復(fù)雜地質(zhì)狀況下復(fù)合頂管施工工法

1、復(fù)雜地質(zhì)狀況下復(fù)合頂管施工工法【摘要】當(dāng)前大量市政管道采用頂管施工工藝，下文對(duì)如何在同時(shí)含有淤泥、流 砂和砂卵（礫）石的地層頂進(jìn)進(jìn)行論述，希望可以增加相關(guān)工程的實(shí)際操作性?！娟P(guān)鍵詞】頂管；淤泥；流砂和砂卵（礫）石地層；施工工法1刖言隨著城市建設(shè)的飛速發(fā)展，人們生活水平的日益提高，城市供排水和供暖供 熱管道急需鋪設(shè)。但是，多數(shù)城市地段不易或不能開槽施工，管道必須采用頂管 施工工藝鋪設(shè)。正常人工或機(jī)械頂管施工能滿足地質(zhì)狀況較好的地段。但對(duì)于同 時(shí)含有淤泥、流砂和砂卵（礫）石地層則不能正常頂進(jìn)，國(guó)內(nèi)也鮮有類似施工工 藝研究。如何能在保證安全質(zhì)量的情況下，以簡(jiǎn)便的施工工藝、較低的工程造價(jià) 解決上述問題

2、是亟待解決的一個(gè)課題。我們通過對(duì)黃山工業(yè)園區(qū)污水收集系統(tǒng)頂 管工程的施工，對(duì)其進(jìn)行了積極探索研究，并經(jīng)后續(xù)工程的一系列施工應(yīng)用、改 進(jìn)和完善，最終形成本工法。本工法的關(guān)鍵技術(shù)-同時(shí)含有淤泥、流砂和砂卵（礫）石地層中的頂管施 工2工法特點(diǎn)2.1工藝使用范圍較廣，適應(yīng)能力較強(qiáng)。能滿足不同地質(zhì)狀況下的復(fù)合頂 進(jìn)。2.2機(jī)具改進(jìn)簡(jiǎn)單，操作靈活方便?？蛇M(jìn)行人工和機(jī)械頂進(jìn)的交替操作。2.3工藝簡(jiǎn)單，流程明確。2.4工程質(zhì)量可靠，隨時(shí)掌握頂進(jìn)斷面的地質(zhì)狀況，采用不同的頂進(jìn)工藝和 糾偏方法。并根據(jù)掌握的地質(zhì)狀況決定后期注漿的方法。2.5施工安全，減少了正常施工工藝中的安全隱患。2.6經(jīng)濟(jì)適用，造價(jià)低廉，經(jīng)濟(jì)效

3、益良好。2.7節(jié)能環(huán)保，降低噪音。3適用范圍本工法適用于同時(shí)含有淤泥、流砂和砂卵（礫）石地層的頂管工程.4工藝原理根據(jù)成熟工藝，機(jī)械頂管工藝完全適用于淤泥、流砂地層頂進(jìn)。人工頂管工 藝能在含砂卵（礫）石顆粒直徑較大地層鉆進(jìn)。但是，用單一工藝不能鉆進(jìn)同時(shí) 含有淤泥、流砂和砂卵（礫）石的地層。反復(fù)分段制作工作井會(huì)增加造價(jià)，且受 地域限制較大，影響工程進(jìn)度，增加施工危險(xiǎn)性。本工藝核心就是：通過改進(jìn)施 工方法，使其同時(shí)具備人工頂管和機(jī)械頂管施工功能，且造價(jià)較低，質(zhì)量可靠， 安全風(fēng)險(xiǎn)較小。5工藝流程及操作要點(diǎn)5.1工藝流程5.2操作要點(diǎn)5.2.1施工準(zhǔn)備（1）編制、審核、審批方案，對(duì)頂進(jìn)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算

4、和機(jī)具選擇；（2）確定施工組織機(jī)構(gòu)及人員、機(jī)具配置；（3）調(diào)配施工設(shè)備機(jī)具，購(gòu)進(jìn)機(jī)具配件；（4）制訂相應(yīng)的質(zhì)量安全保證措施；（5）布置施工現(xiàn)場(chǎng)的作業(yè)環(huán)境，安排泥漿池和清水池的循環(huán)路線；（6）制訂合理的降水方案，做好降水工作并經(jīng)驗(yàn)收后能滿足施工需要。5.2.2設(shè)備改進(jìn)制作：（1）密封倉(cāng)切削刀頭：在工具管端部?jī)?nèi)側(cè)用鋼板制作成刀狀切削面，管道頂進(jìn)時(shí)將淤 泥流砂或卵（礫）石切削至密封倉(cāng)，減小頂進(jìn)阻力。沖刷噴嘴：沿切削刀頭后側(cè)環(huán)向布置供水管，其上下對(duì)稱開口安裝四個(gè)沖 刷噴頭，噴出水壓大于0.6mpa，用于淤泥、流砂地層中把淤泥流砂沖刷成泥漿。密封擋板：在離工具管前端1.2米處安置內(nèi)徑為35cm環(huán)形擋板，

5、用螺栓 固定于工具管上。法蘭門：在擋板的一側(cè)用鉸鏈鏈接一 40cm*40cm的法蘭門。（2）工作倉(cāng)糾偏油缸：在工具管后端對(duì)稱安裝4個(gè)糾偏油缸，用于頂進(jìn)糾偏。供水管：工作倉(cāng)底部安裝10cm直徑供水管，與密封倉(cāng)環(huán)向供水管連 接。排泥管：與供水管同步安裝10cm直徑排泥管，與外部泥漿泵連接，將沖 刷成的泥漿抽出工作面至泥漿池。5.2.3系統(tǒng)安裝驗(yàn)收（1）主頂系統(tǒng)：由兩只200T的油缸、油缸支架及主頂液壓控制臺(tái)組成，總 頂力400T，行程1.5m，油壓32MPa,無極調(diào)速并顯示即時(shí)頂速。啟動(dòng)和停止由 電氣系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)控制。（2）泥水系統(tǒng)：以一定水壓，流量的水流稀釋、攪拌泥漿池中的泥漿，并 將泥漿帶至地面沉

6、淀池，該泥水流的水壓在2-25m范圍內(nèi)可以調(diào)節(jié)，管道、閥門 及泵均為Dg100mm系統(tǒng)。（3）電氣控制系統(tǒng)：提供全部設(shè)備的需求能源，定期監(jiān)視設(shè)備的頂速、壓 力、流量等工況。保證與頂管機(jī)頭操作員溝通。（4）觸變泥漿系統(tǒng)：壓漿泵采用無壓力脈動(dòng)泵，壓力0-2.5MPa無級(jí)變速調(diào) 整壓力、流量、閥門、管路均為Dg50mm系統(tǒng)。（5）導(dǎo)軌安裝兩條導(dǎo)軌安裝要順直、平行、等高，其縱坡應(yīng)與管道設(shè)計(jì)坡度一致。并要安 裝牢固，符合穩(wěn)定性的要求。導(dǎo)軌安裝后的軸線誤差不大于3mm ；頂面高程不大 于0+3mm；兩軌內(nèi)距偏差不大于土2mm。（6）后靠背的安裝：后背墻采用方木、型鋼或鋼板等組裝，組裝的后背墻 有足夠的強(qiáng)度

7、和剛度，要能滿足在最大頂力時(shí)不變形和損壞；裝配式后備墻的安 裝垂直度允許偏差不得大于0.1%H （H為后背墻的高度），水平扭轉(zhuǎn)度不得大于 0.1%L（L為裝配式后背墻的長(zhǎng)度）。（7）千斤頂?shù)陌惭b：要取偶數(shù)固定在支架上，并與管道中心的垂線對(duì)稱， 其合力的作用點(diǎn)要在管道中心上，根據(jù)頂進(jìn)參數(shù)計(jì)算來確定千斤頂?shù)臉?biāo)高，一般 以千斤頂?shù)闹行臉?biāo)高位于管道直徑下口的四分之一處為好。千斤頂規(guī)格要相同，規(guī)格不同時(shí)，其行程要同步，布置要對(duì)稱。千斤頂?shù)挠?路要并聯(lián)，每臺(tái)千斤頂要有獨(dú)立的進(jìn)油、退油的控制系統(tǒng)，以便操作。（8）油泵的安裝：應(yīng)設(shè)在千斤頂附近，油管要順直、轉(zhuǎn)角少。油泵與千斤 頂要匹配，并要有備用油泵，油泵安裝

8、完畢應(yīng)進(jìn)行試運(yùn)行。（9）頂鐵：頂鐵要有足夠的剛度，頂鐵應(yīng)采用鑄鋼整體澆筑或采用型鋼焊 接成型.焊接成型時(shí)，焊縫不得高于表面，且不得脫焊。頂鐵的相臨面應(yīng)互相垂 直；同種規(guī)格的頂鐵尺寸應(yīng)相同。頂鐵安裝平穩(wěn)，安裝后的頂鐵軸線應(yīng)與管道軸線平行、對(duì)稱，頂鐵與導(dǎo)軌和 頂鐵之間的接觸面不得有泥土和油污；頂鐵與管口之間應(yīng)用木板等緩沖材料襯 墊，當(dāng)頂力接近管節(jié)材料的允許抗壓強(qiáng)度時(shí)，管端應(yīng)增加U形或環(huán)形頂鐵；5.2.4工作原理（1）若管道鋪設(shè)于一般土層中，將沖刷噴嘴、密封擋板、法蘭門和供水管、 排泥管拆除。當(dāng)做一般人工頂管機(jī)正常頂進(jìn)施工。（2）若管道鋪設(shè)于淤泥流砂和含有小直徑的卵（礫）石層中，因工作面不 穩(wěn)，易造

9、成安全事故，不能采用人工掘進(jìn)式頂進(jìn)。采用巖石掘進(jìn)機(jī)械可以頂進(jìn)， 但是工程造價(jià)較高。此時(shí)，將沖刷噴嘴、密封擋板、法蘭門和供水管、排泥管安 裝后，形成上圖所示設(shè)備，即可頂進(jìn)施工。（3）若管道鋪設(shè)于淤泥流砂和含有較大直徑的卵（礫）石層中，泥水平衡 式機(jī)械頂管前端切削絞盤不能將大卵（礫）石破碎，易損壞切削刀頭，無法頂進(jìn)。 此時(shí)，按照上述第2條頂進(jìn)施工，遇到頂進(jìn)壓力急增時(shí)，打開法蘭門，人工將較 大粒徑卵（礫）石取出。然后封閉法蘭門可繼續(xù)施工。6設(shè)備和人員配置6.1人員配置每臺(tái)設(shè)備配十二名工作人員，分三班連續(xù)施工。其中：1、工作倉(cāng)一名，負(fù) 責(zé)查看土質(zhì)變化并及時(shí)清除大粒徑卵（礫）石；配合測(cè)量人員測(cè)量軸線并及

10、時(shí)糾 偏。2、工作坑內(nèi)一名，負(fù)責(zé)安管、頂進(jìn)操作、排水和大粒徑卵（礫）石裝車以 備外運(yùn)。3、工作坑井口一名，負(fù)責(zé)操作行吊下管、大粒徑卵（礫）石吊出。4、 地上一名，配合井口工作人員操作。6.2設(shè)備配置7.1在施工現(xiàn)場(chǎng)設(shè)立專職的質(zhì)檢機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)本工程質(zhì)量的監(jiān)督與檢查。7.2下管前檢查管道的外觀質(zhì)量情況，管道敷設(shè)和接口應(yīng)嚴(yán)格遵照規(guī)范和標(biāo) 準(zhǔn)施工.7.3勤測(cè)勤糾偏，測(cè)量嚴(yán)格按照技術(shù)交底要求進(jìn)行，每次糾偏最大偏差不大 于2cm，并作好測(cè)量記錄，確保軸線、標(biāo)高的偏差在規(guī)范允許范圍內(nèi)。7.4嚴(yán)格檢查復(fù)核制度，專職技術(shù)人員每日早中晚對(duì)管道內(nèi)底高程和管道軸 線進(jìn)行復(fù)測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，及時(shí)糾正，并作好記錄。8安全措施

11、8.1加強(qiáng)安全宣傳教育，堅(jiān)持班前、班中、班后講安全制度，強(qiáng)化安全認(rèn)識(shí)， 確保安全規(guī)范操作。8.2臨時(shí)用電要由專職電工負(fù)責(zé)，遵循一機(jī)一閘，一廂一漏和三相五線制原 則，確保用電安全。最好使用有防電能力的安全帽、護(hù)眼罩、絕緣材料特制的耐 20kv （最?。╇娏と搜ズ褪痔住⒁约坝晒ぷ鳁l件要求的其它防護(hù)設(shè)備。不要帶 首飾和穿寬松的衣服，以免被機(jī)器卷入或牽絆。8.3建立健全安全生產(chǎn)管理網(wǎng)絡(luò)，設(shè)立專職安全員，經(jīng)常檢查、發(fā)現(xiàn)不安全 地方立即整頓、改善。8.4搞好安全防護(hù)工作，工作坑邊緣要設(shè)置護(hù)欄，禁止行人圍觀，實(shí)行封閉 施工，夜間要掛紅色警示標(biāo)志。8.5特殊工種工人要經(jīng)過專業(yè)培訓(xùn)、持證上崗，非本職人員不允許

12、代崗。尤 其是吊車下管時(shí)，要有專人（起重工）負(fù)責(zé)指揮。起吊用繩索要定期檢驗(yàn)，如有 斷股，脫絲的應(yīng)當(dāng)棄置不用。8.6各種機(jī)械操作必須由持證人員專職操作，并嚴(yán)格遵守安全操作規(guī)程，定 期維護(hù)保養(yǎng)檢修，確保運(yùn)轉(zhuǎn)正常良好。8.7安排施工時(shí)盡可能減少噪音、粉塵、排水及其它可能對(duì)附近單位、居民 和行人造成的不利影響。8.8工作坑內(nèi)和坑邊同時(shí)作業(yè)時(shí)，要有序進(jìn)行，組織得力，避免上下交叉干 擾造成事故。8.9堅(jiān)持班前安全講話制度，嚴(yán)格實(shí)行安全自檢、自控、自糾制度，定期開 展安全自檢活動(dòng)，消除隱患，杜絕事故。8.10堅(jiān)持在計(jì)劃、布置、檢查、總結(jié)、評(píng)比生產(chǎn)的同時(shí)確保安全生產(chǎn)。9環(huán)保措施9.1本工程抽出的泥漿匯集于泥漿

13、池，經(jīng)加入木質(zhì)纖維素和工業(yè)用堿混凝沉 淀后，上層水可以提供給供水管反復(fù)使用。下層沉淀砂礫可以作為路基下底基層 或地基處理材料加以利用。9.2所有設(shè)施大多置于地下，其本無噪音污染。10效益分析上述工藝是一種半機(jī)械化頂進(jìn)工藝，解決了同時(shí)在含有淤泥流砂、硬質(zhì)土層、 大砂卵（礫）石層和風(fēng)化巖層的地層中鋪管的問題。不必動(dòng)用機(jī)械頂管等大型設(shè) 備，工程造價(jià)較低。施工人員在工作倉(cāng)工作，且有密封擋板和法蘭門的密封保護(hù)，施工較為安全， 風(fēng)險(xiǎn)較低。11工程實(shí)例11.1黃山工業(yè)園區(qū)污水收集系統(tǒng)頂管工程設(shè)計(jì)管徑為6 1000鋼筋混凝土 F 型頂管，總長(zhǎng)度1176m。2009年5月22日開工，2009年10月12日竣工。

14、需鋪 設(shè)的管道位于流砂層、大粒徑卵（礫）石層和雜填土層（含建筑垃圾及塊石）中。 采用人工掘進(jìn)式頂進(jìn)，卵（礫）石層經(jīng)擾動(dòng)后易塌方，無法控制管道軸線，不能 保證人員安全及工程質(zhì)量。平口式泥水平衡機(jī)械頂進(jìn)造價(jià)較高，且大粒徑卵（礫） 石不能清除。經(jīng)采用上述設(shè)備和工藝后，按質(zhì)按期完成施工任務(wù)，無任何安全質(zhì) 量事故發(fā)生。11.2黃山市黃山區(qū)北海路污水管道頂管工程總長(zhǎng)度2440米，設(shè)計(jì)管徑為6 800鋼筋混凝土 F型頂管。2009年6月26日開工，2010年4月10日竣工。管 道鋪設(shè)位于流砂層、大粒徑卵（礫）石層和強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)砂巖層中，經(jīng)研究約定采 用上述設(shè)備頂進(jìn)。遇到流砂開動(dòng)沖刷噴頭沖漿施工；遇到強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)砂巖拆除密 封擋板和法蘭門，用破碎風(fēng)鎬破碎巖層頂進(jìn)。不但降低了造價(jià)，且能用一種設(shè)備 按期完工，工程效果較好。11.3南昌市環(huán)廬山道路輸油管道過路頂管套管工程，設(shè)計(jì)管徑6 1000，設(shè) 計(jì)長(zhǎng)度936米。于2009年7月10日開工，2009年12月20日完成施工任務(wù)。 管道鋪設(shè)于流砂層（含有卵礫石）和硬質(zhì)紅土層中。按照正常施工工藝，需調(diào)用 人工頂管和機(jī)械頂管兩種設(shè)備，且反復(fù)開挖制作工作坑。工程費(fèi)用較大，工期拖 延過長(zhǎng)。采用上述設(shè)備