氣動夯管法施工水平凍結(jié)孔技術(shù)

氣動夯管法施工水平凍結(jié)孔技術(shù)摘要:氣動夯管法以其地層適應性強、對地表影響小、操作方便、施工成本低等優(yōu)點在水平凍結(jié)孔施工中得到了推廣應用。介紹了氣動夯管法施工水平凍結(jié)孔的工藝原理及施工工藝。簡介了近年來用該技術(shù)施工的主要工程概況,并與鉆進法進行技術(shù)經(jīng)濟比較。經(jīng)過對比分析,在松軟、含水量大的地層中,采用氣動夯管法施工水平凍結(jié)孔比鉆進法更具有一定的優(yōu)越性。關(guān)鍵詞:管線施工技術(shù);氣動夯管法;夯管錘;水平凍結(jié)孔

氣動夯管技術(shù)是現(xiàn)代非開挖鋪設(shè)管線技術(shù)的一個分支，適用于排水、自來水、電力、通信、油氣等管道穿越公路、鐵路、建筑物和小型河流的非開挖鋪設(shè)。它是一種特別適合當前我國非開挖地下管線施工領(lǐng)域的簡單、經(jīng)濟、有效的施工技術(shù)。特別是當水平凍結(jié)孔所處地層為砂性土、淤泥質(zhì)黏土、粉質(zhì)黏土、粉土等松軟、含水量大且承壓大的土層時（如上海地區(qū)），利用夯管法施工技術(shù)在保證施工凍結(jié)孔少出泥、控制施工對地層的擾動以及施工安全等方面有明顯的優(yōu)越性。2002年以來，采用氣動夯管技術(shù)，替代傳統(tǒng)的鉆進法，進行水平凍結(jié)孔施工，先后完成了上海地鐵明珠二期楊樹浦路—浦東大道區(qū)間隧道聯(lián)絡通道及泵站（黃浦江底）、上體館站穿越段、上體館站—宜山路站區(qū)間泵站、成山路—高清路區(qū)間聯(lián)絡通道及泵站、天津土城及下瓦房聯(lián)絡通道及泵站等工程，取得了良好的效果。1工藝原理

氣動夯管法施工水平凍結(jié)孔,即利用空壓機驅(qū)動氣動夯管錘沿導軌（設(shè)計路線）將凍結(jié)管直接夯進土層中。在凍結(jié)管夯進的過程中，一邊擠壓土體，一邊克服地層與管體的摩擦力，使凍結(jié)管不斷進入土層，直至設(shè)計深度。該方法所使用的主要設(shè)備是夯管錘。它是一臺低頻、大沖擊功的氣動沖擊器，借由壓縮空氣驅(qū)動,將要鋪設(shè)的鋼管沿設(shè)計路線夯入地層。在凍結(jié)管夯進時，其受力分析如圖1所示。圖1中，P為凍結(jié)管受到的沖擊力；F為凍結(jié)管管端阻力；f為凍結(jié)管與土層接觸面之間的摩擦力；N為土體對凍結(jié)管反作用力；G為夯入凍結(jié)管的自重。凍結(jié)管前進的條件：P>F+f。

上兩式中：μ為土層與凍結(jié)管間摩擦因數(shù)；d為凍結(jié)管外徑，m；γ為土的重度，kN/m3；h為管頂以上覆蓋土厚度，m；l為夯入凍結(jié)管長度；φ為土的內(nèi)摩擦角，（°）；c為土的黏聚力，kPa。由式（1）、式（2）分析可以看出，凍結(jié)管夯進過程中的阻力與夯入長度、管徑、土重度、埋深等直接有關(guān)。2施工工藝2.1夯管前的準備工作

1)認真做好現(xiàn)場調(diào)查。盡可能詳細了解聯(lián)絡通道所處地層的地質(zhì)資料及地面建筑物和地下管線情況。

2)詳細了解水平凍結(jié)孔的設(shè)計位置及角度,掌握水平凍結(jié)孔夯管施工的技術(shù)要求及質(zhì)量標準。

3)配套設(shè)施要完好適用。其中,空壓機排量要求不小于6m3/min，工作壓力不大于0.8MPa；貯氣罐的容積不小于0.6m3，保證夯管錘工作壓力穩(wěn)定。高壓膠管為2根，長20m、直徑50.8mm（也可用無縫鋼管代替）；3根，長20m、直徑38.1mm，耐壓都要求不小于1.0MPa。擊帽可根據(jù)水平凍結(jié)孔的管徑配套使用。

4)安裝孔口止水裝置。水平凍結(jié)孔夯管施工前,需要采用二次開孔工藝，在隧道管片上安裝孔口止水裝置（如圖2中詳圖A所示），以防夯管過程中凍結(jié)管與管片之間大量出泥、出水。施工時采用金剛石取芯鉆在管片上開孔。一次開孔深度250mm左右，不鉆透管片，下入孔口管，在孔口管的魚鱗扣上纏麻絲，均勻砸入250mm，再用膨脹螺栓把孔口管與管片固定，安裝閥門后再進行二次開孔，直至開透管片。開透管片后退出開孔鉆頭，關(guān)閉閥門。2.2施工步驟攻醬鑼水平凍結(jié)孔夯蚊管施工按以下注步驟進行。裂搜1還)暈搭建夯管錘支曉架三,殼傭安裝導適軌勝,牙海將要夯的鋼管臣插入孔口管。層膊2診)療按凍結(jié)孔設(shè)計參方位要求調(diào)整皂導軌的方向和步水平筋度揉,擁頃將導軌與支架辣固定牢固。夯囑管機導軌安裝智在專用升降架寄上，如軌圖鼠2靠甩所示。每若3棵)間安裝張緊旗器厲,緣肚用張緊器將夯么管錘與凍結(jié)管萌拉緊使之成為確一個整體。在編孔口管中插入單前端密封的第總一節(jié)管材并用拳緊繩器與夯管族錘連接所（陰放見拋圖丸銷3窗），壓緊孔口尖密封裝置，打腐開孔口閥門，伍準備夯進。際得4晴)嚼氣動夯管錘注別油器中加滿潤營滑機油。珠智5活)鉛夯進第一根鋼烈管。啟動空壓麥機脅,鏟轎打開夯管錘主系進氣閥，慢速藥啟動夯管錘，火在鋼管進入地親層蒸序2m凡涂時調(diào)整鋼管的旬水平、垂直位餡置，然后完全爭開啟夯管錘進請氣閥，全速夯攏進鋼管。為了光保證夯管敲（埋游或鉆進）精度翻，開孔段是關(guān)暫鍵。夯進配前餐貫2m害淺時，反復校核卷凍結(jié)管方向，潮調(diào)整夯管機位坦置，用精密羅誦盤或吊線檢測獨偏斜情況，如呼垂直與水平角煙度偏差不超扭過芹0.5歸°廳，則可繼續(xù)夯希進。夯管機應粗離孔口遠一些貴為宜。凍結(jié)管狗下入孔內(nèi)前根怖據(jù)鉆孔深度選噸擇配管，根據(jù)繡施工場地大小乘，每節(jié)管材長娃度績?yōu)橛?.洞0芒～叮2.5m絲震。夯進過程中蒜，如阻力大，積可以打開閘門慢，讓少許泥從陶閘門中擠出。尚蕉6耀)慌第二根鋼管焊循接和補口補傷潤。第一根鋼管窯夯到預定位置杯后，釋放夯管郊錘內(nèi)余氣，撤德去張緊器，觀時察夯入鋼管的惠偏斜情況，退券出夯管錘，卸跟掉擊帽。在第往一根鋼管尾部伏砸入內(nèi)襯管箍級，在導軌里放齒入第二根鋼管錘，將其在襯管禮處與第一根鋼毛管進行組對焊濃接和補口補傷勤。焊之前，接湯頭處均打磨磁成月45泰°繩坡口，用直角稠靠尺檢查并保析證凍結(jié)管的同殺心度。操作均剖應按設(shè)計要求刻和施工規(guī)范進徒行。焊完后，悄用羅盤和吊線懸檢查凍結(jié)管垂沖直及水平偏斜韻情況，要求保味證對口的質(zhì)量千。益舍7)并碧夯進鋼管至設(shè)軍計要求的長度號。補口補傷完嚴成墻后乞,退漏按照上述步約驟刻1)秘抖～棋5)幸女夯進第二根鋼萌管。如此重復大操作到夯進至亞設(shè)計要求的長查度。夯管過程揪，要求連續(xù)進嚼行，不宜中途慣停止，盡量減泄少作業(yè)間歇時沉間。因為間歇畫時間過長，會因造成土層和管溫外壁粘在一起飾，從而使夯進刑阻力增大。更舅重要的是地層罩的不穩(wěn)定，存歪在著一定的施悄工風險。出還8猴)屬封孔注漿。夯產(chǎn)管結(jié)束捷后品,嫂幫通過孔口管上捉的旁通閥進行躬補漿。方法是辨先同注牌1總∶社1班的單液水泥漿鬧，然后再用配拒比慌為貸1予∶豬0.5祖的水越泥叼—耍水玻璃雙液注士漿封孔。施蛙9趣)秤測斜及打壓。汽夯好凍結(jié)管拒后熄,性斧用經(jīng)緯儀進行甜燈光測斜，同戴時復測凍結(jié)孔恢深度，并進行鐮打壓試漏。凍統(tǒng)結(jié)孔試漏壓力母控制傷在文0.棋7別～峰1.0M恨Pa揚稅之間，穩(wěn)定昏30m筒in裙抄壓力無變化者壽為試壓合格。矩3偏蠟夯管法機具設(shè)殿備及勞動力配棍備芳銳飄主要機具設(shè)備射有譜:1童技臺空壓絞機以,若雪規(guī)敢格唉丸6m挑3羽/h;賀1土臺夯管錘，型龜號爽H190勤/H30遼0禁；部1黃酷臺經(jīng)緯儀猛；迎2疤裕臺電焊機，型臉號突BS-40凍0炒；峽1壯哥臺試壓泵委；臭1快槽臺套絲機。蛾稠方勞動力配萄備功:邀慎鉆刊工囑15植劑人裙,音遺電哄工減1膚筋人俱,叉吼焊戀工氧2予住人令,峰機修世工展1白墊人，測量貼員變1灰糖人。民4度蜂夯管施工效率絞和質(zhì)量立師黃上海地鐵明珠彈二期楊樹浦領(lǐng)路山—捎浦東大道區(qū)間廳隧道脆聯(lián)絡通道位于舟黃浦江底，通鐵道部位主要為存⑦諸1-1丘砂質(zhì)粉土。該眉土富含飽和承笑壓水，水壓大決、滲透性好，屠容易引起水、卡砂突出，而一蠶旦出砂出泥，銳就存在著很大擁的安全隱患。短在該工程水平稿凍結(jié)孔施工時膀，前期繭（鄰型上部及兩側(cè)）窄二十多個凍結(jié)蠢孔采用的是鉆騾進法，后因出揉泥砂多而被迫尼停止施工。領(lǐng)低碗經(jīng)過安全、技衰術(shù)和經(jīng)濟的比佳較惹,舟衡首次將氣動夯揮管法引入水平始凍結(jié)孔施工，招代替了傳統(tǒng)的撤鉆進法，較好桶地解決了凍結(jié)芝孔施工出砂出雕泥的問題，并揚且通過隧道變作形監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，浮與鉆進法相比令，收斂位移要汁小，對地面沉歷降變形起到有若效控制作用。芝經(jīng)過幾年來的淺技術(shù)攻關(guān)及創(chuàng)蒙新，氣動夯管蜓法施工水平凍爛結(jié)孔技術(shù)日益墨成熟，并且在島工程中得到了晨廣泛的應用。奴亞杜通過近年來的建夯管法施工水零平凍結(jié)孔的實劑踐瞇,案睬在相同的條件皮下，夯管速度皆一般可決達許4責濱個蓄孔渴/喬d駝，甚至可達始到濕攤6峰～碰9恰卻個駕孔密/紫d譯；而用鉆進法禿施工一般不超陷過傲添4辦個黨孔匹/擠d趨。近年來利用贈氣動夯管法施左工水平凍結(jié)孔律主要工程的概穴況如莖表箱1曲敢所示。命表花1絲牢中，一次成孔頭合格率主要是抗檢查凍結(jié)孔的被偏斜、終孔間龜距以及打壓試旬漏。創(chuàng)積敵由室表閱1劇員可以看豬出用,鐵潔夯管法施工水霉平凍結(jié)孔的施啞工效率和質(zhì)量坡還是比較高的蹲。對于一次夯緞管偏斜不合格說的凍結(jié)孔，可肆以通過打補孔炸加以彌補。衰5陡淘夯管法與鉆進副法的比較免哨襖與鉆進法相岸比幸,貨乏氣動夯管法施損工水平凍結(jié)孔納的最大優(yōu)點是饑對地層擾動小沖，能有效控制糠地面沉降。以列成山黑路蛋—渴高清路聯(lián)絡通勸道為例，在夯腰管期間聯(lián)絡通爸道部位的地面肝累計沉降最大疾值攪阿3.5m潤m正牧，而劍楊吼—咸中聯(lián)絡通道使矩用鉆進法施工旬水平凍結(jié)孔時裳，地面累計沉承降最大值陰為栽晚12m棗m攻磨。與鉆進法相物比，采用夯管練法施工水平凍予結(jié)孔在技術(shù)經(jīng)毯濟方面有明顯每的優(yōu)越性塘（以覆見息表膚例2損）。從窄表羅2姐測可寒知驅(qū),鼠恥施工水平凍結(jié)陳孔存在的主要渠問題是凍結(jié)孔虹較深時衰（母易大互于氏樸20m降塵）偏斜精度不巡易控制。6結(jié)語丘瞧傷用夯管法施工屈水平凍結(jié)孔的貝關(guān)鍵問題是控題制其偏斜度，媽控制終孔間距蹲，以保證凍結(jié)艦帷幕的形成及糾強度，特別是存當凍結(jié)孔較長摘時尤其重要。史根據(jù)近幾年的卸工程施工實踐擋，提高夯管精寸度的措施如下林?；鞄?予)堪保證開孔精度蕉。開孔后復測胞開孔孔位和偏竹斜。急控2徐)蜻在保證凍結(jié)管凝連接精度的前鄭提察下返,阿侵必須保證第一雀節(jié)管的夯進精永度。夯進第一懸節(jié)凍結(jié)管時，仆凍結(jié)管和夯管過錘要成一條直級線，且夯進速像度要慢一些，決并隨時校核其厲偏斜度。扎慎3宜)戚施工長凍結(jié)孔栽時條(盆20m海見以弄上勵),魚鼠夯管角度適當歲略上抬，以消卵除由于凍結(jié)管同自身重力作用贊而引起