[12-11 16:58:43] 来源：http://www.tmgc8.com 市政工程 阅读：3909次
摘要:本文结合某污水处理厂污水干线工程阐述了大口径顶管施工的技术在市政工程中的相关探析,在顶管过程中采用土壤固化浆、触变泥浆、水泥浆三浆配合使用,取得了较好效果。以供参考!
关键词:市政工程;污水处理厂;顶进施工技术;注浆技术
1工程概况
某污水处理厂污水干线工程(C5.1)上段1#～16#段污水管道顶管工程,是污水处理厂流域排水规划安排的重点工程的一部分。地形坡度较陡,高差较大,地面坡度一般为4‰,污水管线的设计坡度平均为1‰左右。工程土质自上而下为:表层人工堆积层,厚度为0.6～1.9m,其下依次为新近沉积的亚砂土②层,轻、中亚粘土②1层,粉、细砂②2层,细、粉砂②3层,中亚粘土层②4层,圆砾、卵石③层,细、粉砂③1层,粉、细砂③2层,轻亚粘土、重亚粘土③3层,第四纪沉积的卵石、圆砾④层,卵石混粘性土④2层。污水管线座落在土质为④层卵石、圆砾层,卵石直径一般为50～70mm,最大为180mm,亚圆形,含砂量约为25%。地基土容许承载力(σ0)为:第四纪沉积的卵石、圆砾④层400kPa;第四纪沉积的细砂④1层300kPa;第四纪沉积的卵石混粘性土④2层200kPa。
2顶进施工技术
2.1顶管施工工艺流程
施工放线→工作坑开挖护壁支护→四角架设备安装→后背→导轨安装→顶进设备安装→工具管安装顶进→混凝土管顶进→压浆→中继间安装顶进→水泥浆填充处理→顶管接口及预留孔处理。
2.2顶力设计
2.2.1顶力计算
根据上海《市政排水管道工程施工及验收规程》DBJ08-220-96,顶进阻力可按式(1)估算,F=fπDL(1)式中,F-顶进管子全部阻力(kN);f-采用注浆工艺的摩阻系数,砂卵石土层取f=12kN/m2;D-管子外径(m);L-全部顶进长度(m)。该工程管外径D=2.88m,最长顶距为l=90m,总顶进阻力为:F=12×3.14×2.88×90=9766.7(kN)采用4台320t顶镐及中继间使用,并采用触变泥浆减阻可以满足此次总顶力要求。
2.2.2坑底处理
由于该次顶管坑底为砂卵石级配砂石层,工作坑底采用天然地基作基础,横放枕木,枕木采用长4m、15cm×15cm方木,间距1m,卧入天然级配砂卵石层中,其上铺安钢制导轨,级配砂石表面比方木面低2cm。
2.2.3后背及导轨
(1)在护壁锚喷混凝土前,现浇C25 厚40cm的钢筋混凝土后背墙,宽度与坑同宽,高度4m,深度低于管内底50～80cm,采用￠18双排主筋,间距15cm,横放30#以上工字钢密排满焊牢固。顶混凝土管穿越钢筋混凝土后背范围,为便于调头顶进,采用膨胀水泥打眼处理;调头顶进时,采用已顶进管子做后背,管前增设外加工特殊整体边圈。(2)导轨采用30kg/m钢轨,长度不小于6m,要求光滑、直顺,导轨安装中心偏差3mm,采用道钉固定在导轨两侧的枕木上,导轨安装高程的预抬量,一般取10mm,每顶进10m需对已顶完管段全线复测1次确定顶进时的预留量,导轨固定后,外侧用2层15cm×15cm方木挤靠牢固,防止导轨因受混凝土管挤压而倾斜移位。
2.2.4可调向工具管工作原理
(1)工具管构造。采用定型钢制带调向的工具管。工具管由帽沿、推进器、工具间3部分组成;总长3.6m,工具管外径比顶管管材周边外径大1.5cm,以形成灌注触变泥浆需要的空隙;管前保证足够的插入力切土顶进,管中安装带纠偏调节方向的8台小顶镐(50t/台),小顶镐布置于工具管上下左右4个方向,每2个为1组,控制顶进的上下高程及左右偏差。工具管内纠偏调向要勤调微调。YDT500-A型顶镐参数如表1所示。
(2)工具管注浆系统。距工具管后端向前1.2m处设置12个带内丝注浆孔,孔直径为6cm,沿管顶225°布置。首节混凝土管入土40～50cm后,在工具管内自始至终灌注水泥浆封闭孔隙,注浆压力控制在1～2MPa,为保证管路畅通,防止砂浆堵死,涂抹盾尾油脂。注入水泥浆的目的是确保工具管经过的土体形成相对密实的拱体,即改善顶管上方易坍塌的砂卵石土体的结构以增加其稳定性(见图1)。
2.3顶进装置设计
2.3.1顶镐、顶铁、护口铁布置
(1)顶进系统采用均布排列的形式,4台顶镐分为上下两排,分别为下排2台135°位置,上排2台135°位置,使顶力分布均匀,满足顶力的要求(见图2)。(2)管体与U顶铁之间采用钢护铁保护管口,工程实际采取的护铁外径略小于管道加工时本身自带的钢套环内径尺寸1cm,使护口铁置于钢套环内,这样一方面保证护口铁与管口紧密接触,增大接触面积,一方面确保护口铁安放位置准确,从而使顶进受力均匀。(3)采用2个95cm长和1个50cm长的U形顶铁作为1个顶管工作面顶铁设备。(4)4台320t顶镐采用特制顶镐架,使顶镐位于设计位置。www.tmgc8.com
2.3.2注浆孔与埋铁设置
(1)注浆孔设置。考虑到在砂卵石顶进过程中容易堵塞注浆孔,注浆孔于管材插口部位位于钢套环下面布置,方位为左上45°、左下45°、右下45°、右上45°4个方向,预留孔内预埋￠32带内丝钢管。注浆孔设置的特点:①孔位于钢套环下,泥浆孔后设置橡胶密封圈,使触变泥浆在钢套环的保护下压出,同时橡胶密封圈的封堵确保了触变泥浆压出的压力,有效地防止泥浆外溢。②考虑管径较大,设置4 个注浆孔可以增加注浆范围,减少泥浆损失,形成泥浆套。③预留孔内预埋￠32带内丝钢管与注浆管丝扣连接,使注浆设备能在设计压力下进行注浆,确保注浆效果。④采用4个注浆孔设置,是根据顶管需要的注浆量确定的。⑤采用上2、下2个注浆孔并按图示布置,在顶进过程中4 孔同时注浆,对管体上部、下部孔隙均有较好的注浆效果。(2)埋铁设置。注浆管用埋铁距管端0.8m,每根管共设6块,凹进管内壁10mm;埋铁尺寸不小于15cm×15cm。埋铁的主要作用是固定注浆管,安装照明设备及通风设备。最后由管材厂家处理埋铁。
2.4洞口固化
(1)为防止工具管刚顶入洞口时塌方,采取洞口加固措施,在工具管外30cm、180°范围内采用小管棚注浆,花管间距30cm,深度1.5m,灌注水玻璃浆液,最大限度地减少入口开门造成的塌方。当工具管全部入土后,利用预埋好的注浆花管向土内注入水玻璃固化浆液。注浆量视现场情况而定。注浆压力0.2～0.4MPa,缓慢升压。(2)固化浆材料配比:采用水玻璃、硫酸、碳酸氢钾、水或者水玻璃、氟硅酸钠、水2种固化材料进行固化,具体配比按现场土质情况由技术人员现场试验确定。(3)材料性能:水玻璃模数3～4;硫酸浓度为98%;碳酸氢钾(工业纯)。
2.5顶进操作实施要点
(1)加大测量频率。可调向工具管及首节混凝土管下到导轨上,应测量其高程中心是否符合要求,并经驻地监理验收合格后方准顶进,每顶进20cm即对中心高程进行量测一次,及时、细致、精心操作,防止出现偏差;正常顶进时每30cm即对顶进所有管子进行高程中心量测,如发现工具管或混凝土管出现偏差,要及时进行纠偏调整,纠偏过程要勤调微调,防止纠偏过猛。(2)严格顶进注浆、补浆。顶进应24h昼夜不间断施工,防止因中途停置造成阻力增加,严格注浆作业工艺,保证注浆效果,达到降低顶力的目的。(3)严格控制管前掏挖土方长度。因该工程土质较差,容易产生坍塌,故规定每次纵向掏挖长度不得超过10cm,人工管前掏挖土方须在帽沿工具管内进行,特别强调随掏随顶,不得在管外壁超挖。
2.6顶管过程中三浆的结合使用
由于该次顶管工程管径大、顶距长,又穿越砂卵石土层,为防止顶进过程中前、后、上方土体塌方,保证土体足够稳定,根据不同土质情况分别有针对性的进行注浆处理,即三浆的结合使用。
2.6.1 触变泥浆
触变泥浆用于全部顶管过程中的减阻。为了减少顶进阻力,增大顶进长度,采用在管壁与土壁的缝隙间注入触变泥浆,形成泥浆套,减少管壁与土壁之间的摩擦阻力。施工中要认真拌制浆液,准确选定泥浆配合比,搅拌好的泥浆须静置12h以上方可使用,保证浆液在输送和灌注过程中具有流动性、可泵性。管子顶进10m后开始进行注浆,随顶随注浆以保证泥浆套环的连续性,达到减阻目的。灌浆压力,刚开始不大于0.1Mpa,然后逐渐加压,由小到大进行,控制在0.2～0.3MPa为宜,不能超过0.4MPa。(1)调浆设备:拌浆机及储罐;灌浆设备:注浆泵,输浆管。(2)触变泥浆材料主要成分:膨润土、碱(碳酸钠)和水。触变泥浆拌制配合比(质量比)如表2所示。(3)触变泥浆的拌合程序:①将定量的水放入搅拌罐内,并取其中一部分水溶化碱;②在搅拌过程中,将定量的膨润土徐徐加入搅拌罐内搅拌均匀;③将溶化的碱水倒入搅拌罐内(碱水必须在膨润土搅拌均匀后加入),再搅拌均匀,静置12h后即可使用。
2.6.2土壤固化浆
(1)土壤固化浆用于不良土质条件下的顶进施工及现况地面的固化。由于顶管所处的地层为砂卵石层,土质松散,在顶管前采用超前小导管注浆支护方法,对管前土体进行固化处理。每次顶进循环施作1次超前小导管管棚支护。工艺流程为:钻孔→插入钢花管→封堵→注浆。
(2)具体施工方法:采用风动凿岩机或煤电钻进行钻孔,相邻导管间距30cm,以仰角5°～8°为宜。插入￠42mm的钢花管,端头焊成锥形,在1m长范围内钻￠6mm的孔若干,以便泄浆。用风动凿岩机将钢管击入土层中,用压缩空气将管内积物吹净,孔口采用暂时封堵措施,注浆前将管尾部及孔口周边空隙封堵。注浆采用改性玻璃浆液进行注浆加固,浆液现场配置,已配制好的浆液需在规定时间内用完。注浆中随时检查各联接管件的状态,防止跑浆。对注浆速度严格控制,注浆压力经试验确定,注浆厚度即注浆浆液扩散半径应不小于50cm。www.tmgc8.com
3结语
3.1 大口径砂卵石顶管施工技术是一个系统的成套技术,始终围绕着满足顶力要求、防止顶管塌方、满足工程质量、降低工程成本几方面进行顶管工具管设计,低成本、高效率地完成顶进施工。
3.2 顶进过程中,采用工具管后部注浆系统,一方面采取水泥浆对管道上方土体进行预先加固注浆,另一方面,及时在顶进过程中注入触变泥浆,形成包围管体的泥浆套(支撑环),在顶进过程中持续注入触变泥浆确保形成的泥浆环保持一定厚度,以达到减阻的作用。工程实际平均每节管(长3m)用膨润土量约为1t。该工程注浆是对管道四周全范围内注浆,提供了触变泥浆对管道能够产生有效浮力的条件,实践证明触变泥浆所产生的浮力约为钢筋混凝土管子自重的1.4倍,极大的提高了其减阻能力。
3.3 采用工具管顶管设备,可以切断顶管机头前方被挖掘的土体与周边土体的联系,在顶进过程中依靠土体的反作用力,将松动土体挤入机头内部,人工出土起到一定的土体平衡和稳定作用,可以有效的减少施工的即时沉降。采用预先注水泥浆、固化浆加固前方不稳定土体、顶进过程中触变泥浆注浆减阻、顶进完成后的水泥浆填充的三浆结合使用技术,可有效控制后期的地面沉降,确保管线上方建筑物、道路和其它公用设施的安全和正常使用。
