李文成
(中石化天然氣分公司工程建設(shè)管理處,山東 聊城 252000)
榆林—濟南輸氣管道工程經(jīng)過山東省聊城市茌平縣,地勢平坦,為典型的黃河中下游平原地貌。地層以第四系沖洪淤積成因粉質(zhì)粘土組成,12米以上為粉質(zhì)粘土、粉土或粘土。地下水位較高,距地面0.5m-2m。管道穿越一、二級公路大部分采用非開挖頂進鋼套管方式,套管為D914×14.3,材質(zhì)為L320螺旋縫埋弧焊鋼管。如采用傳統(tǒng)的開放式人工挖進頂管方式,需提前1-2周進行降水,且道路中間部分降水效果不好,增加工期和工程投資。為此,現(xiàn)場選用泥水平衡方式頂管施工。
以泥水壓力來抵抗開挖面的土壓力和水壓力以保持開挖面的穩(wěn)定,同時,控制開挖面變形和地基沉降;在開挖面形成弱透水性泥膜,保持泥水壓力有效作用于開挖面。
圖1 泥水式盾構(gòu)工作原理
在開挖面,隨著加壓后的泥水不斷滲入土體,泥水中的砂土顆粒填入土體孔隙中,可形成滲透系數(shù)非常小的泥膜(膨潤土懸浮液支撐時形成一濾餅層)。而且,由于泥膜形成后減小了開挖面的壓力損失,泥水壓力可有效地作用于開挖面,從而可防止開挖面的變形和崩塌,并確保開挖面的穩(wěn)定。
土體一經(jīng)盾構(gòu)機開挖,其原有的應力即被釋放,并將產(chǎn)生向應力釋放面的變形。此時,為控制地基沉降,保持開挖面穩(wěn)定,必須向開挖面施加一個相當于釋放應力大小的力。泥水式盾構(gòu)機中由泥水壓力來抵消開挖面的釋放應力。在決定泥水壓力時主要要考慮開挖面的水壓力、土壓力以及預留壓力。
在泥水式盾構(gòu)機中支護開挖面的液體同時又作為運輸介質(zhì)。開挖工具開挖的土料在開挖室中與支護液混合。然后,開挖土料與懸浮液的混合物被泵送到地面。在地面的篩分場中支護液與土料分離。隨后,如需要,添加新的膨潤土,再將此液體泵回隧洞開挖面。
施工前做下列工作:
(1)辦理公路部門的施工許可證,編制可行的施工方案。
(2)完成施工現(xiàn)場三通一平工作。
(3)施工機具設(shè)備擺放到位,完成技術(shù)交底工作。
發(fā)送坑的尺寸和坑深應根椐施工機具、施工方法和管線深度而定。一般按如下方法計算:
(1)底寬
底寬=D1+S
式中:D1為套管外徑,本工程0.9m,取1m
S:兩側(cè)操作寬度,本工程取3m
故工作坑底部寬度為:4m
(2)長度
式中:L1為工具管長度(m),取1m
L2:管節(jié)長度(m),本工程取11m
L3:出土工作間長度(m),本工程取1.5m
L4:液壓油缸長度(m),本工程取1.2m
L5:后背所占工作井長度,包括橫木、立鐵、橫鐵取0.8m
所以計算工作井長度1m+11m+1.5m+1.2 m+0.8m=15.5m,取 16m。
接收坑尺寸為4m×2m×4m(長×寬×深)
由于地下水位較高,為防止塌方,同時保證后背推力,在發(fā)送坑兩側(cè)邊用鋼板進行圍護,φ89×4鋼管支撐在兩側(cè)鋼板之間,支護高度為距離坑底2m;后背擋板采用δ=20mm鋼板和φ76×6鋼管排組成,尺寸為2.5×3m,坑底用石子(3-5cm)厚30cm做坑底墊層,墊層上等距離(約250mm)放置標準枕木,枕木上鋪δ=20mm厚鋼板,保證施工精度。
鋼板上安裝工字鋼(10#)作為導向架,用水準儀找平,兩軌道高程誤差±10mm,軌道工字鋼與底層鋼板焊接。將主機吊入軌道,將電力電纜、信號電纜和油路連接,進行設(shè)備電力系統(tǒng)、自控系統(tǒng)和泥水處理系統(tǒng)進行調(diào)試。一切正常后,即可進入預備頂管階段。
使機頭刀盤貼住前方土體,調(diào)節(jié)好送水壓力,然后打開機內(nèi)止水閥,轉(zhuǎn)動刀盤,關(guān)閉機內(nèi)旁道,待流量達到額定值的80%時即可開始頂進。
頂進時按以下程序進行:安裝頂鐵→開油泵使千斤頂伸出活塞→千斤頂伸出活塞額定長度后開閥門回油→下管。
第一節(jié)套管頂進方向的準確性是整個頂管施工的關(guān)鍵。第一節(jié)套管的入土點和安裝角度應準確。頂進過程必須勤測量、勤微調(diào),糾偏角度應保持在10'~20'不得大于0.5°。
第一節(jié)套管頂完后及時與第二節(jié)套管組對焊接,重復上述步驟進行頂進。
在飽和土或淤泥土中頂進長距離鋼套管時,由于機頭較重,鋼套管彈性變形容易導致機頭下沉,造成頂進下偏。施工中一是要求鋼套管與機頭連接必須牢固,套管與套管焊接采用雙人對頭焊,盡可能減少停機時間;同時必須勤測量、勤微調(diào),及時糾偏。
粉土飽和土流動性強,穩(wěn)定性差,當泥漿壓力小于土體壓力和水頭壓力時,容易導致挖掘面失穩(wěn),嚴重時地面下沉;而當泥漿壓力大于土體壓力和水頭壓力時,容易導致泥漿冒頂。為此必須隨時觀察泥漿艙工作壓力、土體壓力和水頭壓力,保持壓力平衡或泥漿壓力略大于土體壓力和水頭壓力,在挖掘面形成良好的泥皮護壁。
通過該工程實例證明泥水平衡法頂管比傳統(tǒng)的人工開挖法施工風險小、效率高,目前,該施工技術(shù)在市政工程中提到廣泛應用,施工中遇到的問題均可以得到很好控制和解決。在長輸管道飽和性軟土中頂管中應加以推廣應用。
[1]任曉娥.膨脹水泥在管道接口中的使用.山西建筑,2008-07-01.