机械顶管工艺在市政污水处理工程中的应用

摘要:拟建南宁市江北片污水管网高新区污水管工程部分路段采用机械顶管(泥水平衡顶管)处理,其具有距离短、深度浅、工期紧、难度大等特点,于此,文章根据既往施工经验决定使用偏心破碎泥水平衡顶管掘进机,结合注浆减磨技术、管口对接技术、顶进控制技术、应急技术
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  摘要:拟建南宁市江北片污水管网高新区污水管工程部分路段采用机械顶管(泥水平衡顶管)处理,其具有距离短、深度浅、工期紧、难度大等特点,于此,文章根据既往施工经验决定使用偏心破碎泥水平衡顶管掘进机,结合注浆减磨技术、管口对接技术、顶进控制技术、应急技术措施等,以保障机械顶管施工安全、进度和质量。
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  关键词:机械顶管;市政工程;污水处理
  中图分类号:TU992 文献标识码:A 文章编号:1009-2374(2014)10-0064-02
  拟建南宁市江北片污水管网高新区(丰达路、高新东三路、科园东十一路等)污水管工程,管线总长度为11941米。根据设计图纸污水管道工程地质勘察报告得知:顶管穿越土层主要有红粘土、红粘土,施工前观察施工现场的地形地貌、周围建筑物和地下管线分布位置等特点,结合工程范围内的水文地质条件,决定采用机械顶管(泥水平衡顶管)处理部分路段。
  1 机械顶管基本原理和技术特点
  机械顶管指利用主顶油缸和中继间顶进力,把工具管或者掘进机从工作坑直穿土层顶进到接收坑后吊起,然后将管道埋设于两个工作坑之间的施工技术,主要包括气压、土压和泥水平衡三种工法。泥水平衡顶管指利用水力、机械力等外力切削泥土后输送弃土,并利用泥水压力抵消地下水压力、土压力的机械顶管技术,其基本原理是:储存一定压力的泥水于泥水仓中,使挖掘面表层形成一层不透水的泥膜,以阻止泥水向挖掘面渗透并保证挖掘面整体稳定;同时,依靠泥水本身压力以平衡地下水压力和土压力。由此,结合本工程实例,将机械顶管施工技术的主要特点表述如下:一是施工区域狭窄,机头调运空间小、次数多;二是顶管区域覆土浅、车流大,因动何载持续、变化不断易造成各种工程事故;三是施工深度浅、工期紧、难度大以及地下土质差,须确保文明施工、安全施工和交通安全;四是机械设备重量大且用电量多,须注意支护安全及电器设备的运行安全等。
  2 顶管掘进机选型
  本工程因施工安全、质量、工期等方面要求高,结合既往施工经验和成功技术,决策采用NPD-B1000、NPD-B800、NPD-B500型偏心破碎泥水平衡顶管掘进机,其主要特点如下:(1)适用砂土、卵石土、粘质土、软岩等多种土质条件,满足本工程机械顶管的施工需求;(2)顶管机、泥水循环系统、泥水分离系统与主千斤顶成套配置,不仅可以组成操作灵活、密封性好的分离系统,而且能节省安装空间;(3)采用地面遥控操作系统,可在控制台上进行方向控制与施工监测。
  2.1 注浆减磨技术
  机械顶管过程中的摩阻力主要由工具管切土正压力、管壁摩擦阻力及工具管气水压力等组成,本工程使用注浆减磨技术进行顶力控制和阻力降低,其基本原理是:于管壁与土壁的缝隙间注入触变泥浆,不仅减少管壁与土壁之间的摩擦力使顶进力增大,而且形成泥浆润滑套以防止崩塌事故。触变泥浆由膨润土、碱、水等成分配制,特殊要求下可适当掺入石灰膏、缓凝剂和塑化剂等外加剂,使触变泥浆固结增强并在输送和灌注过程中具有良好的流动性和可泵性。触变泥浆使用注意事项如下:其一是注浆孔的布置根据管道直径大小确定,每个断面宜设置3个左右注浆孔;其二是灌浆压力必须按实际情况调整,并按灌浆孔前后顺序依次进行灌浆;其三是当灌浆过程中出现接头渗漏、管路堵塞、机械故障等问题时,处理后方可继续顶进。
  2.2 管口对接技术
  管口对接技术指泥水平衡机械顶管施工过程中遇到转弯时的施工工艺。实际施工中,首先是注意管节的选用和按照有关规范现场检查验收管材,如发现不合格品坚决予以退回处理,为管口对接质量提供材料保障;并在管材运送、搁置、起吊等移动过程中,使用专用护具以防止管接口受压变形。其次,管口对接前检查管节接头尺寸、橡胶圈、衬垫板等部位,确认其外观和质地是否合格。最后,在接口处涂抹薄层硅油等对橡胶无侵蚀性的润滑性材料,均匀加力以保证与上节管的钢套环同轴度,并且保证橡胶圈不反转、不移位、不露出;顶管结束后,在管口处抹成一个光滑的渐变面并于管内间隙处填充弹性密封膏。承上,管口顶进过程中,必须随时注意和观察管材余量情况,如果发生供应不及时、不到位现象,则易使周围土体固结而摩阻力增大,严重时甚至会出现轴线偏差和机头沉降问题。
  2.3 顶进控制技术
  顶进控制技术指对顶进过程中轴线偏差、精度、坡度和方向等方面进行的技术控制。本工程测量技术要求为:中心控制精度达到1/70000或者符合工程测量四等三角网的相关技术要求;高程控制精度符合国家三等水准测量的相关技术要求。
  承上,顶进控制的主要步骤如下(注:水准仪、经纬仪经校核合格后方可使用并须定期校核):(1)测量定线:依据工程项目部提供的交桩导线点和线位,确定并放出施工中心线、工作坑中心线和接收井中心位置,高程控制必须设置临时水准点以满足精度要求;(2)复核定线:复核测量图纸是否符合设计图纸,若复测偏差值符合相关规范要求,方可将成果及定线成果图报监理审批;(3)复核水准点:每次进行测量时,对临时水准点进行闭合测量,若闭合差复测合格,及时报监理审批;若闭合差复测不合格(大于±12K1/2),则不得使用;(4)控制管道中心:中心复测合格后,设置中心控制桩并做明显标志(例如砌砖保护等);(5)控制管道高程:水准点复测合格后,在工作坑内设置不少于2个的临时水准点,供施工过程中使用,另外,其测量结果须进行闭合效核后方可使用;(6)复测顶管中心、高程:顶管施工过程中,须定期复测井内中心线和标高桩,以防止顶管反作用力下井中心发生偏移。
  最后,顶进过程中的方向控制指操作机头纠偏,始终保证激光点在二号光耙的中心,即方向控制步骤与要点如下:第一是严格的放样复核,做好原始记录。顶进前必须遵守严格的放样复测,坚持施工组测量员→项目管理部→监理工程师的三级复测程序,确保测量准确性和精度标准;第二是及时调整并定时复测布设于工作井后方的仪座,以必须避免顶进时其发生移动、变形、跑偏情形;第三是顶进纠偏控制必须遵循“勤测量、多微调、勤纠偏”的原则,合理设置偏差警戒线,使纠偏角度始终位于10′~20′之间;第四是初始推进阶段方向主要由主顶油缸控制,应控制主顶推进速度保证质量,而且要不断调整油缸编组和机头以满足纠偏标准;并不断测量工具管的高程转动方向,使管道按照设计高程和要求方向顶进,及时根据测量结果而调整纠偏千斤顶,使机头改变方向按设计轴线顶进,从而实现顶进方向的控制;第五是顶进施工前,应提前制定坡度计划,事先计算每一米、每节管的标高位置,预测顶进过程中的故障问题并制定解决方案,以保证符合设计坡度要求和质量标准。另外,因本工程采用激光定位,则须保证激光束中心、高程校核准确性;而且部分顶管段因穿越道路可能导致路面沉降,因此必须在附路管道中心线和两侧位置设沉降观测点并定期观测,以便发现问题及时采取相关应急处理措施。
  2.4 应急技术措施
  应急技术措施指泥水平衡机械顶管施工中遇到不同地质情况或者其他特殊情况时的技术处理,主要有下述四种情况,第一是发生土质突然变硬情形时,须通过掘进机上的加泥孔向土仓内加入水或泥浆;第二是发生土质突然变软的情形时,须连接把前三节管子和工具头,使其组成统一整体以增加刚性,避免机头因土质变软发生突然沉陷故障;第三是顶管施工过程中,一旦发生异常的偏差或纠偏失效,首先必须在允许偏差标准以内立即停止施工,然后在如实汇报情况后分析原因、找出对策、解决故障,方可继续顶进而不可采取盲目行动;第四是顶管施工过程中,一旦出现管顶底土承载力过低或者为松散土层时,必须对管顶和管底部位进行灌浆
  处理。
  3 结语
  综上所述,机械顶管工艺首先必须考虑具体的工程地质条件和水文地质条件,结合机械顶管工艺的原理和特点,选取合理的顶管掘进机选型;其次应在顶进过程中利用注浆减磨技术、管口对接技术、顶进控制技术等保障机械顶管施工安全、进度和质量;最后当发生不同地质情况或者特殊情况等则可使用应急技术措施予以适当处理。
  参考文献
  [1] 程新涛,王刚.顶管技术在污水处理工程中的应用[J].西部探矿工程,2008,17(8).
  [2] 王刚,赵建粮,袁海英.污水治理工程中的顶管支护施工[J].岩土工程界,7(11).
  [3] 颜纯文.非开挖铺设地下管线工程技术[M].上海科学技术出版,2008.
  作者简介:陈莲(1977―),女,广西壮族自治区冶金建设公司工程师,研究方向:市政工程。

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