劉永紅

(西安市市政建設(shè)(集團(tuán))有限公司，陜西西安 710043)

提高砂礫層長(zhǎng)距離機(jī)械頂管頂進(jìn)速度的探討

劉永紅

(西安市市政建設(shè)(集團(tuán))有限公司，陜西西安 710043)

以某市北客站市政污水配套工程頂管施工為例，從改進(jìn)千斤頂設(shè)置、強(qiáng)化管材質(zhì)量及表面潤(rùn)滑和頂進(jìn)注漿等方面對(duì)提高砂礫層機(jī)械頂管頂進(jìn)速度進(jìn)行探討，為市政排水管道的頂管施工具有借鑒意義。

砂礫層，千斤頂，機(jī)械頂管，頂進(jìn)速度

1 工程概況

某污水管道工程，系某市鐵路北客站配套市政工程，全長(zhǎng)1 200 m，設(shè)計(jì)管徑1 350 mm，管底埋深13．08 m ～16．14 m。本工程管道埋深位于粗砂層，含有30%粒徑為50 mm左右礫石，且管內(nèi)底位于地下水位以下0．5 m。采用泥水平衡機(jī)械頂管工藝，工作井及接收井為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，根據(jù)地勘資料對(duì)井體周圍土體采用高壓旋噴樁進(jìn)行加固，井體逆作法施工;根據(jù)工期要求和機(jī)械頂管施工能力，工作井設(shè)為W5，W10，W15共3座(7 m×5 m)，接收井設(shè)為 W2，W8，W12，W17共4座(5 m ×5 m)，其中 W12～W15井穿越機(jī)場(chǎng)高速，頂進(jìn)距離為242 m。

2 泥水平衡機(jī)械頂管提高頂進(jìn)速度工藝原理

泥水平衡頂管施工技術(shù)是利用泥水壓力來(lái)平衡土壓力和地下水壓力的一種頂管施工方法。其基本原理是由泥漿泵將具有一定濃度的泥水送至挖掘面，再經(jīng)井內(nèi)旁通壓力調(diào)整閥及調(diào)整排泥泵轉(zhuǎn)速來(lái)調(diào)整進(jìn)水壓力大小，使其平衡地下水壓及挖掘面土壓力，盡量使掘進(jìn)機(jī)刀盤在平衡壓力下工作，從而可防止由于挖掘面的失穩(wěn)，造成地面沉降和隆起。在長(zhǎng)距離頂管施工中通過(guò)管道外皮涂抹石蠟、減少頂管過(guò)程每根管道使用頂鐵次數(shù)、延長(zhǎng)每根管道有效頂進(jìn)時(shí)間，并且通過(guò)連續(xù)注漿使膨潤(rùn)土泥漿套隨機(jī)頭向前移動(dòng)，形成連續(xù)的環(huán)狀漿套，降低頂進(jìn)阻力，提高頂進(jìn)速度。

3 工藝流程及改進(jìn)措施

3．1 基本工藝流程

泥水平衡機(jī)械頂管施工工藝流程見(jiàn)圖1。

3．2 改進(jìn)措施

1)千斤頂?shù)脑O(shè)置。

在頂進(jìn)施工過(guò)程中，不停地增加頂鐵極大地影響到頂管的頂進(jìn)速度。頂鐵是頂進(jìn)管道時(shí)，千斤頂與管道端部之間臨時(shí)設(shè)置的傳力構(gòu)件。其作用是將一臺(tái)千斤頂?shù)募休d荷或一組千斤頂?shù)暮狭?，通過(guò)頂鐵比較均勻地分布在管端，調(diào)節(jié)千斤頂與管端之間的距離，起到伸長(zhǎng)千斤頂活塞的作用。千斤頂?shù)牟贾眯问接袉瘟惺?、雙列式和環(huán)周列式。本工程千斤頂在工作坑內(nèi)的布置采用四臺(tái)千斤頂環(huán)周列式，頂力合力作用點(diǎn)與管壁反作用力作用點(diǎn)應(yīng)在同一軸線，防止產(chǎn)生頂時(shí)力偶，造成頂進(jìn)偏差。根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)，采用機(jī)械頂管，千斤頂?shù)闹c(diǎn)作用在管子全高的1/2～1/3之間比較合適。由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)油泵工作，選用額定動(dòng)力為31．5 MPa液壓油泵，經(jīng)分配器，控制閥進(jìn)入千斤頂，各千斤頂?shù)倪M(jìn)油管并聯(lián)在一起，保證各千斤頂活塞的出力和行程一致。當(dāng)頂力較大時(shí)，與管端接觸的頂鐵應(yīng)采用U形頂鐵或環(huán)形頂鐵，使管端承受的壓力低于管節(jié)材料的允許抗壓強(qiáng)度。頂鐵與管口之間的連接，應(yīng)墊以緩沖材料，使頂力均勻地分布在管端，避免應(yīng)力集中對(duì)管端的損傷，緩沖材料一般可采用油氈或膠合板。我們初步選用主頂系統(tǒng)由雙沖程等推力的油缸組成，單個(gè)油缸的行程1 500 mm，每次頂進(jìn)需要吊裝兩次頂鐵來(lái)滿足頂進(jìn)要求。后來(lái)根據(jù)實(shí)際需要在滿足最大頂力要求的情況下，主頂油缸選用4臺(tái)200 t(2 000 kN)級(jí)油缸，單個(gè)油缸的行程2 500 mm，只需吊裝一次就可以滿足頂進(jìn)要求。

圖1 泥水平衡機(jī)械頂管施工工藝流程

2)采用強(qiáng)度高質(zhì)量好的管材和橡膠圈。

質(zhì)量好的管材是提高頂進(jìn)速度的重要保證，特別對(duì)于長(zhǎng)距離機(jī)械頂管，管材質(zhì)量要求更高。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，采用“F”形鋼承口式鋼筋混凝土管節(jié)，楔形橡膠圈接口?！癋”形接口管是一種比較適合頂管用的管節(jié)。這種大口徑頂管管材一般采用立式澆搗工藝。在制管過(guò)程中，就把鋼套環(huán)與管子制成一體，由于采用高精度鋼模，鋼套環(huán)是套在精加工的底模上制作的，所以制成后的鋼套環(huán)尺寸精度高，剛性好。管接口可能有兩條滲漏途徑，由于左邊鋼套環(huán)與混凝土管通過(guò)錨固鋼筋制成一體，又增加了一環(huán)雙組分彈性密封膠，阻斷了滲水通路，在右邊通過(guò)楔形橡膠止水帶和高精度鋼套環(huán)的配合尺寸，通過(guò)止水帶足夠的壓縮過(guò)盈量滿足密封條件。采用質(zhì)量好的橡膠圈，遇到水后體積膨脹，可以為原來(lái)的3倍～10倍，密封效果很好。

楔形橡膠圈應(yīng)采用氯丁橡膠，主要物理力學(xué)性能如下：

邵氏硬度(IRHD)45 MPa～55 MPa;

拉伸強(qiáng)度16 MPa;

生產(chǎn)率425%;

拉伸永久變形15%;

最大壓縮變形(70℃ ×22 h)25%;

老化試驗(yàn)(70℃，7 d)拉伸強(qiáng)度降低值20%;

老化試驗(yàn)(70℃，7 d)扯斷伸長(zhǎng)率降低值30%±10%;

耐酸堿系數(shù)0．8(酸溶度20%，(20±2)℃，24 h);

防霉要求一級(jí)。

頂管前，嚴(yán)格把握好頂管管節(jié)在制造過(guò)程中的質(zhì)量關(guān)，制管廠生產(chǎn)的管節(jié)必須符合DGJ 08-87-2000市政道路、排水管道成品與半成品施工及驗(yàn)收規(guī)程中的有關(guān)規(guī)定，成品管的質(zhì)量和管接口密封對(duì)工程質(zhì)量至關(guān)重要，為了確保工程質(zhì)量定期派人去制管廠進(jìn)行檢查。制管時(shí)，在管子上均布預(yù)埋壓漿孔，壓漿孔的設(shè)置要有利于漿套的形成。

3)管道表面潤(rùn)滑。

為減小頂力，降低管道與其周圍土體的摩擦系數(shù)是一種有效的措施。這種措施就是在管外壁上涂石蠟、石墨等。管材到場(chǎng)后，頂進(jìn)前給每節(jié)管道表面涂一層石蠟或石墨。采用高溫將石蠟融化后，在管材表面用刷子均勻涂刷，使石蠟滲入到管節(jié)表層內(nèi)，可以保證漿液的水分不滲入到管節(jié)內(nèi)，從而可以防止?jié){液的離析現(xiàn)象，在管節(jié)與土體之間形成一個(gè)良好的潤(rùn)滑套，達(dá)到減小管節(jié)摩阻力的作用。

4)形成良好的注漿套。

對(duì)于砂粒層長(zhǎng)距離頂管能否及時(shí)地有效地向管節(jié)外圍壓注觸變泥漿，形成良好的泥漿潤(rùn)滑套，起到高效的減摩作用，往往是頂管成敗的關(guān)鍵。為確保頂管外壁能形成良好的泥漿潤(rùn)滑套，在頂管設(shè)備和管道內(nèi)應(yīng)設(shè)置兩根注漿總管。一根專門用于在頂管掘進(jìn)機(jī)尾部的同步注漿，另一根則用于混凝土管道外側(cè)的補(bǔ)漿。本工程采用膨潤(rùn)土觸變泥漿，泥漿的主要成分是膨潤(rùn)土、摻入堿、聚丙烯酸鈉和水配制而成。按膨潤(rùn)土∶燒堿∶聚丙烯酸鈉∶水 =0．3∶0．2∶0．01∶1的配比試配制。將定量的水放入攪拌罐內(nèi)。并取其中的一部分水來(lái)溶化堿和聚丙烯酸鈉;在攪拌過(guò)程中，將定量膨潤(rùn)土徐徐加入攪拌灌內(nèi)，攪拌均勻。膨潤(rùn)土泥漿攪拌時(shí)間必須大于30 min，經(jīng)過(guò)充分?jǐn)嚢璧哪酀{抽入儲(chǔ)漿箱進(jìn)行發(fā)酵，發(fā)酵時(shí)間大于6 h，再通過(guò)液壓注漿泵壓入管內(nèi)，在膨潤(rùn)土泥漿壓入以前，對(duì)儲(chǔ)漿箱內(nèi)已經(jīng)發(fā)酵的泥漿再一次攪拌，以減少壓漿管道的阻尼。注漿泵站由SYB50/ 50-Ⅱ型單缸液壓注漿泵和液壓動(dòng)力站組成，注漿量Q=80 L/min，注漿壓力 P=0．08 MPa～0．1 MPa，輸漿總管由 φ2″鍍鋅鋼管和球閥、水暖管件等組成，與管節(jié)上各壓漿孔接通的環(huán)形管，采用φ1″高壓軟管。注漿設(shè)備主要技術(shù)參數(shù)：?jiǎn)胃滓簤鹤{泵型號(hào)：SYB50/50-Ⅱ;注漿流量：Q=80 L/min;注漿壓力：P=4 MPa;油泵型號(hào)：10SCYl4-lB，Q=10 mL/r，p=31．5 MPa;電機(jī)型號(hào)：Y112M-4，N=4 kW，N=1 450 r/min。

4 結(jié)語(yǔ)

該工程污水管道采用長(zhǎng)距離泥水平衡機(jī)械頂管施工技術(shù)，其中穿越機(jī)場(chǎng)高速段頂進(jìn)距離為242 m，實(shí)際頂進(jìn)時(shí)間為9 d。在沒(méi)有利用中繼間的頂進(jìn)情況下，頂力被控制在1 000 kN以下，且管道完好無(wú)損，取得了良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。該工程表明，砂礫層機(jī)械頂管速度提高的關(guān)鍵在于管材及橡膠圈的質(zhì)量、千斤頂?shù)脑O(shè)置、管材外表面潤(rùn)滑以及注漿減阻等措施的很好利用，希望在以后類似工程中能作為參考和推廣。

［1］盛德洋．長(zhǎng)距離大口徑鋼管的頂管施工［J］．中國(guó)給水排水，2005，12(21)：67-68．

［2］張 龍．大口徑鋼管頂管注漿減阻技術(shù)的改進(jìn)［J］．市政技術(shù)，2006，24(2)：111-112．

［3］紀(jì)新穎．泥水平衡機(jī)械頂管施工技術(shù)及應(yīng)用——以廊坊市城區(qū)污水管網(wǎng)改造為例［J］．城市建設(shè)理論研究，2012，5 (14)：8-10．

On exploration for improvement of jacking speed of long-distance mechanical jack-in method of gravel bed

LIU Yong-hong

(Xi’an Municipal Construction(Group)Co．，Ltd，Xi’an 710043，China)

Taking the pipe-jacking construction of municipal sewage supporting project at North Passenger Station in some city as the example，the paper explores the methods to improve the jacking speed of the mechanical jack-in method of the gravel bed from the improvement of the lifting jack allocation，the improvement of quality for pipe materials，the surface lubrication and the jacking grouting，so as to have the reference for the jacking construction of the municipal sewage pipelines．

gravel bed，lifting jack，mechanical jack-in，jacking speed

TU992．05

A

10.13719/j.cnki.cn14-1279/tu.2013.10.132

1009-6825(2013)10-0098-03

2013-01-29

劉永紅(1976-)，男，工程師