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泥水平衡丨顶管易胜博官网技术-连载1 易胜博官网概况
2019-02-02 14:02:41
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摘要:

结合方庄东路中水管道工程,介绍了TCC型偏心破碎泥水平衡顶管易胜博官网工艺,并探讨该工艺在非开挖中水管道易胜博官网中的推广价值。该工程的圆满竣工实现了中水管线敷设的一个飞跃,也为非开挖地下管道易胜博官网提供了一条新路。


1. 工程概况

1.1 工程范围

方庄东路中水管道工程,是北京城市排水集团中水分公司为落实北京市《关于紫芳园住宅区使用城市中水的批复》的精神而实施的。该工程从方庄中水厂向紫芳园小区提供优质中水,主要用于居民冲厕、道路喷洒、浇灌绿地。

该工程北起安乐林路,南至南三环,全长853.7m,其中过三环路段长96m是该工程的难点和重点。受现况市政公用管道影响,该段管道设计埋深8~9m,采用④549×10mm钢管(A3钢),钢管外做五油三布加强防腐层,钢管焊接为现场手工电弧焊。


1.2 水文地质

(1)地质条件:该工程所处地层为古永定河冲洪积扇较上部分,属第四纪地层,由上至下基本情况如下:I轻亚粘土①层、房渣土①1层,沿表层分布,为人工堆积而成,厚度2.8~4.8m,密实度条件较差;Ⅱ重亚砂土、轻亚粘土②层;Ⅲ中亚粘土③层、细砂③,层、亚砂土③2层,标高33.87~34.20m以下,含地下水;IⅣ

重、中亚粘土④层,轻、中亚粘土④1层、中亚砂土④2层,标高30.97~31.70m以下,含地下水;V细砂⑤层,标高26.87~27.70m以下,含地下水。中水管道位于北京第四纪V轻一重亚粘土层中,部分位于旧管线的回填土中。

(2)水文条件:沿线地质钻孔实测有二层地下水。第一层地下水静水位标高为31.97~32.80m(深5.40~6.70m),为地层滞水,主要来源于大气降水及管线渗漏水(地下管线泄漏水量虽然较小,但影响易胜博官网)。第二层地下水静水位标高为26.10~27.07m(深11.60~12.10m),属潜水,位于管道之下,对易胜博官网没有影响。



1.3 工程特点

(1)需在三环主路下穿越电力、上水、热力、电信、雨水、污水等多条市政主干管线,这些管线具有管径大、影响面广、运营时间长等特点,若出现问题,后果将不堪设想。易胜博官网前必须对现况管线情况进行仔细探查,准确确定地下管线与新建中水管道位置关系,防止由于新建管线引起的沉陷导致原有管线发生破坏。

(2)该段管线穿越三环城市主干道,交通流量大,管道易胜博官网期间不许影响交通,不能发生路面沉降。易胜博官网方法的选择非常重要,必须控制住地面沉降,确保现有交通的正常进行。

(3)上层滞水丰富,且来源复杂,易胜博官网时必须充分估计到地下水的影响;由于管线穿越三环主路,不能采用相应的降水措施,势必造成带水作业的局面。



2. 方案比较

南三环路属于城市主干道,交通流量大,不能断路开槽易胜博官网。因此,只能采取非开挖方法,将管道顶入三环路下就位。顶管易胜博官网中,以人工顶管、土压平衡顶管、泥水平衡顶管易胜博官网方法使用得较为普遍。



2.1人工顶管易胜博官网方法

仅仅只有工具管,采用人工挖土的称为人工顶管。这种易胜博官网方法设备简单、成本低,一般适宜大、中口径,不能带水作业,必须进行降水。该中水工程管径小,而且没有条件采取降水措施,所以不宜采用人工顶进,考虑使用机械顶管工艺。一般常用的机械顶管工法有土压平衡顶管法和泥水平衡顶管法。



2.2土压平衡顶管易胜博官网方法土压平衡顶管易胜博官网的基本特征是由顶管机正面刀盘切削土层,通过螺旋输送机将土排除,通过调节土仓内的排土量来保证土仓内的压力以抵抗土压力,维持掘进面的平衡(见图1)。土压平衡顶管与泥水平衡顶管易胜博官网的最大不同点就是排出的土一般不需要进行二次处理即可装运,一般适宜大、中口径。

图1土压平衡顶管机结构示意图


(1)优点:①不影响社会交通。②管径越大,适用的土质范围越广,顶管易胜博官网成功的可能性越大;反之,成功的可能性较小。③能够保持挖掘面的稳定,从而减小了地面沉降。④管道覆土深度可较浅。⑤弃土的运输、处理比较方便简单,不需要对弃土进行处理。

(2)缺点:①不适于管径D<1000mm的顶管。土压平衡顶管机头采用螺旋出土,管道内皮带传输,目前该种机型可顶的管径范围为1000~3000mm。②当管径偏小时,顶管机适应地层变化的能力较差,操作较为繁琐。按要求,穿越砂砾层和粘粒含量极少的土层时,需要添加土体改良剂,增加地层塑性,否则掘进面极易坍塌失稳,发生事故。北京古永定河洪冲积层中上部的地层特征为:地层粘粒含量不断变化,时常在粘土层中含砂层透镜体,砂层透镜体的规模有大有小,这些地层的变化是无法预测到的。因此,采用该法易胜博官网难度较大。③顶力较大,不适于长距离顶进,尤其给纠偏增加了更大的难度。土压平衡顶管由于不是全断面切削,切削不到的部分只能通过挤压进入机头,因此迎面顶力较大。当顶进距离较长时,必须考虑增加中继间,这样方向控制的难度将变得更大。④不适于地质结构复杂、地下水丰富的条件。当地质条件较差,尤其是地下水丰富、地下水情况变化不定时,该顶管方法存在一定的局限性。< span="">



2.3泥水平衡顶管易胜博官网方法采用水力切削泥土,水力输送弃土以及利用泥水压力来平衡地下水压力和土压力的顶管形式都归结为泥水顶管易胜博官网。泥水顶管易胜博官网法的工作原理:由顶管机正面刀盘切削土层,同时通过送水管路将水送至刀盘后方泥水仓,待水和弃土充分混合后,由排泥管路排至地面泥水处理装置,经分离后的低浓度泥水被再度送入顶管机内循环使用。顶管机用后方顶进装置作为前进动力,在工作井中推进管材,再由管材将推力传至顶管机向前顶进(见图2)。

图2掘进机头部工作原理

(1)优点:

①适用于管径D=250~1350mm的各种类型管道的顶管。目前设计生产的管道最小口径为④250mm,最大口径为④1350mm,与中水的小管径管道较为适应。

②先进的机头设计,适应于各种地层,且不受地层特性变化的影响。泥水顶管机刀盘设置耐磨的堆焊焊条焊缝,刀盘一边旋转切削砂土,一边作偏心运动把石块轧碎,被轧碎的石块进入泥水仓,从排泥管中排出。即:顶管机主轴除了切削土的功能之外,还有轧碎功能,可不用更换刀盘就能在粘土、砂砾直至软岩地层中顶进。其破碎砾石大小为管径的40%以下,强度可达到200MPa,破碎粒径是同管径顶管机中最大的,易胜博官网时可不必过多考虑地层特性变化。

③顶力较小,适于长距离顶管,同时纠偏控制变得更容易。泥水平衡顶管一方面全断面切削,没有迎面的直接阻力,另一方面,泥水系统将围岩湿润,管身摩擦阻力减小,因此,顶力较小,顶进长度可超过100m;在泥水顶管机上还装有RSG方向修正诱导装置,可以进行全方位的方向调整,大大提高了顶进的精度,偏差极小。

④土压平衡的管理较为简单。泥水顶管通过泥水仓和管路的泥水流体的压力来平衡地下水和土压力,仅通过调节排水量和水压即可维持土压平衡、保持掘进面的稳定,掘进面的泥水压力通过仪器就可获得,土压平衡的管理极为简单。

⑤具有较快的顶管速度。泥水顶管机实现了连续出土,作业速度快。据统计,泥水顶管是目前世界顶管行业中速度最快的易胜博官网方法,在同样土质条件下,是土压平衡顶管速度的一倍。

⑥顶管机适用于有地下水的较为复杂的地质条件。使用TCC型偏心破碎泥水平衡顶管机不必进行降水作业,这样彻底解决了降水难度较大以及现况管线渗漏造成降水无效的难题。仅在工作坑周边降水即可,节省了降水费用,社会影响小。

⑦顶管机配有完备、先进的监视设备,工作更安全。TCC机内设有电视摄像机和收听装置,操作员在地面遥控操作,就能观察到顶进面和机内机械状况,而且能监听机械声音,实现全自动连续监控,安全方便。


(2)缺点:

①弃土的运输和堆放比较困难,弃土需进行二次处理,泥水处理设备噪声比较大。

②口径不易过大,否则泥水处理量大。

③不适于浅覆土顶管。

④设备费用较高,易胜博官网中需要加强对设备的维护和保养。


2.4综合比较

人工顶管法、土压平衡顶管法和泥水平衡顶管法方案比较见表1,机械顶管机工作性能比较见表2。

表1三种顶管方案技术经济比较

方案 
易胜博官网难易程度     
易胜博官网速度
风险性 
地表沉陷
管线及环境安全可靠度
工程投资
国内外现状

人工顶管法 


 操作难度大
慢 
较大  
安全可靠度差,地下水影响施小  
较大
尚无小管径泥水工顶管实例
土压平衡顶管法
操作较为容易
一般
一般
一般
安全可靠度高,地下水影响易胜博官网小
较大
国内外有小管径泥水顶管成功实例

泥水平衡顶管法(TCC)

操作最为简单
最快
安全可靠度最高,地下水影响易胜博官网极小
较大

国内外有小管径泥水顶管成功实例


表2机械顶管机工作性能比较

方案
挖掘系统
平衡原理
排土系统
纠偏系统
主顶系统

顶力、顶距及速度

适用管径/mm
适用地质条件
土压平衡机械顶管
刀盘削土,破碎粒径较小
采用土压平衡,须对砂砾、砂类车土改良
螺旋输送机及皮带输送机将土排除
通过测量控制,精度较差,操作复杂

采用一般

设备

顶力大、

顶距小、

速度较慢

1000~3000
所有土质,土质变化不大,地下水位不高,覆土最小80cm
偏心破碎泥水平衡机械顶管(TCC)
偏心破碎削土,破碎粒径为管径的40%
采用泥水平衡,适于所有土质条件
通过排泥软管排除
采用全方位纠偏的RSG装置,操作简单
采用专用设备

顶力小、

顶距长、

速度快

250-1350
所有土质,地下水位高度不限,覆土较大


由此可见,泥水平衡顶管机具有明显的优越性和先进性:


(1)顶进过程中的全自动化控制。泥水平衡顶管机运用先进的系统控制理论设计制造,机械性能优良。顶管推进系统通过机械互相协调和控制速度,使挖掘面的压力和推进力自动而连续平衡。机械式土压平衡系统同进排泥系统结合在一起,能有效地平衡土压和地下水的压力,同时机械自动地把挖掘出来的泥渣通过管路输送出去,有效地解决了地下水、地下构筑物等复杂地质条件对易胜博官网的影响,使得易胜博官网更安全、易胜博官网工艺更先进,尤其适用于中小型管道易胜博官网。


该系统配备有完善的电子监视设备,整个系统只要一个人在操纵台上通过观察仪表、摄像画面和听取从管头传来的声音,在地面上进行操作和控制。


(2)顶进机械系统中先进的RSG纠偏装置和纠偏功能。操作员通过摄像系统观察激光定位系统发出的激光束在顶管机内光靶上的光点移动,测定顶管机偏离预顶线的偏差值,从而进行方向修正。熟练的操作员可操作顶管机与预顶线之间的偏差保持在:上下偏差20mm、左右偏差30mm的精度。


(3)泥水平衡顶管机的机头是世界上先进的偏压破碎机械,适用于全部土质。机头具有二次破碎岩石的功能,破碎岩石强度可达200MPa,故顶进过程中不必更换机头。


通过以上比较、分析认为:人工顶管法已不能适应当前的高技术要求,对地下管线的运营安全没有把握,同时易胜博官网难度大,安全问题多,不采用;土压平衡机械顶管受其机械原理的限制,无法满足工程小管径的需要,同时它对地层变化的适应程度还需进一步探讨;采用泥水平衡机械顶管是最优的的选择。




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