張偉
【摘要】 隨著城市市政建設(shè)的發(fā)展,機(jī)械頂管技術(shù)得到了越來越廣泛的應(yīng)用。傳統(tǒng)出渣工藝已不能滿足部分工程的需要,混凝土地泵在土壓平衡機(jī)械頂管中應(yīng)用屬于一種新型施工工藝,本文主要探討該工藝在超大管徑頂管工程出渣的應(yīng)用。
【關(guān)鍵詞】 超大管徑 機(jī)械頂管 泵送泥漿 出渣工藝
一、 工程概況
本工程是將西安市南二環(huán)110kV高壓架空線纜落地,便于架空線纜日常維護(hù)、管理。鑒于機(jī)械頂管的施工工藝對交通影響小,環(huán)保文明施工程度高。根據(jù)高壓線纜的布設(shè)要求,在朱雀大街與南二環(huán)十字至雁塔變間采用電纜隧道D4000mm機(jī)械頂管施工。
二、 土壓平衡—混凝土地泵泵送泥漿的頂管工藝研究
鑒于西安市渣土禁運期的有關(guān)規(guī)定,為保證施工工期、不顯著增加工程費用的前提下,經(jīng)試驗、分析,發(fā)揮土壓平衡頂管工程的優(yōu)勢,結(jié)合該工程的特殊性,首次在西北濕陷性黃土地層中采用泵送、混凝土攪拌罐車出渣的方式。
首先,采用泥漿泵送的方式,需要掌握泥漿的性能和作用,泥漿性能見表1:
表1 泥漿的性能
性能 定義 作用
物理穩(wěn)定性 泥水經(jīng)過長時間的靜置,泥水中黏土顆粒式中保持浮游散懸狀態(tài) 用來鑒別泥水中顆粒的沉淀程度
化學(xué)穩(wěn)定性 泥水中混入帶正離子的雜志水泥,泥水成膜功能減退的化學(xué)劣化現(xiàn)象 判斷泥膜生成的難易程度
泥水相對密度 泥水的密度比 ①泥水相對密度大,流動的摩擦阻力流動性變差,泥水泵送可能產(chǎn)生超負(fù)荷運轉(zhuǎn)。
②相對密度大,地表的水土分離難度大。
泥漿黏度 當(dāng)泥漿流動時,泥漿中固體顆粒之間、固體顆粒與液體顆粒之間以及液體分子之間的內(nèi)摩擦的反映 能以流體的形式把土砂運出
泥漿的穩(wěn)定性 包括沉降穩(wěn)定性及絮凝穩(wěn)定性 ①泥漿中的固相是否容易下沉或沉降的快慢②泥漿中的黏土顆粒是否容易粘結(jié)變大。
其次,從該工程的地勘報告得知主要地層以濕陷性黃土為主。對該工程的地層土體性質(zhì)做了相關(guān)的試驗,詳見表2:
表 2 土體粒徑分布
試驗編號 75-50um 50-10um 10-0.5um <5um
平均百分比 4.4 50.3 13.9 31.4
1、泥漿泵送原理
土壓平衡頂管機(jī)在頂進(jìn)時,將通過螺旋出土機(jī)輸送出來的泥土,進(jìn)行加水、攪拌,利用泵送設(shè)備,通過管路,將泥漿泵送至地面的運輸設(shè)備運至棄渣場進(jìn)行處理。
圖 1 泥漿泵送原理圖
2、 泵送設(shè)備選型
在泥水平衡頂管施工一般采用的泵送形式—砂土地泵泵送泥漿。砂土泵具有出口壓力高、輸送距離遠(yuǎn)、輸送介質(zhì)范圍廣等優(yōu)點,但是,經(jīng)過市場調(diào)查和查閱資料,砂土泵在實際應(yīng)用中維修故障頻率高、維修困難、維修費用較高、造成停工損失較大、通用性較差、單價較高等制約因素和限制條件。因混凝土地泵國內(nèi)已有成熟的技術(shù),在高層建筑、地下工程、地鐵隧道混凝土施工中已廣泛應(yīng)用,維修故障頻率低、技術(shù)成熟、價格適中。故該工程選用電動混凝土地泵將泥漿泵送至地面。
3、 可泵送性及泵送土體改良試驗
混凝土地泵輸送介質(zhì)要有一定的和易性,如何達(dá)到地泵要求的泵送壓力、將最大粒徑4-5cm的骨料泵送至要求的距離和高度,需要進(jìn)行試驗和論證。
通過系列的實驗、總結(jié)、分析,泥漿在泵送時,最直接、最有效、最經(jīng)濟(jì)的方法是改變泵送土體的含水量,提高和易性、泵送性。采取以下措施達(dá)到此目的:
(1)在螺旋出土機(jī)前端加設(shè)高壓注水孔,該注水孔環(huán)向布置,渣土從螺旋排出后落入地泵前,對土體表面進(jìn)行均勻噴水。如圖1。
(2)通過在螺旋出土機(jī)出口處安裝噴水裝置,均勻地向地泵料斗內(nèi)正在攪拌泵送的土體噴水。如圖2。
(3)注水量通過水表加以控制。
圖1注水孔 圖 2 混凝土地泵攪拌過程注水
試驗表明,隨著對土體加水量的增加,在同等泵送距離時,混凝土泵的泵送壓力逐漸降低,當(dāng)含水量增加到34%時,地泵壓力降至5-6MPa,輸送連續(xù)性較好,堵管、爆管故障大大降低,泥漿流動性較好,泵送壓力符合泵送要求。
4、泵送配套系統(tǒng)
1)、管路設(shè)置
泵送系統(tǒng)管路布設(shè)遵循“彎道少、接頭密、固定牢靠”的原則。管路主要包括直管(平管)、彎管、錐形管(變徑管)、膠管等規(guī)格。本工程管路布置及連接示意圖如下圖。
圖 3 泵送系統(tǒng)管路布置及連接示意圖
1.地泵 2.料斗 3.出料口 4.變徑管 5.45°彎管
6.直管(φ125mm) 7.橡膠管(φ125mm) 8.垂直管(φ125mm) 9.支架
圖 4 泵送系統(tǒng)管路連接示意圖
1.出料口φ180mm 2. φ180mm 變φ150mm 3. φ150mm變φ125mm彎管 4. φ125mm直管
5、泵送過程中存在問題及解決辦法
1)安裝網(wǎng)狀格柵,對土體粒徑進(jìn)行處理
泵送設(shè)備在泵送的過程中,對粒徑有要求——粒徑不能大于4-5cm,在螺旋出土機(jī)出口處加裝可拆卸網(wǎng)狀格柵,格柵孔徑在2-3.5cm,在出土過程中,通過擠壓作用,將土體的粒徑切割成滿足泵送要求的的粒徑。
2)地層突變土體粒徑的處理
頂進(jìn)過程中,因地質(zhì)條件發(fā)生變化,出現(xiàn)砂礫石、建筑垃圾等,為使螺旋出土機(jī)不因網(wǎng)狀格柵而發(fā)生堵塞,此時需要拆除網(wǎng)狀格柵,改為在地泵料斗上方安裝濾網(wǎng),人工篩除不適宜泵送的雜物。此法不僅保證螺旋出土順暢、泵送流暢,而且可保證地泵不會因為異物而損壞。
3)、泵管密封
管路連接處密封采用“法蘭——合金鋼絲墊”的組合密封形式。該種密封的機(jī)理是將接合面間的間隙密封、隔離或切斷泄露通道。
4)、堵管故障及其排除
(1)現(xiàn)象
輸送壓力逐漸增加,而料斗料位不下降,管道出口不出料,地泵發(fā)生振動,管路也伴有強(qiáng)烈的振動和位移時,可判定是管道堵塞。
(2)堵塞部位的判斷
堵塞一般發(fā)生在彎管和錐管處有振動的部位。堵管發(fā)生時主要表現(xiàn)為以下幾個方面:
未堵塞的管段會發(fā)生劇烈振動,堵塞部位以后的管路則無振動感。可以用聽覺判斷,未堵塞段混凝土被吸動時,會有響聲;堵塞部分以后段則沒有聲響。還可以用木錘敲打管道檢查,憑敲打時手感或聲音判斷,堵塞部位會有發(fā)“悶”的聲音和密實的感覺。
(3)堵管故障的排除方法
發(fā)生堵塞時,可反復(fù)正、反轉(zhuǎn)泵,排除堵管可在一邊進(jìn)行正、反轉(zhuǎn)泵,一邊沿管路檢查用木錘反復(fù)敲打被認(rèn)為是堵塞的部位,通??墒苟氯苷窈笏缮⒍贡盟蜁惩ǎ蝗羟么蚝笕匀徊粫?,不得用鐵錘或其它可能傷害管道的物件敲擊。精確判斷堵塞部位,然后將堵塞部位的管路拆除、清理后安裝后即可繼續(xù)泵送。如若不能確定,須盡快組織人力,拆卸堵塞的可疑范圍,清除其中的渣土,并用水沖洗干凈。
混凝土地泵在土壓平衡機(jī)械頂管中應(yīng)用屬于一種新型施工工藝,現(xiàn)對其應(yīng)用的優(yōu)缺點總結(jié)如下:拓展混凝土地泵的應(yīng)用領(lǐng)域,提高土壓平衡頂管技術(shù),促進(jìn)土壓平衡頂管工藝發(fā)展。真正實現(xiàn)了長時間連續(xù)出土、連續(xù)頂進(jìn)。取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益,施工受政策影響較小、文明施工程度高;但混凝土地泵體積較大,只適于大口徑管道頂進(jìn),混凝土地泵對輸送介質(zhì)要求較高,只適合軟土或經(jīng)過處理和易性到達(dá)要求的土質(zhì)。
參 考 文 獻(xiàn)
[1] JGJ/T10-2011,混凝土泵送施工技術(shù)規(guī)程,P4、5、8、11、25、33、34、35
[2] GB/T 13333-2004,混凝土泵,P5、11、34