取水口上移工程景区段泥水平衡施工工法研究

周红阳,关珑玲

(漯河市清泉水务工程有限公司,河南 漯河 462000)

0 引言

泥水平衡顶管连续施工工法是一种新型施工支护技术,地下开挖穿越土层能力极强,开挖工作面直径不大,对周围地层产生的扰动损失较少,能较长时间地维持地下不同等级土质的挖掘基面平衡,地表应力变形小,安全性能良好,开挖进度较快,总开挖顶力变形较小,适合于中心市区施工。

某饮用水源地取水口上移综合项目新建取水口1个,取水流量25.3 万t/d,铺设管网约20.31 km。为解决饮用水源一、二级保护区存在的大规模违规建设及交通穿越问题,需进行取水口上移。该项目穿越某风景区段约2.7 km,为减少对景区的破坏,采用泥水平衡施工方法,包括顶管工作井7座及顶管接收井5座,其中最长一段为520 m。顶管采用DN1000 mm球墨铸铁管K9型专用顶管,材料为球墨铸铁管外包钢筋网,浇筑8 cm的混凝土。每节长度6 m,承口外径1160 mm,插口外径1048 mm,每节管道重量5580 kg。本段最大工作压力1.0 MPa,试验压力1.5 MPa。顶管接口采用内压式承插接口,利用承口与插口之间的间隙安装橡胶止水带与压环来止水。工作井与接收井的井壁及封底混凝土标号为C30,抗渗等级P6,抗冻等级F200,水下封底均采用C30混凝土。施工区域工作面积狭小,机械、人员交通不便,需在短时间内完成大口径长距离顶管施工,故对施工组织、顶进工艺、顶管运输吊装等均提出了较高要求。采用扬州广鑫机械有限公司生产的NPD-B800型具有破碎功能的泥水平衡顶管掘进机,工法安全可靠,施工周期短,操作方便,节省材料,可取得较好的技术经济效益及社会效益。

1 泥水平衡机械顶管施工工艺流程

施工开始→测量放样→放样复核→工作井设备安装(地面设备安装)→进洞(注浆材料准备)→掘土顶进→进排泥(注浆→测量及方向纠正→下管、接口处理、中继间安装及使用→出洞→取出顶管机头及附带设备、中继间接缝→全线测量→洞口处理→结束。

2 施工技术要点

2.1 出土方案

泥水输送平衡式顶管输送机的特点是采用全自动高速输送泥水的混合式输送挖掘方式,碎土块被高压搅拌机在机舱腔隙内自动高速连续搅拌,掺和混入泥水中形成泥浆,再由一台高压泥浆泵进行自动输送抽出。在沉井上部围砌并设置2只沉淀池,按要求将出土运到临时堆积土点,不得污染沿途道路环境。

2.2 测量与设备安装

测量方法:在引出A、B两点后根据导线法及平移法定出C、D、A,其余测量步骤均在相同视线条件下进行测量定位。

后靠背导轨及后顶的安装。轴线位置调整确定井位后,调整安放于井背后下部的靠背,保持距离井壁轴线至少100～200 mm处,调整前后左右的倾斜方向,尽量保证安装井位后底部的靠背倾斜中心方向与井口轴线位置方向重合,调整倾斜的方法见图1。

图1 后靠背调整Fig.1 Rear backrest adjustment

洞口止水装置孔身垂直水平安装,保证各孔洞的横向最小弯曲直径略大于孔洞距水平进洞物的垂直最大弯直径8 cm,防止各孔洞受到垂直方向进洞物强烈的垂直纵向弯曲剪切应力的影响,避免其直接破裂而失去垂直止水效果,确定放置妥当后用水泥砂浆封堵孔口与井壁,防止各洞口直接从该垂直弯曲间隙处流出或漏水漏浆。

2.3 泥水系统安装

泥浆池尽量布置在靠近工作槽及井底边的位置,可酌情采用并联法。泥浆池尽量选择靠近现场工作台井底边的位置(现场不开挖泥浆池采用钢板焊接泥浆池),以有效减少铺设水泥管路的时间,避免对其产生摩擦。正确选择沉石箱的位置,防止泥块直接进入排污系统而损坏或堵塞排水及泥泵管路。

注浆搅拌系统泵身应采用双螺杆泵体,减少主泵产生脉动泵的现象,浆液搅拌需充分均匀。合理配置减压泵系统,在机头主泵出品处1 m外及泵机头注浆处前后两侧至少安装1只隔膜式压力表,产生的泥浆直接用泥浆车运出施工现场。

2.4 中继间设置

为保证工作井与钢筋砼管材受力符合规定要求,主顶油缸合力达到600 t时,设置一套中继间。中继油缸20个,环向均布,缸径100 mm,行程300 mm,工作压力31.5 Mpa,额定推力合力1000 t,许用推力600 t。中继油缸动力由井内主液压站供应,高压软管连接,电磁阀井内控制。

2.5 顶进调试及土体取样

顶管在下油管入井口前需至少一次的系统安装运转及调试。油管系统在安装运行完毕前,需要做充分检查及清洗,防止灰尘、杂物、泥沙等物质进入下油管。做好电路系统设备的清洁与干燥,机头安装及调试完后,要保证各管路系统动作正常,液压系统无泄漏。机头为刀盘型的不可再调节,土压力表系统中显示的机头最大土压力值即为机头进泥仓土压力,显示机头的实际最大土压力值应与机头初顶进泥口的实际最大土压力存在一个差值ΔP,取15～30 T。风机可自动调节到最高送风进水压力,自动打开机身两侧的止水阀,转动机头刀盘,关闭机身内的旁行风道,待空气流量达到设计的额定流量80%左右时,风机开始自动顶进。

2.6 顶管动力及照明配套

顶管动力配套:刀盘电机2台,功率44 kw/h;输送泵电机1台,功率22 kw/h;纠偏油泵电机1台,功率4 kw/h;液压系统电机2台,功率30 kw/h;注浆电机1台,功率11 kw/h;浆液搅拌机1台,功率11 kw/h;电焊机1台,功率30 kw/h;排水泵2台,功率11 kw/h。合计总功率163 kw/h。

动力电线设置:管内设置—二路电缆,按其配套动力负载功率选择电缆规格,供电采用TN—S方式,三相五线制移动电线装接。

2.7 管界面质量控制

要按照国家安全规范要求定期对管材类产品施作环境进行现场检查及竣工验收,如在检查中发现质量不合格产品,及时采取纠正措施或予以退回。管材运送、起吊均应采用吊装专用起重夹具,搁置重物时应用方木垫架高,防止F型管界面之间的套环受压产生形变。在插入各接管端子前,详细检查各橡胶管接头上的橡胶轴承及插口尺寸、橡胶圈面与各橡胶衬胶垫板表面处的橡胶外观厚度及表面质地。顶管口使用结束一周后,在顶管口内腔的密封间隙处均匀填充上一层弹性密封膏,尽量将密封圈与顶管口连接处密封成两个大小合适、光滑且均匀一致的渐变面。密封圈上所有的密封胶结工作须在正式安装使用前2 d完成,做好检查,保证其牢固性。

2.8 注浆

顶管上的推力是管道在顶管施工中管道内壁受到的各种流体阻力,包括工具管切土正压力、管壁内的摩擦流阻正压力及流经工具顶管下的气水压力。触变泥浆主要由膨润土、碱石及水混合配制而成。为了避免触变泥浆固结性能发生变化,可掺拌少量石灰膏。为了使其保持高流动性,可掺拌缓冷凝剂料及塑化剂。触变泥浆的拌和程序如下:将定量的碱水放入搅拌罐容器内,用水来溶化碱,将定量膨润土液徐徐滴入搅拌灌槽内,搅拌均匀即可。将溶化后澄清的食碱水缓缓倒入搅拌灌管内,再缓慢搅拌均匀,放置约12 h,凝固后冷却即可使用。注浆断面孔处的出口布置应尽量根据管道直径大小确定,一般情况下,每个管道断面内可单独设置3～4个,具备自动排气功能。搅拌混合均匀后,将泥浆放置一段时间后再灌注。灌浆施工前,预先通过注水设备检查灌浆用水设备,确认设备功能正常方可灌注。灌浆初期压力不高于0.1 Mpa时再加压,按实际负荷情况进行调整。灌浆施工设计应按灌浆断面及孔断面位置的前后顺序依次设计,确保灌浆、管道、中继间孔内的灌浆顶孔进口同步。灌浆过程如遇到机械故障、管路严重堵塞、接头渗漏等情况需采取处理措施。顶力控制的关键是最大限度降低顶进阻力,可采取人工连续注浆,减小顶进阻力。在顶管施工中如果突然出现的一些问题导致无法正常工作,需立即寻找错误原因,有针对性地提出解决对策。严格遵循操作规范,进行运行情况的偏差检测,如实汇报,以便后期的故障处理。

3 结束语

市政管道开槽与施工可能会破坏周边道路,影响城区交通,污染施工环境卫生,不适合在城区内做大面积施工。混凝土泥水平衡式顶管施工不需要直接开挖,不会破坏地下道路,特别是在需要穿越大量地面构筑物基础及地下施工管线时,可节省投资及工期,减少施工环境噪声及粉尘排放,是环保无污染、高效节能的道路施工技术。分析了采用泥水平衡法进行顶管施工的技术要点,此方法安全可靠,施工周期短,操作方便,节省材料,可取得较好的技术经济效益及社会效益。