取水口上移工程景區段泥水平衡施工工法研究

周紅陽,關瓏玲

(漯河市清泉水務工程有限公司,河南 漯河 462000)

0 引言

泥水平衡頂管連續施工工法是一種新型施工支護技術,地下開挖穿越土層能力極強,開挖工作面直徑不大,對周圍地層產生的擾動損失較少,能較長時間地維持地下不同等級土質的挖掘基面平衡,地表應力變形小,安全性能良好,開挖進度較快,總開挖頂力變形較小,適合于中心市區施工。

某飲用水源地取水口上移綜合項目新建取水口1個,取水流量25.3 萬t/d,鋪設管網約20.31 km。為解決飲用水源一、二級保護區存在的大規模違規建設及交通穿越問題,需進行取水口上移。該項目穿越某風景區段約2.7 km,為減少對景區的破壞,采用泥水平衡施工方法,包括頂管工作井7座及頂管接收井5座,其中最長一段為520 m。頂管采用DN1000 mm球墨鑄鐵管K9型專用頂管,材料為球墨鑄鐵管外包鋼筋網,澆筑8 cm的混凝土。每節長度6 m,承口外徑1160 mm,插口外徑1048 mm,每節管道重量5580 kg。本段最大工作壓力1.0 MPa,試驗壓力1.5 MPa。頂管接口采用內壓式承插接口,利用承口與插口之間的間隙安裝橡膠止水帶與壓環來止水。工作井與接收井的井壁及封底混凝土標號為C30,抗滲等級P6,抗凍等級F200,水下封底均采用C30混凝土。施工區域工作面積狹小,機械、人員交通不便,需在短時間內完成大口徑長距離頂管施工,故對施工組織、頂進工藝、頂管運輸吊裝等均提出了較高要求。采用揚州廣鑫機械有限公司生產的NPD-B800型具有破碎功能的泥水平衡頂管掘進機,工法安全可靠,施工周期短,操作方便,節省材料,可取得較好的技術經濟效益及社會效益。

1 泥水平衡機械頂管施工工藝流程

施工開始→測量放樣→放樣復核→工作井設備安裝(地面設備安裝)→進洞(注漿材料準備)→掘土頂進→進排泥(注漿→測量及方向糾正→下管、接口處理、中繼間安裝及使用→出洞→取出頂管機頭及附帶設備、中繼間接縫→全線測量→洞口處理→結束。

2 施工技術要點

2.1 出土方案

泥水輸送平衡式頂管輸送機的特點是采用全自動高速輸送泥水的混合式輸送挖掘方式,碎土塊被高壓攪拌機在機艙腔隙內自動高速連續攪拌,摻和混入泥水中形成泥漿,再由一臺高壓泥漿泵進行自動輸送抽出。在沉井上部圍砌并設置2只沉淀池,按要求將出土運到臨時堆積土點,不得污染沿途道路環境。

2.2 測量與設備安裝

測量方法:在引出A、B兩點后根據導線法及平移法定出C、D、A,其余測量步驟均在相同視線條件下進行測量定位。

后靠背導軌及后頂的安裝。軸線位置調整確定井位后,調整安放于井背后下部的靠背,保持距離井壁軸線至少100～200 mm處,調整前后左右的傾斜方向,盡量保證安裝井位后底部的靠背傾斜中心方向與井口軸線位置方向重合,調整傾斜的方法見圖1。

圖1 后靠背調整Fig.1 Rear backrest adjustment

洞口止水裝置孔身垂直水平安裝,保證各孔洞的橫向最小彎曲直徑略大于孔洞距水平進洞物的垂直最大彎直徑8 cm,防止各孔洞受到垂直方向進洞物強烈的垂直縱向彎曲剪切應力的影響,避免其直接破裂而失去垂直止水效果,確定放置妥當后用水泥砂漿封堵孔口與井壁,防止各洞口直接從該垂直彎曲間隙處流出或漏水漏漿。

2.3 泥水系統安裝

泥漿池盡量布置在靠近工作槽及井底邊的位置,可酌情采用并聯法。泥漿池盡量選擇靠近現場工作臺井底邊的位置(現場不開挖泥漿池采用鋼板焊接泥漿池),以有效減少鋪設水泥管路的時間,避免對其產生摩擦。正確選擇沉石箱的位置,防止泥塊直接進入排污系統而損壞或堵塞排水及泥泵管路。

注漿攪拌系統泵身應采用雙螺桿泵體,減少主泵產生脈動泵的現象,漿液攪拌需充分均勻。合理配置減壓泵系統,在機頭主泵出品處1 m外及泵機頭注漿處前后兩側至少安裝1只隔膜式壓力表,產生的泥漿直接用泥漿車運出施工現場。

2.4 中繼間設置

為保證工作井與鋼筋砼管材受力符合規定要求,主頂油缸合力達到600 t時,設置一套中繼間。中繼油缸20個,環向均布,缸徑100 mm,行程300 mm,工作壓力31.5 Mpa,額定推力合力1000 t,許用推力600 t。中繼油缸動力由井內主液壓站供應,高壓軟管連接,電磁閥井內控制。

2.5 頂進調試及土體取樣

頂管在下油管入井口前需至少一次的系統安裝運轉及調試。油管系統在安裝運行完畢前,需要做充分檢查及清洗,防止灰塵、雜物、泥沙等物質進入下油管。做好電路系統設備的清潔與干燥,機頭安裝及調試完后,要保證各管路系統動作正常,液壓系統無泄漏。機頭為刀盤型的不可再調節,土壓力表系統中顯示的機頭最大土壓力值即為機頭進泥倉土壓力,顯示機頭的實際最大土壓力值應與機頭初頂進泥口的實際最大土壓力存在一個差值ΔP,取15～30 T。風機可自動調節到最高送風進水壓力,自動打開機身兩側的止水閥,轉動機頭刀盤,關閉機身內的旁行風道,待空氣流量達到設計的額定流量80%左右時,風機開始自動頂進。

2.6 頂管動力及照明配套

頂管動力配套:刀盤電機2臺,功率44 kw/h;輸送泵電機1臺,功率22 kw/h;糾偏油泵電機1臺,功率4 kw/h;液壓系統電機2臺,功率30 kw/h;注漿電機1臺,功率11 kw/h;漿液攪拌機1臺,功率11 kw/h;電焊機1臺,功率30 kw/h;排水泵2臺,功率11 kw/h。合計總功率163 kw/h。

動力電線設置:管內設置—二路電纜,按其配套動力負載功率選擇電纜規格,供電采用TN—S方式,三相五線制移動電線裝接。

2.7 管界面質量控制

要按照國家安全規范要求定期對管材類產品施作環境進行現場檢查及竣工驗收,如在檢查中發現質量不合格產品,及時采取糾正措施或予以退回。管材運送、起吊均應采用吊裝專用起重夾具,擱置重物時應用方木墊架高,防止F型管界面之間的套環受壓產生形變。在插入各接管端子前,詳細檢查各橡膠管接頭上的橡膠軸承及插口尺寸、橡膠圈面與各橡膠襯膠墊板表面處的橡膠外觀厚度及表面質地。頂管口使用結束一周后,在頂管口內腔的密封間隙處均勻填充上一層彈性密封膏,盡量將密封圈與頂管口連接處密封成兩個大小合適、光滑且均勻一致的漸變面。密封圈上所有的密封膠結工作須在正式安裝使用前2 d完成,做好檢查,保證其牢固性。

2.8 注漿

頂管上的推力是管道在頂管施工中管道內壁受到的各種流體阻力,包括工具管切土正壓力、管壁內的摩擦流阻正壓力及流經工具頂管下的氣水壓力。觸變泥漿主要由膨潤土、堿石及水混合配制而成。為了避免觸變泥漿固結性能發生變化,可摻拌少量石灰膏。為了使其保持高流動性,可摻拌緩冷凝劑料及塑化劑。觸變泥漿的拌和程序如下:將定量的堿水放入攪拌罐容器內,用水來溶化堿,將定量膨潤土液徐徐滴入攪拌灌槽內,攪拌均勻即可。將溶化后澄清的食堿水緩緩倒入攪拌灌管內,再緩慢攪拌均勻,放置約12 h,凝固后冷卻即可使用。注漿斷面孔處的出口布置應盡量根據管道直徑大小確定,一般情況下,每個管道斷面內可單獨設置3～4個,具備自動排氣功能。攪拌混合均勻后,將泥漿放置一段時間后再灌注。灌漿施工前,預先通過注水設備檢查灌漿用水設備,確認設備功能正常方可灌注。灌漿初期壓力不高于0.1 Mpa時再加壓,按實際負荷情況進行調整。灌漿施工設計應按灌漿斷面及孔斷面位置的前后順序依次設計,確保灌漿、管道、中繼間孔內的灌漿頂孔進口同步。灌漿過程如遇到機械故障、管路嚴重堵塞、接頭滲漏等情況需采取處理措施。頂力控制的關鍵是最大限度降低頂進阻力,可采取人工連續注漿,減小頂進阻力。在頂管施工中如果突然出現的一些問題導致無法正常工作,需立即尋找錯誤原因,有針對性地提出解決對策。嚴格遵循操作規范,進行運行情況的偏差檢測,如實匯報,以便后期的故障處理。

3 結束語

市政管道開槽與施工可能會破壞周邊道路,影響城區交通,污染施工環境衛生,不適合在城區內做大面積施工。混凝土泥水平衡式頂管施工不需要直接開挖,不會破壞地下道路,特別是在需要穿越大量地面構筑物基礎及地下施工管線時,可節省投資及工期,減少施工環境噪聲及粉塵排放,是環保無污染、高效節能的道路施工技術。分析了采用泥水平衡法進行頂管施工的技術要點,此方法安全可靠,施工周期短,操作方便,節省材料,可取得較好的技術經濟效益及社會效益。