本期将重点讲述地下处理技术中的——慢速磨顶技术、开舱清除技术以及套管技术。
慢速磨顶技术
技术原理
慢速磨顶技术
慢速磨顶法的基本原理就是降低顶进速度公路定额破碎机破除钢筋混凝土,借助自身刀盘或其他辅助机构,不断对障碍物进行磨损破碎以达到去除目的。在慢速磨顶时,为增强清障效果,通常采用以下5种措施公路定额破碎机破除钢筋混凝土:
①增加后背顶力,提高刀盘切削压力公路定额破碎机破除钢筋混凝土;
②加大泥浆密度,提高携渣能力,及时清理堵塞的管道;
③采用高分子聚合物膨润土触变泥浆,提升泥浆性能,减少顶管周边摩阻力;
④注入高压水,辅助破碎障碍物;
⑤增加碎石机构或对刀盘进行相关改造,使其满足破除特定障碍物的要求,采用此措施会额外增加一定成本。
工程案例
慢速磨顶技术
白龙港南线东段污水干管顶管工程,顶管管径4m,淤泥质黏土层为主,前期探明有直径0.56m废弃PE管道,提前对顶管机进行改造,增设16把先行刀,让其接触PE管,并通过较宽锯齿进行切割,最终顺利磨除障碍物。
技术评价
慢速磨顶技术
慢速磨顶技术难度较低,对环境影响小,应用范围广,不受地质条件限制,是顶管遇障时优先考虑的清障方法。该技术适用于片石、孤石、混凝土块、废弃桩基、木桩等相对易破除的可清除类障碍物,在遇到废弃管道、钢筋、全断面大块孤石等障碍物时清障效果不明显,但可作为辅助技术与其他破障措施结合使用。
对于借助自身刀盘而进行切削的障碍物清除技术,它成本低、无需额外切削设备,但施工时要综合考虑各个顶进参数,针对变化做出相应措施,顶进时宜慢速推进,控制浆、土排量,以防止超排引起地表塌陷。对于某些特殊地层,可对顶管机先行特殊改造,虽然增大了成本,但提高了顶管机的清障能力。
开舱清除技术
技术原理
开舱清除技术
开舱清除技术的主要原理是在开挖面稳定条件下开舱进行人工、机械或爆破处理。在地质条件良好、开挖面稳定时,经过专业人士检查确定后,可直接打开清障孔进行障碍物清除。开挖面不稳定时,最常用的方法是通过气压平衡公路定额破碎机破除钢筋混凝土:气压平衡顶进中,利用气压舱所加压力和水土压力值相等,起到平衡作用;泥水平衡或土压平衡顶进中,则需在顶管机内增加气压舱。
对于粉砂层等渗透系数较大的易漏气地层,需要对地层进行加固处理:
①高压旋喷帷幕和双液注浆止水
②盐水或液氮冷冻加固
采用第一种加固方法时,需先对障碍物上的地层进行旋喷桩加固处理,并在桩间进行双液注浆,待地层稳定后,带压开舱,进行人工清障处理。采用第二种加固方法的施工流程与第一种类似,只是最后需冷冻拔管。
工程案例
开舱清除技术
汕头市第二过海水管顶管工程,采用直径2m钢管,施工中遇坚硬岩石段及体积较大孤石,大部分需全断面破碎。为此,先对上部土体进行加固,然后在开舱加压条件下再对岩层进行爆破处理。
技术评价
开舱清除技术
开舱清除技术对环境影响较小,成本较低,可处理各种可清除类障碍物,但在地下水位较高地层需提前降低地下水位。另外,采用此方法需满足人可进舱的条件。直接开舱处理清除障碍物时,所需工期短;地层加固开舱处理技术对地面场地有一定要求,相对直接开舱而言,施工周期较长,成本较高,但安全系数更高,施工时对地层扰动很小。
此外,此技术是带压作业,存在较大风险,需专业人员操作,并做好保护措施。由于掌子面暴露时间越长就越不稳定,所以,操作人员进舱处理障碍物越快越好。
套管技术
技术原理
套管技术
套管技术的原理是将管径不同的钢套管或顶管机顶入遇障顶管机外围或内部,然后进行障碍物处理。在遇障顶管机外顶入套管为外套管技术,在机内顶入较小直径顶管为内套管技术。外套管技术根据顶管机遇障时距工作井的距离分为正向套管法和反向套管法。由于钢管顶进过程中无法纠正方向与标高,故一般选取的外套钢管内径比受障顶管外径大20cm左右。
正向套管技术。施工前需对顶管机前土体进行注浆加固,顶入钢套管至顶管机开挖面前1m左右,逐步拔出已有管道,人工清除顶管机前障碍物后,再在钢套管内铺设轨道,然后重新顶进施工,顶管完成后对钢管与混凝土管之间的空隙进行注砂灌浆加固处理(见下图)。施工应注意根据土质分析其流塑及渗水状况,确定是否需要注浆或降水处理。同时,注意防止洞口止水圈拆卸时的井壁周围水土流失。
正向套管技术示意
工程案例:苏州某DN1350钢筋混凝土管污水顶管工程,开顶后至第一节管刚顶进,刀盘遇金属异物卡住,导致机头卡死,后采用直径1.6m的钢套筒顶至机头前大于1m,然后回拉出第一节管和机头,检查并处理机头故障,最终顺利解决并重新顶进施工。
反向套管技术。施工工艺与正向套管法类似,不过需在接收井内安装油缸及导轨等设备,机械或人工开挖管内土方并清除障碍物,要求钢套管完全套住顶管机头,并与顶管机机头后续管道有一定搭接距离。施工时故障机头具体位置、轴线走向、标高等数据的测定十分重要,是能否成功处理问题的关键。同时,需提前正确判断该地层是否适用于人工挖土顶管,否则需进行土壤改良处理。
工程案例:温州汤家桥北路DN1000过河污水顶管,在顶至离接收井洞门7m时遇较大钻孔灌注桩。由于地质条件较差,为保证人工顶管施工安全,先进行压密注浆处理、改善土质状况。然后在接收井安装顶进设备,并采用直径为1.4m的钢管反向顶进至遇障顶管第一节管位置,最终从接收井拉出机头。
内套管技术。采用该技术前需对原顶管开挖面土层进行注浆加固处理,然后拆除顶管机主要构件,保留顶管机壳体,在顶管内部铺设导轨,并根据工程需求顶入小直径顶管至原顶管开挖面处。接着,在内顶管与外顶管之间进行注浆封堵,并在洞口做好密封处理,防止小管顶进时水土从两管间隙渗出。待间隙浆液稳定后,即可顶进内套顶管(见下图)。
内套管技术示意
工程案例:常州戚墅堰DN1200钢筋混凝土污水顶管工程,地层以粉质土层为主,在顶进168m时顶管四周遇障,无法继续顶进。因地表无开挖条件,最终在原顶管内部顶入DN1150钢管,顶至机头位置并与其焊接。在洞口重新布设止水圈,并在机头连接处设置长约2m的止水带。最终顺利完成工程。
技术评价
套管技术
套管技术较为成熟,施工风险低,成本适中。对于地下水位较高及粉砂等松散地层,建议先降低水位并对地层进行加固处理后再采用套管技术清除障碍物。
外套管技术由于对障碍物位置要求严格,当所遇障碍物距始发井及接收井都较远时,采用此方法成本过高,故不推荐使用。
此外,当障碍物较顶管直径过大时,所需套管管径亦较大,导致套管与顶管间隙封堵工作难度增加明显,亦不推荐此工法。
内套管技术工艺流程复杂、成本较大、对地面沉降有一定影响,该方法主要针对原顶管四周遇障抱死的特殊状况,且要保障内套顶管的尺寸仍然满足原管道实际使用要求,否则不宜采用内套管技术。
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