市政道路施工中泥屑氣力輸送技術(shù)研究

作者簡介：曲娜（1984-），女，工程師。研究方向為市政工程施工技術(shù)。

DOI：10.19981/j.CN23-1581/G3.2024.15.044

摘? 要：為提高市政道路施工標準，確保市政道路工程的穩(wěn)定性與耐久性，同時掌握泥屑氣力輸送的應(yīng)用效果。該文將結(jié)合工程實例，對泥屑氣力輸送技術(shù)的應(yīng)用進行系統(tǒng)研究，掌握技術(shù)應(yīng)用的注意事項和質(zhì)量控制措施，同時對應(yīng)用效果實施評價。研究發(fā)現(xiàn)，泥屑氣力輸送技術(shù)應(yīng)用中壓力輸送罐、拉伐爾管的結(jié)構(gòu)設(shè)計屬于重點，此外還需不斷優(yōu)化電氣系統(tǒng)，借此保障泥屑氣力輸送的穩(wěn)定性。經(jīng)技術(shù)改良后，泥屑輸送的效率和質(zhì)量將大大提升，可為市政道路施工提供技術(shù)支持。此項研究說明，在市政道路施工中，泥屑氣力輸送技術(shù)值得借鑒，其優(yōu)勢在于環(huán)保、高效，可適用于復雜施工場地中的泥屑運輸，在保障泥屑輸送安全性的同時，為工程質(zhì)量提升夯實基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：道路施工；市政道路建設(shè)；泥屑輸送；氣力輸送原理；應(yīng)用技術(shù)

中圖分類號：TU997? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2024）15-0193-04

Abstract： In order to improve the standard of municipal road construction， ensure the stability and durability of municipal road engineering， and grasp the application effect of debris pneumatic conveying. Based on an engineering example， this paper will systematically study the application of debris pneumatic conveying technology， grasp the matters needing attention and quality control measures， and evaluate the application effect at the same time. It is found that the structural design of pressure conveying tank and Laval pipe is the key point in the application of mud pneumatic conveying technology. In addition， it is necessary to constantly optimize the electrical system to ensure the stability of mud pneumatic conveying. After technical improvement， the efficiency and quality of debris transportation will be greatly improved， which can provide technical support for municipal road construction. This study shows that in municipal road construction， debris pneumatic conveying technology is worth using for reference， and its advantage lies in environmental protection， high efficiency， and can be applied to mud transportation in complex construction sites， while ensuring the safety of debris transportation. Tamp the foundation for the improvement of engineering quality.

Keywords： road construction; municipal road construction; mud transport; pneumatic conveying principle; application technology

隨著經(jīng)濟發(fā)展速度加快，城市化進程也在不斷推進之中，原有市政管線容量已無法滿足現(xiàn)實需求，需要不斷改建和修復。在具體項目中，如果應(yīng)用明挖法施工，很容易造成城市交通癱瘓，并且施工局限性較大，會因為鐵道、機場及建筑物不能正常施工。所以非開挖施工技術(shù)最近幾年廣泛應(yīng)用，取得了理想效果。為確保非開挖市政道路施工的質(zhì)量，降低鉆孔中泥屑的影響，需使用優(yōu)質(zhì)的栓流氣力輸送方法，發(fā)揮泥屑氣力輸送的優(yōu)勢，為后續(xù)施工提供保障。

1? 氣力輸送原理

氣力輸送裝置較為特殊，是一種在管道內(nèi)利用氣體充當核心介質(zhì)的裝置。在氣體的作用下實現(xiàn)物料的運輸，將建筑工程物料從一端運輸?shù)搅硪欢?，借助管道壓力和氣流，將物料輸送到指定目的地，借此為后續(xù)施工提供便利。在具體工程項目中，氣力輸送的優(yōu)點有很多，主要體現(xiàn)在以下幾方面：①輸送效率較高。與傳統(tǒng)物料輸送技術(shù)相比，氣力輸送更加的高效，因為整個輸送過程非常的封閉，所以物料輸送不受氣候環(huán)境變化的影響。利用氣力輸送的方式，可從一定程度改善工作條件，確保施工作業(yè)可靠性。②物料安全性較高。被輸送的物料在運輸狀態(tài)下不容易吸濕、污損，可保障物料的使用效果，避免其混入其他雜質(zhì)，在提升物料運輸效率的同時，保障施工物料的性能。③運輸過程與其他處理工藝同步。在物料運輸?shù)耐瑫r，在特定的管道內(nèi)還可開展混合、分級、粉碎等操作，通過某些化學反應(yīng)改變物料的性能，使其滿足施工要求。這樣的運輸方法，可縮短材料使用的準備時間，為工程施工提供便利。④可輸送不穩(wěn)定的化學物品。在使用氣力輸送體系的過程中，可用惰性氣體輸送一些極不穩(wěn)定的化學藥品，不僅高效而且安全可靠，可以規(guī)避風險。⑤設(shè)備簡單且結(jié)構(gòu)緊湊。氣力輸送體系中的各個設(shè)備占地面積較小。除此之外，布置輸送管線相對容易，可操作性強。⑥氣力輸送系統(tǒng)的可操作性強。整個系統(tǒng)容易控制和管理，可實現(xiàn)集中控制，同時確保程序自動化水平。

2? 泥屑特點及非開挖鉆孔中氣力輸送要求

目前，非開挖市政道路管線施工數(shù)量增多，鉆孔施工技術(shù)要求越來越高，因為其施工技術(shù)特征的緣故，施工中所穿越地層比較多，需前后經(jīng)歷黏土、粉土、沙土等。在穿越砂層等軟弱地層時，想要保障鉆孔順利的推進，就要設(shè)法降低鉆孔泥屑所造成的影響，使用泥屑輸送系統(tǒng)，為鉆孔施工營造理想化的環(huán)境。為保障真實作業(yè)中氣力輸送泥屑的可靠性，現(xiàn)實施工中要求輸送的鉆孔泥屑形態(tài)要越碎越好，確保泥屑呈松散狀，只有如此，才能防止泥屑堵塞氣力輸送系統(tǒng)，保障壓力正常輸送[1]。通過研究發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)實鉆孔施工中想要形成松散的泥屑難度比較高。基于此，為了順利推進非開挖鉆孔設(shè)備并得到符合要求的碎泥屑，在具體的施工方案中，可通過放置粉碎裝置的方式進行在線粉碎，借此科學地完善輸送線路設(shè)計，促使輸送碎泥屑達到技術(shù)要求的同時，規(guī)避輸送線路堵塞等問題。

3? 工程案例分析

某市政道路工程，擬采用非開挖的道路管線施工技術(shù)，通過研究發(fā)現(xiàn)，項目所在位置土層構(gòu)成較為復雜，這為非開挖的道路管線施工提高了難度。為科學輸送鉆孔階段形成的泥屑，確保施工的順暢，現(xiàn)實作業(yè)期間要合理使用泥屑氣力運輸方式，掌握氣力運輸?shù)募夹g(shù)要點，夯實項目建設(shè)的基礎(chǔ)。該市政道路工程的土層物理力學參數(shù)見表1。

4? 泥屑氣力輸送技術(shù)應(yīng)用

4.1? 泥屑氣力輸送方案優(yōu)化

案例中的施工地質(zhì)環(huán)境較為復雜，存在淤泥質(zhì)土和粉質(zhì)黏土，在鉆進的過程中所形成的泥屑不容易形成松散狀。為此在項目施工中，需要對非開挖鉆進施工中的泥屑輸送方法實施優(yōu)化，保障理想的鉆孔工作效率和質(zhì)量。現(xiàn)實中，可應(yīng)用氣力輸送方法，實現(xiàn)泥屑的平穩(wěn)推進，有效預防堵塞等問題。在傳統(tǒng)輸送方案基礎(chǔ)上，案例工程采用了一種全新的方法，即雙管多噴吹點氣力輸送，通過氣力輸送系統(tǒng)的搭建，來滿足鉆孔泥屑合理、高效輸送的要求。這種雙管多噴吹點氣力輸送方案構(gòu)成復雜，主要思路如圖1所示。

通過圖1內(nèi)容可知，非開挖鉆孔設(shè)備在運行中所鉆削下來的泥屑不會大量堆積，第一時間便會進入貯泥斗中（螺旋引導器作用下）。為確保懸浮顆粒大小滿足技術(shù)指標，在貯泥斗中的泥屑要經(jīng)過粉碎裝置，進行充分的在線粉碎，在粉碎的基礎(chǔ)上，確保顆粒物的體積參數(shù)達到氣力輸送的具體要求。在新的泥屑輸送系統(tǒng)中，當貯泥斗中裝滿泥屑時，會直接牽引氣缸，使其停止進給。除此之外，在科學的系統(tǒng)設(shè)計中向壓送罐中充入空氣，借此推動排料蝶閥F6開啟，待到排料蝶閥F6開啟后，便可以促使泥屑在壓力作用下源源不斷地向外輸送。整個過程中，為了保證輸泥系統(tǒng)使用的安全性與可靠性，可在泥屑輸送的過程中增加氣力噴吹管路加以輔助，借此提升輸送的效率[2]。該技術(shù)改良方法是在排料蝶閥F6開啟同時，將輔助閥門F4也開啟，這樣的情況下便可以實現(xiàn)單向噴嘴噴吹向輸泥管輸送泥屑。泥屑在主、輔噴吹的共同作用下會加快流動的速度，較為高效地輸送到地面上，借此為后續(xù)施工提供技術(shù)保障。同時，為提升泥屑輸送系統(tǒng)的可操作性，主、輔噴吹壓力要實現(xiàn)科學調(diào)節(jié)，經(jīng)過手動調(diào)節(jié)閥提高系統(tǒng)應(yīng)用的可靠性。

4.2? 輸送系統(tǒng)核心構(gòu)件設(shè)計

4.2.1? 壓送罐設(shè)計優(yōu)化

在泥屑氣力輸送系統(tǒng)中，壓送罐是重要的構(gòu)件，其原理像是一個噴射器，在壓送罐使用中當排料蝶閥（重要閥門）開啟時，那么原先被壓縮在罐內(nèi)的泥屑就會噴涌而出。壓送罐由輸送裝置、粉碎裝置等構(gòu)成，通常情況下其尺寸是固定的，壓送罐結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。

圖2? 壓送罐結(jié)構(gòu)示意圖

結(jié)合現(xiàn)實經(jīng)驗可知，在壓送罐的使用中，相關(guān)壓力測試屬于重點。對壓送罐的壓力科學試驗的時候，可遵照以下的公式

式中：PT為試驗壓力，MPa；P為設(shè)計壓力，MPa；[？滓]為材料的允許應(yīng)力（試驗溫度下），MPa；[？滓]t為材料的允許應(yīng)力（工作溫度下），MPa。

4.2.2? 氣力輸送設(shè)計優(yōu)化

輸送系統(tǒng)構(gòu)件設(shè)計中，為了科學強化雙管氣力輸送的效果，保障輸送的效率，保障氣力輸送更加順利，可在氣力輸送過程中額外增加一個拉伐爾管射流器（圖3），借此改善氣體速度。經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，使用拉伐爾管射流器，可有效保障氣力平衡，從而實現(xiàn)泥屑的長距離輸送，科學保障施工品質(zhì)[3]。拉伐爾管是重要的構(gòu)件，是一種具有喉部的噴管，正常的氣流通過它時可以提速，甚至在某種狀態(tài)下氣流通過的速度可以達到聲速或超聲速。在拉伐爾管射流器的輔助下，泥屑被傳送的效率將會大大提升，從而預防輸送系統(tǒng)堵塞，優(yōu)化整個氣力輸送系統(tǒng)的使用性能。

圖3? 拉伐爾管射流器

4.2.3? 電氣系統(tǒng)設(shè)計優(yōu)化

在電氣系統(tǒng)設(shè)計優(yōu)化中，為達到理想的設(shè)計效果，需科學使用可編程邏輯控制器（PLC），借此提升泥屑氣動輸送的可操作性。固定接線式繼電器在現(xiàn)代化的非開挖鉆孔施工中已不能適應(yīng)復雜技術(shù)的要求，同時傳統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)不易維護，且經(jīng)濟性比較低。在這樣的前提下，可科學使用PLC來逐步完善系統(tǒng)性能，控制非開挖施工鉆孔設(shè)備的運行狀態(tài)，借此保障成孔質(zhì)量和泥屑的形成狀態(tài)。結(jié)合實操經(jīng)驗可知，PLC性能好，并且適應(yīng)性強。PLC屬于控制概念和微機技術(shù)的結(jié)合產(chǎn)物，在PLC控制系統(tǒng)中微處理器發(fā)揮重要的作用。其硬件配置由中央處理單元、編程單元、電源電路等構(gòu)成[4]，如圖4所示。PLC的基本工作原理十分簡單，其是建立在計算機工作理念的框架上，通過硬件的支撐完成現(xiàn)場的控制任務(wù)。PLC在使用中需要遵循控制邏輯，掌握各種變量的邏輯關(guān)系，對整個程序?qū)嵤┭不貟呙?。在泥屑氣力輸送系統(tǒng)設(shè)計中，應(yīng)用可編制控制器優(yōu)化電氣控制系統(tǒng)，可確保泥屑的推送效率，在保障高效率作業(yè)的同時，為后續(xù)的鉆孔施工提供重要支撐，夯實市政道路施工的基礎(chǔ)[5]。

PLC控制模塊在具體使用中，需結(jié)合施工現(xiàn)場的不同需求，對控制器的硬件結(jié)構(gòu)合理選型，并明確控制指令系統(tǒng)的差異，利用PLC加強對道路鉆孔施工的管理。為達到理想的控制效果，提高鉆孔作業(yè)期間泥屑的輸送質(zhì)量，需要結(jié)合鉆孔設(shè)備的機械動作原理，明確各類邏輯動作關(guān)系，掌握不同控制模塊的計數(shù)關(guān)系和互鎖關(guān)系等，借此保障控制的有效性。最好的方法是繪制梯形圖，提升控制系統(tǒng)工作效率。除此之外，為了使每個氣缸性能得到優(yōu)化，其活塞桿伸出和退回可以滿足技術(shù)要求，確保相關(guān)動作有足夠的反應(yīng)和準備時間，可以在電氣系統(tǒng)控制優(yōu)化工作中給每個動作設(shè)置延時，利用延時的設(shè)置保障控制動作的精確性。延時可暫都用10 s，如果在實操中發(fā)現(xiàn)初始設(shè)置的延時時間不夠或多余的話，可依據(jù)具體的泥屑輸送要求靈活調(diào)整。

4.2.4? 管道隔聲降噪措施

氣力輸送系統(tǒng)噪聲源主要包括2個方面，一方面是真空泵運行過程中設(shè)備產(chǎn)生的噪聲，另一方面是管道輸送過程中產(chǎn)生的噪聲。噪聲污染會威害人體健康，相關(guān)研究者在噪聲控制方面做出了不懈的努力，現(xiàn)如今噪聲控制技術(shù)得到了一定的發(fā)展。氣力輸送系統(tǒng)中的真空泵和施工生產(chǎn)現(xiàn)場距離較遠，所以通常不會對施工人員及周圍居民產(chǎn)生較大的危害。輸送管道需要在生產(chǎn)現(xiàn)場設(shè)置，其產(chǎn)生的噪聲會嚴重威脅施工隊伍的身心健康。為此，針對輸送管道可以采取如下隔聲降噪措施：第一，用高阻尼復合隔聲板包裹輸送管道外壁，中間填充聚酯纖維棉。第二，使用約束層、阻尼層、基層組成的高阻尼隔聲板進行處理，阻尼材料中結(jié)合應(yīng)用瀝青基體、樹脂基體、橡膠基體材料，提高阻尼隔聲板阻隔噪聲的效果。

5? 結(jié)論

綜上所述，目前市政道路施工的標準提升，傳統(tǒng)的明挖法已經(jīng)不合時宜。為保障市政道路的建設(shè)質(zhì)量，規(guī)避對周圍管線的影響，一種非開挖的鉆孔技術(shù)手段正在大范圍推廣。在非開挖的鉆孔施工中，泥屑的輸送是重點的內(nèi)容，為確保施工中泥屑的輸送效率，降低鉆孔堵塞的概率，現(xiàn)實中可基于氣力輸送原理完善泥屑的輸送系統(tǒng)，借助壓送罐設(shè)計、使用拉伐爾管射流器及電氣系統(tǒng)設(shè)計優(yōu)化，保障實際的泥屑輸送效果，為后續(xù)市政道路非開挖鉆孔施工夯實基礎(chǔ)。

參考文獻：

[1] 李國芝.市政道路施工中綠色施工技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展研究[J].城市建設(shè)理論研究（電子版），2023（22）：190-192.

[2] 王淑慧.市政道路工程施工管理和質(zhì)量控制[J].城市建設(shè)理論研究（電子版），2023（17）：190-192.

[3] 湖北江漢利達石油物資裝備有限公司.一種鉆井泥漿鉆屑處理系統(tǒng)：CN202211380665.0[P].2023-04-04.

[4] 徐金鑒.非開挖鉆孔新型碎泥屑鉆頭力學模型使用研究[J].世界有色金屬，2020（6）：206，208.

[5] 趙根林，芮延年，廖黎黎，等.基于仿生原理的小型非開挖鉆孔泥屑輸送技術(shù)[J].地下空間與工程學報，2020，11（5）：1266-1270.