm，顶管机头部中心水平位置向远离原老旧排水混凝土管线方向偏移10mm，在随后侧穿原老旧排水混凝土管线顶管施工中顶管机头部姿态保持该调整后姿态；当顶管机开挖面与原老旧排水混凝土管线外壁净距小于2m且顶管穿越地层自身的造浆率不低于15m3/t时，执行以下步骤：
第一步，顶管顶进速度降低至6mm/min；
第二步，将配置的聚丙烯酰胺与瓜尔胶复合泥浆连续兑入到泥浆池中，待泥浆池中加入聚丙烯酰胺与瓜尔胶复合泥浆的体积达到输入顶管机的设备内泥水仓2倍容量后，将顶管顶进速度提高至40mm/min继续顶进直至完全穿过原老旧排水混凝土管线区域；
所述的聚丙烯酰胺与瓜尔胶复合泥浆的组分及按重量份计配比如下：
水1份
聚丙烯酰胺0.003份；
瓜尔胶0.01份；
其中，所述水的PH值为7，聚丙烯酰胺的水解度为60%；复合泥浆的性能为：泥浆容重1.05g/cm3，粘度20s，脱水量不大于200ml；
步骤三、通过顶管预留注浆孔对顶管与土体之间的间隙补注水泥水玻璃双液浆，控制注浆压力不大于2bar。
所述的水泥水玻璃双液浆的组分包括：水泥浆液和水玻璃，所述的水泥浆液中水泥与水的重量比为1:0.8，每立方水泥浆液中水玻璃的添加量为750kg。
通过工程测试：在实际应用中，改泥浆配比环流通畅，携渣能力强，地面及原老旧排水混凝土管沉降监测在监测控制值内，原老旧排水混凝土管未出现损坏，双液浆注入后成型管道姿态稳定，管道内部无渗漏点，整体侧穿原老旧排水混凝土管施工安全可控。
实施例2
按照实施例1中的步骤，将顶管长度调整为2.5m;
步骤二中第一步，顶管顶进速度调整为5mm/min；第二步中顶管顶进速度调整为30mm/min；
复合泥浆的组分及按重量份计配比调整如下：
水1份；聚丙烯酰胺0.005份；瓜尔胶0.02份；其中，所述水的PH值为8，聚丙烯酰胺的水解度为70%；复合泥浆的性能为：泥浆容重1.15g/cm3，粘度25s，脱水量不大于200ml；
通过工程测试：在实际应用中，顶管在指定位置降低顶进速度后置换浆液，该配比浆液与原地层混合后实测泥浆参数指标符合要求，在环流的过程中，地面沉降值及原老旧排水混凝土管沉降值均在控制值内，有效的保证了原老旧排水混凝土管的安全，未影响其正常使用。
实施例3
按照实施例1中的步骤，将顶管长度调整为2.2m;
步骤二中第一步，顶管顶进速度调整为10mm/min；第二步中顶管顶进速度调整为50mm/min；
复合泥浆的组分及按重量份计配比调整如下：
水1份；聚丙烯酰胺0.004份；瓜尔胶0.015份；其中，所述水的PH值为10，聚丙烯酰胺的水解度为65%；复合泥浆的性能为：泥浆容重1.10g/cm3，粘度22s，脱水量不大于200ml；
通过工程测试：在实际应用中，顶管的推进速度在顶进一节管道过程中从10mm/min提升至50mm/min，地面沉降值及原老旧排水混凝土管沉降值均在控制值内，环流顺畅，泥浆性能稳定，施工过程安全可控。
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，其中食用胶类于聚丙烯酰胺的多种调配、双液浆的配比应用这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种顶管长距离侧穿老旧排水混凝土管线的施工方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一、选取顶管，所述的顶管为混凝土管或者玻璃纤维增强塑料管，所述的顶管长度为2m~2.5m；
步骤二、按照预定路线开挖，当顶管机前端距离原老旧排水混凝土管线5m范围内时，调整顶管机头部姿态为顶管机头部中心垂直位置高于开挖线路设计轴线10mm，顶管机头部中心水平位置向远离原老旧排水混凝土管线方向偏移10mm，在随后侧穿原老旧排水混凝土管线顶管施工中顶管机头部姿态保持该调整后姿态；当顶管机开挖面与原老旧排水混凝土管线外壁净距小于2m且顶管穿越地层自身的造浆率不低于15m3/t时，执行以下步骤：
第一步，顶管顶进速度降低至5~10mm/min；
第二步，将配置的聚丙烯酰胺与瓜尔胶复合泥浆连续兑入到泥浆池中，待泥浆池中加入聚丙烯酰胺与瓜尔胶复合泥浆的体积达到输入顶管机的设备内泥水仓2倍容量后，将顶管顶进速度提高至30mm～50mm/min继续顶进直至完全穿过原老旧排水混凝土管线区域；
所述的聚丙烯酰胺与瓜尔胶复合泥浆的组分及按重量份计配比如下：
水1份
聚丙烯酰胺0.003~0.005份；
瓜尔胶0.01~0.02份；
其中，所述水的PH值为7~10，聚丙烯酰胺的水解度为60%~70%；
步骤三、通过顶管预留注浆孔对顶管与土体之间的间隙补注水泥水玻璃双液浆，控制注浆压力不大于2bar。
2.根据权利要求1所述的顶管长距离侧穿老旧排水混凝土管线的施工方法，其特征在于：复合泥浆的性能为：泥浆容重1.05～1.15g/cm3，粘度20～25s，脱水量不大于200ml。
3.根据权利要求1或者2所述的顶管长距离侧穿老旧排水混凝土管线的施工方法，其特征在于：所述的水泥水玻璃双液浆的组分包括：水泥浆液和水玻璃，所述的水泥浆液中水泥与水的重量比为1:0.8，每立方水泥浆液中水玻璃的添加量为750kg。
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