取水口上移工程景區(qū)段泥水平衡施工工法研究

周紅陽,關(guān)瓏玲

(漯河市清泉水務(wù)工程有限公司,河南 漯河 462000)

0 引言

泥水平衡頂管連續(xù)施工工法是一種新型施工支護(hù)技術(shù),地下開挖穿越土層能力極強(qiáng),開挖工作面直徑不大,對周圍地層產(chǎn)生的擾動損失較少,能較長時間地維持地下不同等級土質(zhì)的挖掘基面平衡,地表應(yīng)力變形小,安全性能良好,開挖進(jìn)度較快,總開挖頂力變形較小,適合于中心市區(qū)施工。

某飲用水源地取水口上移綜合項目新建取水口1個,取水流量25.3 萬t/d,鋪設(shè)管網(wǎng)約20.31 km。為解決飲用水源一、二級保護(hù)區(qū)存在的大規(guī)模違規(guī)建設(shè)及交通穿越問題,需進(jìn)行取水口上移。該項目穿越某風(fēng)景區(qū)段約2.7 km,為減少對景區(qū)的破壞,采用泥水平衡施工方法,包括頂管工作井7座及頂管接收井5座,其中最長一段為520 m。頂管采用DN1000 mm球墨鑄鐵管K9型專用頂管,材料為球墨鑄鐵管外包鋼筋網(wǎng),澆筑8 cm的混凝土。每節(jié)長度6 m,承口外徑1160 mm,插口外徑1048 mm,每節(jié)管道重量5580 kg。本段最大工作壓力1.0 MPa,試驗壓力1.5 MPa。頂管接口采用內(nèi)壓式承插接口,利用承口與插口之間的間隙安裝橡膠止水帶與壓環(huán)來止水。工作井與接收井的井壁及封底混凝土標(biāo)號為C30,抗?jié)B等級P6,抗凍等級F200,水下封底均采用C30混凝土。施工區(qū)域工作面積狹小,機(jī)械、人員交通不便,需在短時間內(nèi)完成大口徑長距離頂管施工,故對施工組織、頂進(jìn)工藝、頂管運(yùn)輸?shù)跹b等均提出了較高要求。采用揚(yáng)州廣鑫機(jī)械有限公司生產(chǎn)的NPD-B800型具有破碎功能的泥水平衡頂管掘進(jìn)機(jī),工法安全可靠,施工周期短,操作方便,節(jié)省材料,可取得較好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益及社會效益。

1 泥水平衡機(jī)械頂管施工工藝流程

施工開始→測量放樣→放樣復(fù)核→工作井設(shè)備安裝(地面設(shè)備安裝)→進(jìn)洞(注漿材料準(zhǔn)備)→掘土頂進(jìn)→進(jìn)排泥(注漿→測量及方向糾正→下管、接口處理、中繼間安裝及使用→出洞→取出頂管機(jī)頭及附帶設(shè)備、中繼間接縫→全線測量→洞口處理→結(jié)束。

2 施工技術(shù)要點

2.1 出土方案

泥水輸送平衡式頂管輸送機(jī)的特點是采用全自動高速輸送泥水的混合式輸送挖掘方式,碎土塊被高壓攪拌機(jī)在機(jī)艙腔隙內(nèi)自動高速連續(xù)攪拌,摻和混入泥水中形成泥漿,再由一臺高壓泥漿泵進(jìn)行自動輸送抽出。在沉井上部圍砌并設(shè)置2只沉淀池,按要求將出土運(yùn)到臨時堆積土點,不得污染沿途道路環(huán)境。

2.2 測量與設(shè)備安裝

測量方法:在引出A、B兩點后根據(jù)導(dǎo)線法及平移法定出C、D、A,其余測量步驟均在相同視線條件下進(jìn)行測量定位。

后靠背導(dǎo)軌及后頂?shù)陌惭b。軸線位置調(diào)整確定井位后,調(diào)整安放于井背后下部的靠背,保持距離井壁軸線至少100～200 mm處,調(diào)整前后左右的傾斜方向,盡量保證安裝井位后底部的靠背傾斜中心方向與井口軸線位置方向重合,調(diào)整傾斜的方法見圖1。

圖1 后靠背調(diào)整Fig.1 Rear backrest adjustment

洞口止水裝置孔身垂直水平安裝,保證各孔洞的橫向最小彎曲直徑略大于孔洞距水平進(jìn)洞物的垂直最大彎直徑8 cm,防止各孔洞受到垂直方向進(jìn)洞物強(qiáng)烈的垂直縱向彎曲剪切應(yīng)力的影響,避免其直接破裂而失去垂直止水效果,確定放置妥當(dāng)后用水泥砂漿封堵孔口與井壁,防止各洞口直接從該垂直彎曲間隙處流出或漏水漏漿。

2.3 泥水系統(tǒng)安裝

泥漿池盡量布置在靠近工作槽及井底邊的位置,可酌情采用并聯(lián)法。泥漿池盡量選擇靠近現(xiàn)場工作臺井底邊的位置(現(xiàn)場不開挖泥漿池采用鋼板焊接泥漿池),以有效減少鋪設(shè)水泥管路的時間,避免對其產(chǎn)生摩擦。正確選擇沉石箱的位置,防止泥塊直接進(jìn)入排污系統(tǒng)而損壞或堵塞排水及泥泵管路。

注漿攪拌系統(tǒng)泵身應(yīng)采用雙螺桿泵體,減少主泵產(chǎn)生脈動泵的現(xiàn)象,漿液攪拌需充分均勻。合理配置減壓泵系統(tǒng),在機(jī)頭主泵出品處1 m外及泵機(jī)頭注漿處前后兩側(cè)至少安裝1只隔膜式壓力表,產(chǎn)生的泥漿直接用泥漿車運(yùn)出施工現(xiàn)場。

2.4 中繼間設(shè)置

為保證工作井與鋼筋砼管材受力符合規(guī)定要求,主頂油缸合力達(dá)到600 t時,設(shè)置一套中繼間。中繼油缸20個,環(huán)向均布,缸徑100 mm,行程300 mm,工作壓力31.5 Mpa,額定推力合力1000 t,許用推力600 t。中繼油缸動力由井內(nèi)主液壓站供應(yīng),高壓軟管連接,電磁閥井內(nèi)控制。

2.5 頂進(jìn)調(diào)試及土體取樣

頂管在下油管入井口前需至少一次的系統(tǒng)安裝運(yùn)轉(zhuǎn)及調(diào)試。油管系統(tǒng)在安裝運(yùn)行完畢前,需要做充分檢查及清洗,防止灰塵、雜物、泥沙等物質(zhì)進(jìn)入下油管。做好電路系統(tǒng)設(shè)備的清潔與干燥,機(jī)頭安裝及調(diào)試完后,要保證各管路系統(tǒng)動作正常,液壓系統(tǒng)無泄漏。機(jī)頭為刀盤型的不可再調(diào)節(jié),土壓力表系統(tǒng)中顯示的機(jī)頭最大土壓力值即為機(jī)頭進(jìn)泥倉土壓力,顯示機(jī)頭的實際最大土壓力值應(yīng)與機(jī)頭初頂進(jìn)泥口的實際最大土壓力存在一個差值ΔP,取15～30 T。風(fēng)機(jī)可自動調(diào)節(jié)到最高送風(fēng)進(jìn)水壓力,自動打開機(jī)身兩側(cè)的止水閥,轉(zhuǎn)動機(jī)頭刀盤,關(guān)閉機(jī)身內(nèi)的旁行風(fēng)道,待空氣流量達(dá)到設(shè)計的額定流量80%左右時,風(fēng)機(jī)開始自動頂進(jìn)。

2.6 頂管動力及照明配套

頂管動力配套:刀盤電機(jī)2臺,功率44 kw/h;輸送泵電機(jī)1臺,功率22 kw/h;糾偏油泵電機(jī)1臺,功率4 kw/h;液壓系統(tǒng)電機(jī)2臺,功率30 kw/h;注漿電機(jī)1臺,功率11 kw/h;漿液攪拌機(jī)1臺,功率11 kw/h;電焊機(jī)1臺,功率30 kw/h;排水泵2臺,功率11 kw/h。合計總功率163 kw/h。

動力電線設(shè)置:管內(nèi)設(shè)置—二路電纜,按其配套動力負(fù)載功率選擇電纜規(guī)格,供電采用TN—S方式,三相五線制移動電線裝接。

2.7 管界面質(zhì)量控制

要按照國家安全規(guī)范要求定期對管材類產(chǎn)品施作環(huán)境進(jìn)行現(xiàn)場檢查及竣工驗收,如在檢查中發(fā)現(xiàn)質(zhì)量不合格產(chǎn)品,及時采取糾正措施或予以退回。管材運(yùn)送、起吊均應(yīng)采用吊裝專用起重夾具,擱置重物時應(yīng)用方木墊架高,防止F型管界面之間的套環(huán)受壓產(chǎn)生形變。在插入各接管端子前,詳細(xì)檢查各橡膠管接頭上的橡膠軸承及插口尺寸、橡膠圈面與各橡膠襯膠墊板表面處的橡膠外觀厚度及表面質(zhì)地。頂管口使用結(jié)束一周后,在頂管口內(nèi)腔的密封間隙處均勻填充上一層彈性密封膏,盡量將密封圈與頂管口連接處密封成兩個大小合適、光滑且均勻一致的漸變面。密封圈上所有的密封膠結(jié)工作須在正式安裝使用前2 d完成,做好檢查,保證其牢固性。

2.8 注漿

頂管上的推力是管道在頂管施工中管道內(nèi)壁受到的各種流體阻力,包括工具管切土正壓力、管壁內(nèi)的摩擦流阻正壓力及流經(jīng)工具頂管下的氣水壓力。觸變泥漿主要由膨潤土、堿石及水混合配制而成。為了避免觸變泥漿固結(jié)性能發(fā)生變化,可摻拌少量石灰膏。為了使其保持高流動性,可摻拌緩冷凝劑料及塑化劑。觸變泥漿的拌和程序如下:將定量的堿水放入攪拌罐容器內(nèi),用水來溶化堿,將定量膨潤土液徐徐滴入攪拌灌槽內(nèi),攪拌均勻即可。將溶化后澄清的食堿水緩緩倒入攪拌灌管內(nèi),再緩慢攪拌均勻,放置約12 h,凝固后冷卻即可使用。注漿斷面孔處的出口布置應(yīng)盡量根據(jù)管道直徑大小確定,一般情況下,每個管道斷面內(nèi)可單獨設(shè)置3～4個,具備自動排氣功能。攪拌混合均勻后,將泥漿放置一段時間后再灌注。灌漿施工前,預(yù)先通過注水設(shè)備檢查灌漿用水設(shè)備,確認(rèn)設(shè)備功能正常方可灌注。灌漿初期壓力不高于0.1 Mpa時再加壓,按實際負(fù)荷情況進(jìn)行調(diào)整。灌漿施工設(shè)計應(yīng)按灌漿斷面及孔斷面位置的前后順序依次設(shè)計,確保灌漿、管道、中繼間孔內(nèi)的灌漿頂孔進(jìn)口同步。灌漿過程如遇到機(jī)械故障、管路嚴(yán)重堵塞、接頭滲漏等情況需采取處理措施。頂力控制的關(guān)鍵是最大限度降低頂進(jìn)阻力,可采取人工連續(xù)注漿,減小頂進(jìn)阻力。在頂管施工中如果突然出現(xiàn)的一些問題導(dǎo)致無法正常工作,需立即尋找錯誤原因,有針對性地提出解決對策。嚴(yán)格遵循操作規(guī)范,進(jìn)行運(yùn)行情況的偏差檢測,如實匯報,以便后期的故障處理。

3 結(jié)束語

市政管道開槽與施工可能會破壞周邊道路,影響城區(qū)交通,污染施工環(huán)境衛(wèi)生,不適合在城區(qū)內(nèi)做大面積施工?；炷聊嗨胶馐巾敼苁┕げ恍枰苯娱_挖,不會破壞地下道路,特別是在需要穿越大量地面構(gòu)筑物基礎(chǔ)及地下施工管線時,可節(jié)省投資及工期,減少施工環(huán)境噪聲及粉塵排放,是環(huán)保無污染、高效節(jié)能的道路施工技術(shù)。分析了采用泥水平衡法進(jìn)行頂管施工的技術(shù)要點,此方法安全可靠,施工周期短,操作方便,節(jié)省材料,可取得較好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益及社會效益。