DZK拔管封孔器在地鐵工程巖溶勘察中的應用

董艷平, 鄭啟華, 楊曉春

(湖北省地質局 武漢水文地質工程地質大隊,湖北 武漢　430051)

0　引言

近年來,隨著中國城市大規模建設,在地鐵項目巖溶勘察[1]施工中,需采取物探跨孔電磁波CT、井下電視等勘察手段,為了保護井孔,鉆孔中需下入Φ75(60)mm的PVC塑料管。封孔前若不對PVC保護管進行拔除,則難以保證封孔質量,不僅對地鐵盾構施工安全及施工環境造成不利影響,還會給城市防洪帶來管涌危害。本次巖溶勘察施工區域多位于城市繁華地段,施工作業受車流及人流量影響,白天一般不允許施工，而夜間施工鉆機、柴油機噪音過大擾民;利用鉆機拔管、封孔,其設備笨重、移動困難、效率低、安全隱患高、操作復雜，且占地面積大,交通安全風險也隨之增大。

采用本院鄭啟華研發的專利產品——DZK拔管封孔器,其體積小、重量輕、易于運輸裝卸,使用及維修方便,與傳統拔管封孔方案相比,降低了勞動強度,提高了工作效率,節約了生產成本,取得了一些成功的經驗和良好的經濟效益。

1　工程概況

武漢市軌道交通7號線是漢口中心區與武昌中心區的快速直達通道,溝通北部和南部兩大新城組群。該項目一期工程起于東方馬城,經王家墩商務區,沿建設大道、澳門路,從三陽路過長江,然后折向武昌火車站,沿恒安路、李紙路至終點野芷湖。線路全長30.85 km,均為地下線。據項目初勘資料,7號線一期工程Ⅲ、Ⅳ標段中螃蟹甲站及螃蟹甲站—小東門站區間、小東門站、武昌火車站—瑞安街站區間、建安街站—南湖大道站區間、南湖大道站及南湖大道站—板橋村站區間段下伏基巖中分布有灰巖,存在著灰巖溶洞、土洞等不良地質問題,因此需進行巖溶勘察,采用工程地質測繪和調查、物探、鉆探、室內試驗等綜合手段進行研究,進一步查明巖溶發育情況,以采取有效的工程措施和對策,為設計、施工和運營提供可靠的地質依據。

本次巖溶專項勘察要求鉆孔100%的封孔*武漢地鐵集團有限公司，武漢地鐵鉆探封孔技術要求，2014。,因此拔管、封孔是該項目鉆探施工中的關鍵環節。

2　DZK拔管封孔器組成及性能指標

2.1　設備組成

設備由底座、舉升器、吊臂、吊環、吊鉤、各種索具、桅桿、支架、導向輪、U型環、孔內搗實器、纜繩等組成。設備組成部件見表1,設備結構[2]見圖1。

續表1

圖1　設備裝配圖Fig.1　Assembly drawing of device

2.2　性能指標

①舉升器行程:85 mm;②舉升器重量:30 kg;③最大起重量:1 t;④底座重量:5 kg;⑤產品凈高:1 050 mm;⑥底板尺寸:長400 mm×寬300 mm×厚8 mm;⑦支架重量:3 kg;⑧支架長度:3 m;⑨桅桿長度:1 m(指增高部分);⑩搗實器重量:25 kg;搗實器長度:80 cm;搗實器導管長度:100 cm;纜索材質:錦綸;纜索長度:50 m;纜索規格:Φ16 mm。

3　工作原理及注意事項

3.1　工作原理

3.1.1拔管工作原理

人工操控液壓操作閥,舉升器活塞上行,帶動孔內索具將孔內PVC保護管從鉆孔中拔出。活塞桿上行到額定高度后,固定好PVC保護管,打開卸壓閥,使活塞桿下行,同時向下移動孔內鎖具(本院楊曉春發明,現命名為楊氏索具),完成一個循環。具體見照片1及圖2。

照片1　DZK拔管封孔器工作照Photo 1　Working photo of DZK extubation sealing device

圖2　拔管工作原理圖Fig.2　Functional diagram of extubation

3.1.2封孔工作原理

在舉升器活塞頂端加裝桅桿、吊臂、定滑輪、支架,在舉升器底部加裝導向滑輪,將連接好搗實器的繩索通過定滑輪、導向輪后,將孔內搗實器用人力提升至限定高度(注:搗實器提升高度不能高于孔口),在重力作用下加速下落,并在人力牽引作用下往復運動,將已投入孔內的、符合封孔技術要求的封孔材料搗實,達到封孔目的。具體見圖3。

3.2　安全操作注意事項

(1) 使用設備前,操作者必須熟悉本產品性能及作業注意事項;

(2) 使用前應檢查設備是否安裝周正平穩,吊具是否安全有效;

(3) 必須按規定的承重能力使用,不得超載;

圖3　封孔工作原理圖Fig.3　Functional diagram of sealing

(4) 舉升器最大工作行程不應超過活塞總高度的75%;

(5) 在非硬化地面作業時注意孔口向內坍塌,必要時加大底座受力面積,防止傾覆傷人;

(6) 初拔時一定要均衡給壓,密切觀察吊索工作是否正常;

(7) 工作結束后,及時清理設備上的污漬,泥土等;

(8) 在作業過程中,若發現可疑現象,應立即停止作業,及時采取措施加以排除,在沒有排除故障前不得作業。

4　技術指標及經濟效益

通過武漢市軌道交通7號線一期工程巖溶專項勘察中對DZK拔管封孔器的使用,其拔管、封孔質量明顯優于常規的拔管封孔方法(手動葫蘆、XY-1型鉆機),其質量檢查結果見表2及照片2、照片3。

表2　質量檢查結果表Table 2　Examination table of quality

現將DZK拔管封孔器、手動葫蘆及XY-1型鉆機3種拔管封孔方案各項指標作詳細比較(未計算管理、稅收等費用),具體對比見表3。

通過表3各項指標對比,發現采用DZK拔管封孔

照片2　DZK拔管封孔器拔出的PVC保護管Photo 2　PVC protective tube in DZK extubation sealing device

照片3　手動葫蘆拔出的PVC保護管Photo 3　PVC protective tube in manual calabash

器與傳統的XY-1型鉆機拔管封孔相比,可每天節約施工成本940.60元,折合每孔可節約施工成本298.30元,可縮短工期75 d,累積可節約施工成本178 980.00元;與手動葫蘆相比可每天節約施工成本553.40元,折合每孔可節約施工成本113.20元,可縮短工期25 d,累積可節約施工成本67 920.00元;且拔管量大幅度增加,回收利用后,每天可節約管材費3 060.00元,為該項目共節約管材費229 500.00元。

綜上所述,采用DZK拔管封孔器為該項目節約成本40余萬元,創造了良好的經濟效益;而武漢市目前規劃有十余條地鐵線要開工建設,采用這一專利產品——DZK拔管封孔器拔管、封孔前景廣闊,所創造的經濟效益將是巨大的。此外,該設備在施工過程中占地面積小,不會對周邊環境造成影響;且操作簡單,基本無安全風險,社會效益好。

5　使用DZK拔管封孔器的優點

(1) 體積小、重量輕、易于運輸裝卸,使用及維修方便。本產品采用便攜的液壓設備,結合半自動機械設備集合而成,產品凈高1 050 mm,舉升器重量25 kg,底座長400 mm、寬300 mm、厚8 mm、重量5 kg。

(2) 作業面積小,不會對周邊環境造成任何影響。本產品占地面積僅1.44 m2(包括安全圍擋面積),占地面積小,且不會產生噪音等環境污染問題。

表3　各項指標對比表Table 3　Contrast table of various index

注:上述各項指標所涉及的材料費、運輸費、人工費等均為現行市場價。

(3) 降低了勞動強度,提高了工作效率。使用常規的拔管封孔方法,拔管時材料消耗大,工人勞動強度高,且易發生管材扯斷或脫節事故,造成人力、物力及時間的浪費。采用DZK拔管封孔器,利用液壓作為動力源,僅需3人即可完成整個操作流程,降低了工人的勞動強度。

(4) 節約成本。利用DZK拔管封孔器不僅節約了安全圍擋及占道費、動力消耗、搬遷運輸費、人員工資等直接生產成本,且與傳統的拔管方案相比,由于采用液壓均衡給壓,拔管量大幅度增加,拔出的管材完整性好,回收利用率高,節約了管材費。

6　結語

(1) DZK拔管封孔器結構新穎,造型簡潔,具有輕便靈活、拆裝方便、無噪音、作業面積小等特點,能夠安全、高效地從孔內拔出PVC保護管,降低了勞動強度,提高了工作效率,縮短了工作耗時。不僅節約了施工成本,而且節約了管材費,可供類似工程項目推廣使用。

(2) DZK拔管封孔器在今后的使用過程中還可加以改進。例如,可在底座下加裝可拆卸的輪子,便于設備搬遷;同時還可增大液壓油缸,提高設備起拔力。

參考文獻：

[1]城市軌道交通巖土工程勘察規范(GB50307-2012)[S].北京:中國計劃出版社,2012.

[2]盧耀祖.機械結構設計[M].上海：同濟大學出版社,2004.