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非开挖首次采用泥水平衡顶管技术完成武荆高速顶管施工
时间:2016-07-28 18:07:16  来源:非开挖工程企业  编辑:潘志超  点击数:    

    一.项目概述
    武汉市天然气高压外环线工程武荆高速顶管穿越工程,采用顶管方式在武荆高速下方铺设套管,整个顶管长度90米,该处穿越是外环线东西湖段贯通的关键节点。施工所在区域为汉江冲刷带,土质含沙量高,且地下水位受汉江水系影响高,水位常年保持较地表-1m水平。原设计深度位于地面下9m,地下水压达80kpa,加上土质含沙量高,在第一次施工时遇到流沙、突涌等地质灾害,施工难度非常大。总结了第一次顶进失败的经验教训后,将深度进行了调整,由9m变为4m,顶管所在土层由粉砂粉土层上调至淤泥层中。今年在企业领导的支撑下克服了诸多困难后,项目再次实施并顺利完工。
    二、工艺选型
    近几年随着燃气项目的不断建设,包含了许多地质情况复杂且长度较长的顶管穿越,对企业顶管工艺的多样性、安全性提出了更高的要求,为此企业引入了机械顶管。机械顶管的掘进和出土都是自动化施工,从而保护了人的安全。除本次完成的武荆高速顶管项目外,2015年同样采用泥水平衡工艺实施了S107省道穿越,长度104m。
    相对于地铁隧道等盾构技术,小管径机械顶管称为微型盾构,管径涵盖600mm~2000mm,施工能力达到1000m以上,技术安全可靠、效率高,广泛应用于市政道排施工,电力,自来水、热力、燃气管道的套管施工。且随着社会需求的形式多样,顶进设备从以往的圆形发展出矩形、拱形等非圆断面机头,适用于地铁进出站通道、小型隧道、桥涵等施工。沿海省份的多家企业在20年前已具备设备生产、顶管施工和管片制作一体化的能力。
  
     (图-1:矩形顶管机头进洞)        (图-2:矩形顶管的钢筋混凝土套管)
    机械顶管的机头主要分为机械挖掘式、土压平衡式、泥水平衡式和气压平衡式,需要根据项目的地质情况及施工条件选择合理的机头,机头的选择是项目成功的关键之一,本项目由如下特点:
    1、地下水位高于顶进面2m,且施工期间水位随汉江水位影响会上涨;
    2、土质为砂性土和淤泥质土,稳定性差,易渗水;
    3、场地具备泥浆池和用水条件。
    综合以上工程特点后,决定选用全断面切削式掘进泥水平衡机头。
    机头主要参数:尺寸1440mm*3600mm,采用单电机,刀盘电机功率22kw。
   (图-3:泥水平衡机头)
    图-3为本次施工使用的泥水平衡机头。从照片可以看到刀头的两侧都有进土孔,因为刀盘工作时是正反转交替进行的。大家对机头进行了简单的改造,在前端焊接了钢圈增加机头直径,达到便于注浆施工和减小阻力的目的。
 
                (图-4:单电机泥水平衡机头原理图)
    
    图-4为本次施工的单电机泥水平衡机头原理图,电机带动前端刀盘转动,后方千斤顶向前推进,刀盘切削下来的土与泵入的清水(或循环水)在泥水仓内搅拌后成为泥水,然后通过排泥管抽出排入泥浆池。顶管机泥水仓内的泥水压力与顶管机所处土层中的土压力和地下水压力是平衡的,这种平衡由钻机自带的电脑来控制。顶进的速度取决于土体的软硬程度,土体越容易切削和形成泥水,顶进速度也就越快,本项目土质比较松软,所以顶进速度非常快。
    三.项目实施具体情况
    (1)前期准备工作:
    在完成前期征地协调准备工作后即开始便道施工,便道需满足施工车辆行驶需求,否则将对施工进度造成影响。前期准备工作是项目实施的基石,如果道路出现问题将直接影响项目实施的连贯性。
    (2)工作井制作:
    需要制作两座工作井,一个用于顶管施工(即顶管工作井),里面安装顶管设备,内空尺寸长6.5m,宽4m,深度4.5m,一个用于顶管完成后出机头(即顶管接收井),内空尺寸4m*4m,深度4.5m。两个顶管工作坑都要在顶管实施前完工。
    (3)工作井制作完毕后就要开始设备安装,其主要工作内容及流程如下:封底施工→井下测量放线→导轨安装→顶进设备安装→调试→下机头。设备安装是机械顶管施工的关键所在,可以说顶管机头安装正确,顶管施工就成功了80%了。
    (4)顶进施工
    顶进施工从7月14日下午2点开始至16日凌晨2点结束,扣除停工休息时间,长度90m,管道直径1.44m的顶管仅用了28小时,即每顶进一米平均用时18.8分钟,效率是人工顶管的5倍。顶进最大压力为5mpa,换算为顶力约为63t。

    
    (3)出机头
    泥水平衡机头准确无误的进入先前制作好的顶管接收坑内,然后采用吊装的方式将其取出。最后对顶管两段管壁外与井壁间的间隙进行封堵后顶管施工就全部完成了。
 
    四、结束语
    集团燃气施工中,顶管项目绝大多数工程量较小,所以顶管施工几乎都是人工顶管,发展缓慢。随着近几年随着武汉市政管网建设需求加大,是难得的机遇,如何进入市场,作为基层的武燃顶管人,大家要做的是需要不断改进存在的问题、提升施工技术和管理水平,成为一支能打胜仗的队伍,做好准备工作应对未来的挑战!


 

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