提高砂礫層長距離機械頂管頂進速度的探討

劉永紅

(西安市市政建設(集團)有限公司，陜西西安 710043)

提高砂礫層長距離機械頂管頂進速度的探討

劉永紅

(西安市市政建設(集團)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，從改進千斤頂設置、強化管材質量及表面潤滑和頂進注漿等方面對提高砂礫層機械頂管頂進速度進行探討，為市政排水管道的頂管施工具有借鑒意義。

砂礫層，千斤頂，機械頂管，頂進速度

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1 200 m，設計管徑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，且管內底位于地下水位以下0．5 m。采用泥水平衡機械頂管工藝，工作井及接收井為鋼筋混凝土結構，根據地勘資料對井體周圍土體采用高壓旋噴樁進行加固，井體逆作法施工;根據工期要求和機械頂管施工能力，工作井設為W5，W10，W15共3座(7 m×5 m)，接收井設為 W2，W8，W12，W17共4座(5 m ×5 m)，其中 W12～W15井穿越機場高速，頂進距離為242 m。

2 泥水平衡機械頂管提高頂進速度工藝原理

泥水平衡頂管施工技術是利用泥水壓力來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，再經井內旁通壓力調整閥及調整排泥泵轉速來調整進水壓力大小，使其平衡地下水壓及挖掘面土壓力，盡量使掘進機刀盤在平衡壓力下工作，從而可防止由于挖掘面的失穩，造成地面沉降和隆起。在長距離頂管施工中通過管道外皮涂抹石蠟、減少頂管過程每根管道使用頂鐵次數、延長每根管道有效頂進時間，并且通過連續注漿使膨潤土泥漿套隨機頭向前移動，形成連續的環狀漿套，降低頂進阻力，提高頂進速度。

3 工藝流程及改進措施

3．1 基本工藝流程

泥水平衡機械頂管施工工藝流程見圖1。

3．2 改進措施

1)千斤頂的設置。

在頂進施工過程中，不停地增加頂鐵極大地影響到頂管的頂進速度。頂鐵是頂進管道時，千斤頂與管道端部之間臨時設置的傳力構件。其作用是將一臺千斤頂的集中載荷或一組千斤頂的合力，通過頂鐵比較均勻地分布在管端，調節千斤頂與管端之間的距離，起到伸長千斤頂活塞的作用。千斤頂的布置形式有單列式、雙列式和環周列式。本工程千斤頂在工作坑內的布置采用四臺千斤頂環周列式，頂力合力作用點與管壁反作用力作用點應在同一軸線，防止產生頂時力偶，造成頂進偏差。根據施工經驗，采用機械頂管，千斤頂的著力點作用在管子全高的1/2～1/3之間比較合適。由電動機帶動油泵工作，選用額定動力為31．5 MPa液壓油泵，經分配器，控制閥進入千斤頂，各千斤頂的進油管并聯在一起，保證各千斤頂活塞的出力和行程一致。當頂力較大時，與管端接觸的頂鐵應采用U形頂鐵或環形頂鐵，使管端承受的壓力低于管節材料的允許抗壓強度。頂鐵與管口之間的連接，應墊以緩沖材料，使頂力均勻地分布在管端，避免應力集中對管端的損傷，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由雙沖程等推力的油缸組成，單個油缸的行程1 500 mm，每次頂進需要吊裝兩次頂鐵來滿足頂進要求。后來根據實際需要在滿足最大頂力要求的情況下，主頂油缸選用4臺200 t(2 000 kN)級油缸，單個油缸的行程2 500 mm，只需吊裝一次就可以滿足頂進要求。

圖1 泥水平衡機械頂管施工工藝流程

2)采用強度高質量好的管材和橡膠圈。

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

楔形橡膠圈應采用氯丁橡膠，主要物理力學性能如下：

邵氏硬度(IRHD)45 MPa～55 MPa;

拉伸強度16 MPa;

生產率425%;

拉伸永久變形15%;

最大壓縮變形(70℃ ×22 h)25%;

老化試驗(70℃，7 d)拉伸強度降低值20%;

老化試驗(70℃，7 d)扯斷伸長率降低值30%±10%;

耐酸堿系數0．8(酸溶度20%，(20±2)℃，24 h);

防霉要求一級。

頂管前，嚴格把握好頂管管節在制造過程中的質量關，制管廠生產的管節必須符合DGJ 08-87-2000市政道路、排水管道成品與半成品施工及驗收規程中的有關規定，成品管的質量和管接口密封對工程質量至關重要，為了確保工程質量定期派人去制管廠進行檢查。制管時，在管子上均布預埋壓漿孔，壓漿孔的設置要有利于漿套的形成。

3)管道表面潤滑。

為減小頂力，降低管道與其周圍土體的摩擦系數是一種有效的措施。這種措施就是在管外壁上涂石蠟、石墨等。管材到場后，頂進前給每節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，使石蠟滲入到管節表層內，可以保證漿液的水分不滲入到管節內，從而可以防止漿液的離析現象，在管節與土體之間形成一個良好的潤滑套，達到減小管節摩阻力的作用。

4)形成良好的注漿套。

對于砂粒層長距離頂管能否及時地有效地向管節外圍壓注觸變泥漿，形成良好的泥漿潤滑套，起到高效的減摩作用，往往是頂管成敗的關鍵。為確保頂管外壁能形成良好的泥漿潤滑套，在頂管設備和管道內應設置兩根注漿總管。一根專門用于在頂管掘進機尾部的同步注漿，另一根則用于混凝土管道外側的補漿。本工程采用膨潤土觸變泥漿，泥漿的主要成分是膨潤土、摻入堿、聚丙烯酸鈉和水配制而成。按膨潤土∶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。并取其中的一部分水來溶化堿和聚丙烯酸鈉;在攪拌過程中，將定量膨潤土徐徐加入攪拌灌內，攪拌均勻。膨潤土泥漿攪拌時間必須大于30 min，經過充分攪拌的泥漿抽入儲漿箱進行發酵，發酵時間大于6 h，再通過液壓注漿泵壓入管內，在膨潤土泥漿壓入以前，對儲漿箱內已經發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，與管節上各壓漿孔接通的環形管，采用φ1″高壓軟管。注漿設備主要技術參數：單缸液壓注漿泵型號：SYB50/50-Ⅱ;注漿流量：Q=80 L/min;注漿壓力：P=4 MPa;油泵型號：10SCYl4-lB，Q=10 mL/r，p=31．5 MPa;電機型號：Y112M-4，N=4 kW，N=1 450 r/min。

4 結語

該工程污水管道采用長距離泥水平衡機械頂管施工技術，其中穿越機場高速段頂進距離為242 m，實際頂進時間為9 d。在沒有利用中繼間的頂進情況下，頂力被控制在1 000 kN以下，且管道完好無損，取得了良好的社會效益和經濟效益。該工程表明，砂礫層機械頂管速度提高的關鍵在于管材及橡膠圈的質量、千斤頂的設置、管材外表面潤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．長距離大口徑鋼管的頂管施工［J］．中國給水排水，2005，12(21)：67-68．

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

［3］紀新穎．泥水平衡機械頂管施工技術及應用——以廊坊市城區污水管網改造為例［J］．城市建設理論研究，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