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非開挖首次采用泥水平衡頂管技術完成武荊高速頂管施工
時間:2016-07-28 18:07:16  來源:非開挖工程公司  作者:潘志超  點擊數:    

    一.項目概況
    武漢市天然氣高壓外環線工程武荊高速頂管穿越工程,采用頂管方式在武荊高速下方鋪設套管,整個頂管長度90米,該處穿越是外環線東西湖段貫通的關鍵節點。施工所在區域為漢江沖刷帶,土質含沙量高,且地下水位受漢江水系影響高,水位常年保持較地表-1m水平。原設計深度位于地面下9m,地下水壓達80kpa,加上土質含沙量高,在第一次施工時遇到流沙、突涌等地質災害,施工難度非常大。總結了第一次頂進失敗的經驗教訓后,將深度進行了調整,由9m變為4m,頂管所在土層由粉砂粉土層上調至淤泥層中。今年在公司領導的支持下克服了諸多困難后,項目再次實施并順利完工。
    二、工藝選型
    近幾年隨著燃氣項目的不斷建設,包含了許多地質情況復雜且長度較長的頂管穿越,對公司頂管工藝的多樣性、安全性提出了更高的要求,為此公司引入了機械頂管。機械頂管的掘進和出土都是自動化施工,從而保護了人的安全。除本次完成的武荊高速頂管項目外,2015年同樣采用泥水平衡工藝實施了S107省道穿越,長度104m。
    相對于地鐵隧道等盾構技術,小管徑機械頂管稱為微型盾構,管徑涵蓋600mm~2000mm,施工能力達到1000m以上,技術安全可靠、效率高,廣泛應用于市政道排施工,電力,自來水、熱力、燃氣管道的套管施工。且隨著社會需求的形式多樣,頂進設備從以往的圓形發展出矩形、拱形等非圓斷面機頭,適用于地鐵進出站通道、小型隧道、橋涵等施工。沿海省份的多家企業在20年前已具備設備生產、頂管施工和管片制作一體化的能力。
  
     (圖-1:矩形頂管機頭進洞)        (圖-2:矩形頂管的鋼筋混凝土套管)
    機械頂管的機頭主要分為機械挖掘式、土壓平衡式、泥水平衡式和氣壓平衡式,需要根據項目的地質情況及施工條件選擇合理的機頭,機頭的選擇是項目成功的關鍵之一,本項目由如下特點:
    1、地下水位高于頂進面2m,且施工期間水位隨漢江水位影響會上漲;
    2、土質為砂性土和淤泥質土,穩定性差,易滲水;
    3、場地具備泥漿池和用水條件。
    綜合以上工程特點后,決定選用全斷面切削式掘進泥水平衡機頭。
    機頭主要參數:尺寸1440mm*3600mm,采用單電機,刀盤電機功率22kw。
   (圖-3:泥水平衡機頭)
    圖-3為本次施工使用的泥水平衡機頭。從照片可以看到刀頭的兩側都有進土孔,因為刀盤工作時是正反轉交替進行的。我們對機頭進行了簡單的改造,在前端焊接了鋼圈增加機頭直徑,達到便于注漿施工和減小阻力的目的。
 
                (圖-4:單電機泥水平衡機頭原理圖)
    
    圖-4為本次施工的單電機泥水平衡機頭原理圖,電機帶動前端刀盤轉動,后方千斤頂向前推進,刀盤切削下來的土與泵入的清水(或循環水)在泥水倉內攪拌后成為泥水,然后通過排泥管抽出排入泥漿池。頂管機泥水倉內的泥水壓力與頂管機所處土層中的土壓力和地下水壓力是平衡的,這種平衡由鉆機自帶的電腦來控制。頂進的速度取決于土體的軟硬程度,土體越容易切削和形成泥水,頂進速度也就越快,本項目土質比較松軟,所以頂進速度非常快。
    三.項目實施具體情況
    (1)前期準備工作:
    在完成前期征地協調準備工作后即開始便道施工,便道需滿足施工車輛行駛需求,否則將對施工進度造成影響。前期準備工作是項目實施的基石,如果道路出現問題將直接影響項目實施的連貫性。
    (2)工作井制作:
    需要制作兩座工作井,一個用于頂管施工(即頂管工作井),里面安裝頂管設備,內空尺寸長6.5m,寬4m,深度4.5m,一個用于頂管完成后出機頭(即頂管接收井),內空尺寸4m*4m,深度4.5m。兩個頂管工作坑都要在頂管實施前完工。
    (3)工作井制作完畢后就要開始設備安裝,其主要工作內容及流程如下:封底施工→井下測量放線→導軌安裝→頂進設備安裝→調試→下機頭。設備安裝是機械頂管施工的關鍵所在,可以說頂管機頭安裝正確,頂管施工就成功了80%了。
    (4)頂進施工
    頂進施工從7月14日下午2點開始至16日凌晨2點結束,扣除停工休息時間,長度90m,管道直徑1.44m的頂管僅用了28小時,即每頂進一米平均用時18.8分鐘,效率是人工頂管的5倍。頂進最大壓力為5mpa,換算為頂力約為63t。

    
    (3)出機頭
    泥水平衡機頭準確無誤的進入先前制作好的頂管接收坑內,然后采用吊裝的方式將其取出。最后對頂管兩段管壁外與井壁間的間隙進行封堵后頂管施工就全部完成了。
 
    四、結束語
    集團燃氣施工中,頂管項目絕大多數工程量較小,所以頂管施工幾乎都是人工頂管,發展緩慢。隨著近幾年隨著武漢市政管網建設需求加大,是難得的機遇,如何進入市場,作為基層的武燃頂管人,我們要做的是需要不斷改進存在的問題、提升施工技術和管理水平,成為一支能打勝仗的隊伍,做好準備工作應對未來的挑戰!


 

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