岩石地层大口径长距离管道顶管施工技术研究白东东--中国期刊网

字体：大中小

首页> 原创作品> 正文

岩石地层大口径长距离管道顶管施工技术研究白东东

发表时间：2020/8/19 来源：《基层建设》2020年第12期作者：白东东贾烘懿李宇航

[导读] 摘要：岩石地层大口径长距离管道顶管施工技术在我国还尚未成熟，在利用此技术时，要综合其施工的地质情况、工程技术、周围环境以及机械设备等情况进行综合考量，使铺设的管道能够有效使用。

        中国建筑第五工程局有限公司湖南长沙 410000
        摘要：岩石地层大口径长距离管道顶管施工技术在我国还尚未成熟，在利用此技术时，要综合其施工的地质情况、工程技术、周围环境以及机械设备等情况进行综合考量，使铺设的管道能够有效使用。
        关键词：岩石地层、大口径、长距离、管道、顶管、施工技术
        引言：随着我国顶管施工技术水平的不断提升，穿越岩石地层的顶管施工在实际工程建设中的应用力度越来越大，由于全断面、长距离的岩石地层的顶管结构复杂，技术含量较高，所以其施工技术一直处于发展阶段。本文主要阐述了岩石地层大口径长距离管道顶管施工技术，以期提升我国顶管施工技术发展水平。
        1长距离顶管施工原理分析
        岩石地层大口径长距离顶管施工中，工作井中的油缸是土压平衡顶管机的主要动力来源，受推力的作用，顶管机不断前进。同时应用旋转大刀盘可实现土体切割，而后被切割的土体可直接送入密封土仓及螺旋运输机当中，经挤压处理后成为压缩土体，送入螺旋输送机后方可输出。顶管机开挖面中土体性质存在较大差异，因此，应充分结合土体的特性在刀盘正面及土仓内加入适量的清水、粘浆和发泡剂等材料，从而使原土体转变为泥状土。泥状土在可塑性和流动性上具有优势，且其止水效果较好。所以，采用螺旋输送机能够保证土体输出效果，该土体能够承担土层与地下水产生的压力作用，加强刀盘前土体的稳定性。
        2长距离顶管的特点分析
        首先，长距离顶管无需占用较大空间，可有效保证城市交通的顺畅运行。施工人员可结合工程实际选择不同形式的施工面，应用长距离顶管技术施工，减小工程建设对城市交通的负面影响。
        其次，长距离顶管技术施工中不会产生大量渣土，减少了工程建设对地表的损害。与传统施工技术相比，其可减少50%左右的渣土量，从而降低渣土运输过程中的成本投入。
        最后，长距离顶管施工技术在施工中产生的环境污染较少，成本较低，施工效率较高。与传统的暗挖技术相比，长距离顶管施工可减少注浆施工的次数，为了保证管道的质量，暗挖技术需要三次灌浆，采用长距离顶管施工技术后，其可在工程施工中完成灌浆环节，大大降低了浆液用量，保护了工程周边的生态环境。
        3刀盘、刀具的选择
        刀盘、刀具有着切削掘进，保证开挖管道稳定等特征。对刀盘、刀具的选择，要根据不同的地质条件及岩层硬度来选择。对大口径、全断面的岩盘泥水顶管机而言，一般要选择面板式的刀盘。面板式刀盘的结构大所示焊接箱型，在刀盘上一般会装置刀具刀座、碴石出口、添加剂注入口以及于主轴承相连接的小部件。刮刀或是刮碴板一般会布置在面板的碴石出口两端，并且滚刀布置面板就是刀座。
        滚刀的主要作用是破碎岩体，其工作原理是依靠刀具在快速滚动时产生的冲击力及碾压力对岩石进行破碎处理。另外，滚刀只可以滚动，不可以做其他改变，同时，在安装上也要充分考虑到其周边滚刀的角度，进而在确保滚刀有固定切削直径的状态，延长其自身使用寿命。在配置上，要在其周边添置更多的滚刀，并要保持各个滚刀之间有合理的间距，间距太大，滚刀之间就会产生“岩脊”现象；如果间距太小，滚刀之间就会有碎石出现，从而降低了破岩的功效。正刀的刀间距在50～120mm，对于软岩层取大值，硬岩层取小值。石灰岩地层的刀间距取80mm，花岗岩地层取50mm，在综合布置时刀间距取70mm为宜。除此之外，在刀盘中心的位置要设置多刃组合的滚刀，保证滚刀在旋转时有充足的出碴槽，以确保碴石块能够进入顶管机内。

期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆

        4泥浆的配置与泥浆管的布置
        在岩石地层中进行顶管技术施工，需要使用膨润土泥浆。这是因为膨润土泥浆能够有效地减少管道中一些悬浮在泥浆中的摩擦阻力。膨润土主要分为钙基与纳基两种，在其含量相同的状况下，钠基膨润土泥浆所含有的极薄硅酸盐叠层片的数量,是钙基膨润土泥浆的十五到二十倍。此种极薄硅酸盐叠层片能够有效提升膨润土的膨胀性能，改变其在溶胶状态中的流动性，及在凝胶状态中的固定性，所以钠基膨润土更适合用于岩石地层的顶管工程中。在施工中使用膨润土泥浆时，要按照不同的岩层进行配置，其粘度计600r/min读数≥30，在粗砂层的漏斗黏度要保持30s，岩石层则要保持35s。膨润土泥浆的布置，岩石地层的顶管与一般地质的顶管不同。一般的顶管在机器前端出现泥浆套后，机尾只要进行补浆即可，进而使及其能够加长顶管配置距离；而岩石层顶管在其顶进过程中需要将铺设的管道漂浮于泥浆之中，在之后布置泥浆管时，要按照4m左右的距离将其布置在套管中，以此来保证管道在整体顶进施工中，能够在部分或全部里程中填满泥浆，使其能够符合管道悬浮的技术需求。
        5顶管设备的选择
        顶管设备的质量对大口径、长距离的岩石地层顶管施工成败起着决定性的作用，要根据实际的地质条件来选取顶管设备。现阶段，最适合长距离、大口径的岩石地层顶管设备是泥水平衡顶管机。但是由于此类顶管设备种类较多，配置上也大不相同，所以在选择上依旧要按照实际情况进行选取。例如，我国DBNP系列、NPD系列及NSD系列的泥水平衡顶管机，适合在黏土、砂砾土或N值较大的硬土中使用，在岩石顶管中不能够使用，适合岩石顶管使用的是YSD系列。另外，岩石泥水平衡顶管机的刀盘形式、刀具布置等不同，其适用的地质条件也大不相同。通过有关研究发现，国内、国外的岩石泥水平衡顶管机，不论是刀具形式，还是背后换刀都有较大的差异性。所以在实际施工中，施工人员要根据地质情况、刀具种类及硬度等情况进行综合考量，选取最佳的岩石泥水平衡顶管机，确保其能够进行长距离、大口径的岩石顶管施工工作，进而降低施工安全风险及经济成本损失。
        6控制技术
        顶管施工技术能够用在直线和曲线的管道中，但在具体施工中要进行针对控制。对直线顶进工作而言，要对其进行小幅度的控制，使其顶进路线的偏差减小；对曲线顶进而言，要控制其方向的变化。
        岩石地层的顶管控制大多是在刀盘转动切削过程中或调整千斤顶的过程中进行的，与一般顶管控制不同，一般顶管是通过停止刀盘的转动进行控制，而岩石地层的顶管需要克服千斤顶偏离的问题，在其控制过程中，只要是利用刀盘转动前进的方向，及不同关节间所设置的木环衬垫具有的弹性进行调整。对直线岩石地层的顶管施工而言，其难点是如何避免细小岩粒、岩粉进入管道，造成机头卡住状况。因此，刀盘在设计上的间隙要保持在70～80mm。对弯曲岩石地层的顶管施工而言，要按照不同曲线半径加大其刀具间的间隙，对弯曲半径为300m的管道，要保持刀具间隙在50mm左右。但是整条管道要全部按照刀盘的切削路径进行前进，进而保证铺设的管线符合设计及规范要求。
        结束语：顶管施工技术主要根据实施工程的地形地貌、地质条件、周边环境状况及具体施工情况等因素进行选择。对岩石地层开设大口径、长距离的管道，需要使用封闭式的顶管，采用有多次破碎功能的岩盘泥水顶管机切削前方岩体，而后方要根据地质的实际状况，将不同油缸筒或是气压仓等作为辅助措施，助其推进。
        参考文献：
        [1]刘庆新,李默,吕洪丹,等.岩石地层大口径长距离管道顶管施工技术[J].石油工程建设,2014,40(1):38-41.
        [2]张继元.管道顶管施工安全技术要点浅析[J].中华建设,2017(7):146-147.