泥水平衡頂管設(shè)備操作要點(diǎn)初探

泥水平衡頂管設(shè)備操作要點(diǎn)初探摘要：要充分發(fā)揮頂管設(shè)備的功效，必須掌握頂管設(shè)備的正確操作方法和技巧。本文通過總結(jié)泥水平衡頂管設(shè)備在各種地質(zhì)情況下的使用體會(huì)，探討其操作要點(diǎn)。關(guān)鍵詞：頂管；設(shè)備操作；泥水平衡；泥水循環(huán)；糾偏0前言一年多來我們使用進(jìn)口和國產(chǎn)泥水平衡頂管設(shè)備，在淤泥、砂粒、雜填土、膠粘土、強(qiáng)風(fēng)化、中風(fēng)化等復(fù)雜地質(zhì)中進(jìn)行從φ500～φ1200管徑的頂管施工。其間曾出現(xiàn)過泥水管線嚴(yán)重堵塞、刀盤卡死、機(jī)頭自轉(zhuǎn)兩周、糾偏失控、泥水冒頂、管材爆裂、頂不動(dòng)、后座墻頂裂等多種問題。如何采取正確的設(shè)備操作方法和技巧，盡可能避免因操作失誤導(dǎo)致施工故障的出現(xiàn)，以及如何迅速糾正施工質(zhì)量問題。就此總結(jié)如下：開頂前的設(shè)備準(zhǔn)備開頂前對(duì)設(shè)備準(zhǔn)備工作，直接關(guān)系到頂進(jìn)的質(zhì)量和工期。對(duì)設(shè)備的準(zhǔn)備工作主要有三方面。1主機(jī)及配套的選擇依所編寫的頂進(jìn)方案，選擇適當(dāng)?shù)捻敼茉O(shè)備類型及其附屬配套。主要根據(jù)地表1-1適用地質(zhì)微風(fēng)化中風(fēng)化強(qiáng)風(fēng)化橡膠泥雜填土砂粒淤泥刀盤類型滾輪刀○●●鋤形刀○●●●●●TCC○●●●●刀盤動(dòng)力N——功率n—轉(zhuǎn)速D—盤徑N>10.26nDD3○●●●●●●N>7.18nD33○●●●●●N>4.1nD3○○●●●●N>2.05nD33○●●●泥水分離器網(wǎng)箱●●○○●●●自然沉淀●○○○●●○組合式泥水分離器器●●●○●●○注：○表示免強(qiáng)可以；●表示完全可以。質(zhì)鉆探資料、覆土深度、頂距、現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境要求等因素，選擇刀盤類型、機(jī)頭動(dòng)力、泥水泵、主頂力等參數(shù)符合的設(shè)備，以及泥水分離裝置等附屬設(shè)備，見表1-1。排泥泵的揚(yáng)程H應(yīng)視井深hi和頂距L而定：H>0.095(L+40)+1.1hi。2性能測(cè)試對(duì)設(shè)備性能進(jìn)行全面測(cè)試，確保設(shè)備從進(jìn)洞開始至出洞之時(shí)的連續(xù)運(yùn)行過程中，設(shè)備功能的完整性、可靠性、安全性。主要包括有：各傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的空運(yùn)轉(zhuǎn)、模擬額定負(fù)載運(yùn)轉(zhuǎn)；各傳感變送器的模擬數(shù)據(jù)測(cè)量與傳送；控制顯示系統(tǒng)的模擬操作三方面。詳見表1-2。表1-2檢測(cè)部位檢測(cè)內(nèi)容備注刀盤刀盤本體、刀具頭頭完好性；刀刀盤啟動(dòng)、空空載、模擬轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)的電壓、電電流或油壓、流流量的數(shù)值。數(shù)值的正常范圍，參參照設(shè)備廠家家給出的技術(shù)術(shù)參數(shù)。水閥開關(guān)機(jī)構(gòu)進(jìn)出水閥開關(guān)的靈靈活性、準(zhǔn)確確性；位置狀狀態(tài)顯示正確確性；油壓工工作值、極限限值。同上糾偏機(jī)構(gòu)各油缸伸縮量、位位置的可靠性性、靈活性；；位置顯示的的準(zhǔn)確性；油油壓工作值、極極限值。同上變送器及儀表進(jìn)排泥水口壓力、土土壓/泥水倉壓力力、糾偏量、機(jī)機(jī)頭轉(zhuǎn)角、傾傾角、轉(zhuǎn)速/轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)的的顯示。同上音視傳送裝置聲音音質(zhì)、視頻成成像的清晰度度和穩(wěn)定性1．3安裝與調(diào)整對(duì)設(shè)備進(jìn)行正確的安裝和調(diào)整，保證機(jī)頭進(jìn)洞時(shí)的位置和方向的準(zhǔn)確性以及在頂進(jìn)過程中主頂機(jī)架的牢固和穩(wěn)定。設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)安裝主要是主頂機(jī)架和管線的安裝，調(diào)整的重點(diǎn)是主頂機(jī)架的基準(zhǔn)位垂直標(biāo)高（基準(zhǔn)位依管材是以導(dǎo)軌或頂環(huán)定位而定）。其調(diào)整的步驟：首先根據(jù)放線座標(biāo)準(zhǔn)確安裝好激光經(jīng)緯儀，并以此開始調(diào)整主頂機(jī)架的方位。二調(diào)整主頂機(jī)架中線水平位置，使之與設(shè)計(jì)頂進(jìn)軸線垂直投影重疊。三調(diào)整主頂機(jī)架前端基準(zhǔn)位（靠近止水圈第一個(gè)調(diào)整支承點(diǎn)處）的標(biāo)高，使之符合設(shè)計(jì)要求。四調(diào)整主頂機(jī)后端調(diào)整支承點(diǎn)，使主頂機(jī)架軸線（指：定位于主頂機(jī)架的管材軸線）的傾角等于設(shè)計(jì)縱坡。五重復(fù)三、四步驟，使主頂機(jī)架軸線的標(biāo)高、縱坡完全符合設(shè)計(jì)要求為止。六調(diào)整主頂機(jī)架中間各調(diào)整支承點(diǎn)，使之均勻受力。七用高標(biāo)號(hào)混凝土充填主頂機(jī)架后靠背與后座墻之間的縫空隙。最后在管線安裝完畢后，需進(jìn)行空轉(zhuǎn)試車。按1.2要求觀察其功能，檢查泥水管線接口有否漏水。幾個(gè)重要的操作控制2．1泥水循環(huán)在泥水平衡頂管施工中，泥水循環(huán)系統(tǒng)的主要任務(wù)：一是使送進(jìn)機(jī)頭的泥水與機(jī)頭正前方的土壓及地下水壓形成平衡，防止塌方引起地陷和地面隆起。二是把刀盤切削下來的泥土，以泥水為載體連續(xù)運(yùn)送到地面。因此，泥水的正常循環(huán)是操作者第一關(guān)注點(diǎn)。2．1．1泥水循環(huán)的監(jiān)視監(jiān)視泥水循環(huán)是否正常主要有兩個(gè)指標(biāo)：流量和壓力。一、流量大小參考值與判斷。流量大小要求一般不小于80~90立方米/小時(shí)。泥水顆粒在0.25~1.5mm之間時(shí)（如中、細(xì)砂），流量取上限；顆粒小于0.2mm（如膠粘土），可取下限。判斷流量大小，可由安裝在系統(tǒng)的流量計(jì)直接讀數(shù)得出。如果系統(tǒng)沒有安裝流量計(jì)，還可以通過觀察回水出口水頭射程來判斷。如忽略空氣阻力和泥水密度變化等引起的誤差影響，其近似計(jì)算公式為：L=0.77tgα+1.26CoSα(H+Sin2α)1/2L──泥水射程α──出水射角H──出口高度例：出水射角α=30o，出口高度H=0.5m，如泥水流量Q=80~90立方米/小時(shí)，那么：泥水射程L應(yīng)在1.3~1.4米之間。二、壓力大小參考值壓力測(cè)量點(diǎn)一般設(shè)在機(jī)頭的進(jìn)水口(Pi)、回水口(Po)、泥水倉(Ph)等處。各點(diǎn)壓力可以觀察通過攝像頭傳送回來安裝在機(jī)頭的壓力表讀數(shù)或由傳感器通過變送器變送回來的數(shù)據(jù)。由于泥水經(jīng)過泥水倉后都會(huì)有一定的壓力損失。一般來說，Pi－Po≥0.01~0.03MPa；－0.01MPa≤Ph≤0.02MPa；Pi=hi×(Li＋40)其中：hi──揚(yáng)程損失系數(shù)(7.5×10-4~1.06×10-3)；Li──頂進(jìn)距離(米)2．1．1泥水循環(huán)異常的排除當(dāng)泥水循環(huán)過程中，流量或壓力指標(biāo)超出上述參考值時(shí)，就表明泥水循環(huán)出現(xiàn)異常，操作人員必須開始采取措施予以排除。異?，F(xiàn)象、原因、排除措施具體分析見表2-1-1所列?，F(xiàn)象原因排除措施沒有流量（Qi=0；Qo=0）1．水箱液面低于抽抽水口或閥門門沒打開。((Pi=0；Po=0))2．泥水管線完全堵堵塞。(Pi，Po不一定為為零)往水箱加水，把閥閥門打開。通過分配水閥反沖沖清理管路，甚甚至拆卸管路路逐節(jié)通管。流量不足（Qi、Qo低于參考考值）泥水管線開始堵塞塞。頂程過長。水泵葉片磨損嚴(yán)重重。暫停頂進(jìn)，內(nèi)旁通通沖管；通過過分配閥反沖沖清洗管路。加中繼水泵。更換水泵葉片。排泥泵振動(dòng)進(jìn)水泵與排泥泵流流量設(shè)定值不不合理。(Qi>Qo)排泥泵吸空。(QQi>QQo)排泥泵缺相運(yùn)行。(Qi>Qo；某相電流為零)將排泥泵設(shè)定值調(diào)調(diào)低或增大進(jìn)進(jìn)水泵設(shè)定值值。檢查和修復(fù)漏氣之之處并排氣。查清缺相所在，重重新接好。排泥泵有異聲或不不轉(zhuǎn)動(dòng)排泥泵被雜物卡住住。排泥泵電機(jī)過載保保護(hù)。通過分配水閥或拆拆卸管道清除除雜物。查清過載所在，按按動(dòng)復(fù)位鍵。機(jī)頭泥水進(jìn)出口壓壓差（Pi－Po）偏大主要是機(jī)頭泥水進(jìn)進(jìn)出口堵塞頂進(jìn)速度太快超過過排泥能力所所致。泥土太粘，需要更更長與水充分分混合的時(shí)間間所致。有雜物堵塞回水口口。降低頂進(jìn)速度或暫暫停頂進(jìn)。采用慢速頂進(jìn)（55~20mmm/min）或或摻砂改良土土質(zhì)。暫停頂進(jìn)，采用反反沖清除雜物物泥水冒頂根本原因是泥水倉倉壓力偏高((Ph>0..04MPPa)回水管堵塞所致。進(jìn)水泵設(shè)定值過大大。頂程過長，引起背背壓增加所致致。（L>(18.888~333.34))HL：頂程；H：覆土厚度度）暫停頂進(jìn)，采用旁旁通和反沖清清除堵塞。調(diào)低進(jìn)水泵設(shè)定值值。降低頂進(jìn)速度或加加裝中繼水泵泵。表2-1-12．2糾偏糾偏是頂管施工中必不可少的環(huán)節(jié)，操作者熟練地掌握糾偏技巧，才能使頂進(jìn)的管材軸線滿足設(shè)計(jì)要求。2．2．1軸線偏離原因與判斷頂管施工過程中管軸線出現(xiàn)的偏離，一般分為：位置偏離和方向偏離兩種。幾乎所有泥水平衡頂管設(shè)備，都可以從安裝在機(jī)頭里的光靶上的激光點(diǎn)位置來判斷機(jī)頭是否有位置偏離。激光點(diǎn)在光靶的偏離位置與機(jī)頭實(shí)際偏離位置，是關(guān)于圓點(diǎn)對(duì)稱關(guān)系。對(duì)安裝有傾斜儀的設(shè)備，可以根據(jù)傾斜儀的讀數(shù)與設(shè)計(jì)值比較大小來判斷有否發(fā)生方向偏離。產(chǎn)生軸線偏離的原因一般有：⑴進(jìn)洞前機(jī)頭方位定位不準(zhǔn)確（先天不足）。⑵洞口有較大的空腔，使機(jī)頭進(jìn)洞時(shí)發(fā)生栽頭。⑶沿線土層相對(duì)密度的變化，使機(jī)頭掘進(jìn)面受力不均勻，從而引起機(jī)頭軸線方向的變化。⑷沿線土層承載力不夠，機(jī)頭下沉。⑸泥水循環(huán)控制不當(dāng)，使掘進(jìn)面掏空，導(dǎo)致機(jī)頭前進(jìn)方向改變。2．2．2糾偏要點(diǎn)一、糾編原理利用安裝在機(jī)頭前后節(jié)之間的2~4根糾偏油缸伸縮，改變機(jī)頭前端的前進(jìn)方向后，在繼續(xù)頂進(jìn)過程中向原設(shè)計(jì)位置逐漸修正，而獲得糾編效果。二、糾偏方式糾偏方式包含兩方面：⑴伸縮哪根糾偏油缸。按照光靶上激光點(diǎn)偏離哪個(gè)方向，就將哪個(gè)方向的糾偏油缸伸出來。⑵頂進(jìn)速度快慢的選擇。土質(zhì)愈硬，糾偏時(shí)的頂進(jìn)速度愈宜慢；向下糾偏（機(jī)頭位置高偏）時(shí)，頂速度宜慢不宜快；反之，向上糾偏（機(jī)頭位置低偏）時(shí)，宜快不宜慢；對(duì)于因土質(zhì)疏松引起機(jī)頭下沉的偏離，宜采用悶頂糾偏。其糾偏距離視糾偏效果和頂力上升量而定。三、適時(shí)適量糾偏什么時(shí)候要開始實(shí)施糾偏呢？理論上只要激光點(diǎn)偏離靶心，就要實(shí)施糾偏。但實(shí)際操作上，只要機(jī)頭傾角與設(shè)計(jì)的偏離在±5%之內(nèi)，且激光點(diǎn)偏離靶心不超過1cm，就可以不作調(diào)整繼續(xù)頂進(jìn)。糾偏參數(shù)的調(diào)整原則是：依當(dāng)前機(jī)頭偏離狀況（位置和方向）而定，遵循方向優(yōu)先原則。糾偏量可用下面近似公式計(jì)算：L=0.0174D(Bp－Bs+0.02H)（當(dāng)L/D<0.042時(shí)）L──糾偏方向油缸相對(duì)伸出量(mm)；H──機(jī)頭激光點(diǎn)位置偏離量(mm)；D──管材內(nèi)徑(mm)；Bs──設(shè)計(jì)傾角度；Bp──機(jī)頭實(shí)際傾角度；最值得注意的是：為防止管間接口處脫離或漏水，糾偏角(B=arctg(L/D))一般小于2.4°，最大不能大于3.3°。操作者應(yīng)該在調(diào)整糾偏參數(shù)后，密切注意觀察機(jī)頭偏離狀況的變化情況。需根據(jù)機(jī)頭最新偏離狀況和趨勢(shì)去修正糾偏參數(shù)，盡可能避免矯枉過正。2．3刀盤扭力與頂力2．3．1刀盤扭力刀盤的扭力主要由刀盤切削土體的切削力、機(jī)頭破碎腔破碎土體的破碎力、土體與刀盤之間的磨擦阻力組成。所以引起刀盤扭力異常增大，也是這三方面的原因。頂進(jìn)速度愈快、土質(zhì)愈硬，切削力愈大。故在硬度較大的土質(zhì)（如：強(qiáng)中化巖等N>15的土質(zhì)）中頂管，應(yīng)采用慢速（10~20mm/min）頂進(jìn)。土質(zhì)愈韌硬、塊徑愈大，破碎力愈大。在此土質(zhì)（如大礫石）下頂管，如果刀盤扭力過大，就宜采用慢速和間竭式頂進(jìn)方式。土質(zhì)粘性愈大，刀盤所受磨擦阻力愈大。這就是在膠粘土土質(zhì)頂管時(shí)，經(jīng)常出現(xiàn)刀盤扭力嚴(yán)重超載的原因所在。頂進(jìn)方法有：被動(dòng)措施是采用極慢速（5mm/min）和間竭式頂進(jìn)方式；主動(dòng)措施是往進(jìn)水管內(nèi)添加10%~30%細(xì)砂來減粘。其原理就是利用這些細(xì)砂在機(jī)頭破碎腔內(nèi)與粘土攪拌混合后，土質(zhì)往粉土類改良，使粘力大幅降低。這樣刀盤所受的磨擦阻力就自然減少。此外，當(dāng)機(jī)頭回水口堵塞（Po嚴(yán)重偏?。r(shí)，因破碎腔充滿泥土，同樣會(huì)造成磨擦阻力驟升，導(dǎo)致刀盤扭力超載。2．3．2主頂力計(jì)算主頂力的方法很多，對(duì)于操作者來說，一般只需按經(jīng)驗(yàn)公式簡單估算，做到心中有數(shù)就可以了。正常情況下，平均每米管長的頂力小于2噸。具有超挖特點(diǎn)的機(jī)頭（如海瑞克AV系列泥水平衡頂管設(shè)備）頂力會(huì)更?。ㄐ∮?噸）。當(dāng)每米頂力大于2噸時(shí)，就必須注漿減阻降低頂力。頂管宜連續(xù)頂進(jìn)，暫停時(shí)間一般控制在12小時(shí)之內(nèi)。如果停頂時(shí)間超過12小時(shí)，必須每隔12小時(shí)之內(nèi)至少注漿一次（注漿量為：每平方米管材表面積0.05~0.01立方米漿液）。并在重新開頂前大量注漿（每平方不小于0.2立方米），才能取得較明顯的減阻效果，確保頂力在正常范圍之內(nèi)。否則就可能會(huì)因頂力過大造成后座墻頂裂、管材頂爆、完全頂不動(dòng)等后果而告失敗。注漿管數(shù)量和密度的設(shè)置，一般為每間隔1~5根正常管設(shè)置一根注漿管?？紫堵驶驖B透系數(shù)較大的土質(zhì)，注漿管設(shè)置要密些。否則注漿時(shí)因土質(zhì)疏松,大量漿液流失，而無法均勻附在管體外表面與土體之間去起減阻作用。番禺新丹河頂管工程在W6~W14段頂進(jìn)182.5米時(shí)，因故暫停了七天。在重新開頂前注漿時(shí)，由于暫停注漿時(shí)間太長及注漿管數(shù)量和密度不夠，注漿壓力很高，結(jié)果漿液從砂粒土層冒出地面，最終因注漿減阻效果不明顯導(dǎo)致無法再繼續(xù)頂進(jìn)，被迫明開挖將機(jī)頭取出。3．泥水分離泥水分離是應(yīng)用泥水平衡頂管設(shè)備進(jìn)行頂管施工的一個(gè)非常重要的工序。泥水分離好壞直接影響頂進(jìn)的速度和工地的文明施工。3．1泥水分離的方式在實(shí)踐中，我們分別使用過沉淀箱自然沉淀分離、網(wǎng)箱過濾分離、組合式泥水分離器等方法。自然沉淀，雖然成本低，但占地面積大，分離速度慢，不太適合廣州市市區(qū)施工工地使用；網(wǎng)箱過濾分離，成本不高，占地面積小。但脫水率不高，泥土含水量有15%左右，不宜馬上直接外運(yùn)。同時(shí)還需要吊機(jī)輔助吊運(yùn)；組合泥水分離器，分離效率高，經(jīng)分離后泥土含水量小于6%，可直接外運(yùn)。但不適用于粘度高的膠粘土和有機(jī)物含量高的淤泥。3．2泥水分離器使用保養(yǎng)要點(diǎn)一、因其包含振動(dòng)脫水部分，故防松、防共振振斷最為關(guān)鍵。篩網(wǎng)、振動(dòng)電機(jī)及偏心塊、避振器的固定應(yīng)列為每天點(diǎn)檢和巡檢對(duì)象。泥水分離器發(fā)出的異聲多與這幾個(gè)部位松動(dòng)有關(guān)。振動(dòng)角和振幅等參數(shù)，操作者不應(yīng)隨意調(diào)整，以免因共振振斷篩網(wǎng)。二、正確控制進(jìn)入旋流器的水壓（一般為0.2~0.25MPa，可通過設(shè)在水泵上的調(diào)整螺絲調(diào)整）。水壓太小，分離效率低；水壓太大，旋流器內(nèi)壁磨損大影響壽命。三、定期清洗篩網(wǎng)，