提高特殊地质机械顶管每日顶进效率的研究

提高特殊地质机械顶管每日顶进效率的研究

杨西静

陕西华山路桥集团有限公司陕西西安 710016

【摘要】 伴随着机械顶管技术在市政工程管网工程建设中广泛运用，穿越遇到的地质、地下水及地面环境等情况越来越复杂，文章结合和施工中遇到的情况，通过将顶管施工技术与各种地基加固技术进行有效结合，解决了在特殊地质情况下的顶管问题，提高了特殊地质条件下每日顶进效率。  

【关键词】 顶进速度 处理泥浆 泥浆分离器 摩擦阻力

【正 文】

1、工程概况

某市政污水干管工程是第一污水处理厂进厂管道二期工程管道长度11公里，管径2000mm-2600mm，埋深约11.69米~13.15米左右，设计线位位于道路中心线，全部使用顶管施工。

2、地质简介

参照本工程《工程勘察报告》场地地层自上而下一次由第四系全新统人工填土。冲洪积黄土状土，粉土、中粗沙土，上更新统冲洪基粉质土，中粗砂及中更新统冲湖积粉质粘土，中粗砂等构成,从地勘图中可以看出，设计主体管道的管体、管顶、管底均有沙层出现，或有不同程度的杂填土、淤泥、卵石，为特殊地质。

3、存在问题

影响机械顶管日完成效率的关键问题是“顶进速度慢”，根据现状调查得出平均每日顶进10米，最长顶进25米，现场处理泥浆太慢、顶管机出泥管容易堵塞、顶进中摩擦阻力大顶进顶进速度慢的主要原因。

4、实施措施

（1）泥浆、渣、水分离：

现场砌筑泥浆池，根据出泥量的大小，计算泥浆池的大小。按照机械顶管每天顶进14.6m计算，D2600mm机械顶管每天的出土量为：3.14*1.56*1.56*14.6=111.6m³，将111.6m³土转换为泥浆排出约111.6*3=334.5m³，施工现场需有四个泥浆沉淀池，尺寸均为15*3*2m，泥浆存储量为：15*3*2*4=360m³，满足每天的出泥量。

（2）分离方案和方法的选定

经过考察市场上有泥浆分离器，泥水分离器每小时额定泥浆处理量按照：15m³/h，24小时泥浆处理量为：15m³/h*24h=360m³因此泥浆处理能力大于泥浆产生量，完全可以100%处理完成，而且泥浆静液池中的泥水可以循环使用，将大大提高泥浆沉淀池的使用率，不会因处理泥浆停工而影响日顶进长度，影响总体施工进度。选定泥浆分离器分离法处理泥浆，选用RMT100泥浆处理设备。

（3）现场安装调试泥浆分离器

①振动筛安装：作为首道分离系统，其主要作用是将浆池中粗大颗粒进行初步分离，利用振动筛的振幅通过物体抛物运动轨迹将弃渣土排出，并为下一道旋流分离进行预分筛。振动筛模块由筛箱、筛网、振动电机等组成；其处理能力和分离粒度的指标，由筛网的结构形式、激振子频率和振幅来决定。该型设备的振动筛共有2级，为上下2层布局；下层为粗筛层可分离出2mm以上的颗粒物，上层为细筛层可分离出0.3以上的颗粒物。所有筛分出的颗粒物，均通过卸料槽排出，由于弃渣已通过筛振实现脱水，因此可以实现弃渣环保运输的要求。

②旋流分离安装：由旋流分离器、支架、渣浆泵—电机组和阀门等组成。由于旋流分离器本身是无动力的,流体要靠其他设备在一定的压力下使其切向进入旋流器，在旋流器内部高速旋转，近中心处产生负压，密度小的微小颗粒从上溢口流出，密度大的较大颗粒从下溢口排出。旋流器口径不同, 产生的负压大小也不同，因此分离的颗粒大小也不一样。“RMT100泥浆处理设备”所选的旋流分离器其分离精度为40μm，其目的就是为满足在制浆过程中针对不同地质土层里分砂、分泥的要求。在处理能力方面，RMT100泥浆处理设备综合处理能力可达到100m³/h ，可完全满足泥浆护壁施工中，单台旋挖钻机或连续墙施工的作业需求。

③架体安装：作为上述2大模块的承载平台，其长、宽、高，分别为：3.2m×1.6m×2.3m，整体结构平稳便于专场运输。

（4）顶管机出泥管堵塞

①出泥管管口加设钢筋格栅

泥水平衡式顶管机中，刀盘与主轴之间有一个偏心距e，而中心刀、刀排、切削刀头与主轴是同心的。所以，假设刀头切削下来的强风化砂岩的颗粒较大，不会直接进入泥水仓，大颗粒的石块在破碎腔内被破碎成，比隔栅孔小的颗粒，才能通过隔栅进入泥水仓。这样，使排泥管不会被堵塞。格珊采用20mm@10mm*10mm钢丝网片。

②在机头前方加设高压水枪

将土层的强度降低，含水量增大，以利用旋转刀盘上的刀片将土层切割成为泥浆，同时泥浆也会变稀，这样排泥管也不会堵塞。 

通过现场应用，高压水枪对杂质土的冲涮及稀释变成泥浆很快被带入下游的出泥管流出，效果很好，达到了我们的目的。

（5）解决顶进中摩擦阻力大

混凝土管材在顶进过程中和周围土体产生滑动摩擦，随着顶进距离的增加且摩擦力也随之增长，为降低阻力特采用在管外壁涂刷石蜡的方法。将石蜡和10%柴油混合在一起放在铁桶上加热，将石蜡融化，趁热将溶液用毛刷均匀的涂刷在管外皮上，形成一层乳黄色的滑模，形成隔膜层。

触变泥浆减阻是通过注浆系统将触变泥浆注入管材外部，使管外壁与土之间形成一个比较完整的浆套，从而减小顶进中的摩阻力。本工程根据土质情况采取触变泥浆配合比是膨润土：水：纯碱=1：7：0.03。在顶管机头后连续放置4个每根有均匀布置3个注浆孔的前置管，此后每三节管设一个带注浆孔的管。开始注浆时，压力控制在0.1MPa，此后逐渐加压，最终控制在0.5MPa以下。注浆量是管道与周围土层之间的环形间隙的1.5倍计算。压浆总管用φ50mm白铁管，除工具管及随后的4节混凝土管节外，压浆总管上每隔6m装1只三通，再用压浆软管接至压浆孔处。实际施工中管道外壁与土的平均摩阻力为1.22kN/㎡，远远小于《给水排水工程顶管技术规程》规定的最好减阻效果3KN/㎡，也远小于《顶管工程施工规程》规定的最好减阻效果2KN/㎡，说明本次顶管注入触变泥浆起到了很好的减阻效果。

【结论】 通过泥浆、渣、水分离系统系统的使用，解决顶管机出泥管堵塞及顶进过程中摩擦阻力大的问题，使得管道周围的土体扰动小，能很好的控制地面沉降；顶管施工质量和安全均得到了有限的控制。大幅度的提高特殊地质条件下的机械顶管工作效率，为类似工程项目的施工提供了宝贵的经验。

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