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泥水平衡頂管工程工學(xué)論文
摘要：文章針對(duì)循環(huán)道路改造工程，污水管道在排污過(guò)程中遇到的問(wèn)題，詳細(xì)闡述了管道改造采用的方棠。
關(guān)鍵詞：循環(huán)管道；排污
山西省太原市迎澤大街微循環(huán)道路改造工程五一東街由于地下雨污水管道間距較小，雨污水管道埋深在設(shè)計(jì)地面以下6 m～13 m，地下靜止水位在地面以下4 m～9 m，考慮到施工場(chǎng)地狹窄，地下管線眾多，管道開(kāi)挖深度較大、開(kāi)挖難度大、土方量大，導(dǎo)致難以倒運(yùn)等因素。因此，采用雨污合頂?shù)姆桨�。雨水、污水頂管工程共用一個(gè)工作坑，污水檢查井與雨水檢查井設(shè)在同一工作坑(接收坑)內(nèi)。管道采用頂管用重型鋼筋砼圓管，雨水管道采用D=1 800 mm鋼筋砼圓管道，污水頂管管徑為D=1 000 mm，F(xiàn)型接口，工作井采用鋼筋砼沉井。在工作井、接收井內(nèi)重新制作檢查井。
1 工作坑
工作坑采用鋼筋砼沉井，并內(nèi)應(yīng)有足夠的工作面，尺寸計(jì)算如下：
(1)底寬
底寬=D1+S
式中：D1為鋼筋砼套管外徑，此處為2.5+1.2+0.6＝4.3 m
S：兩側(cè)操作寬度1.7 m
故工作坑底部寬度為：6 m
(2)長(zhǎng)度
L=LI+L2+L3+IA+L5(m)
式中：L1-工具管長(zhǎng)度(m)，采用管道第一節(jié)管作為工具管，取0.5 m
L2：管節(jié)長(zhǎng)度(m)取2m計(jì)算
L3：出土工作間長(zhǎng)度(m)取1.5 m
L4：液壓油缸長(zhǎng)度(m)此處取1.2 m
L5：后背所占工作井長(zhǎng)度，包括橫木、立鐵、橫鐵取0.8 m
所以計(jì)算工作井長(zhǎng)度0.5 m+2 m+1.5 m+1.2 m+0.8 m=m+0.8m=6.0m，取6m。
2 泥水平衡頂管掘進(jìn)
泥水平衡式工具管是一種以全斷面切削土體，以泥水壓力來(lái)平衡土壓力和地下水壓力，又以泥水作為輸送棄土介質(zhì)的機(jī)械式工具管。
隨著工具管的推進(jìn)，刀盤(pán)在不斷轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)泥管不斷供泥水，排泥管不斷將混有棄土的泥水排出泥水艙。泥水艙要保持一定的壓力。使刀盤(pán)在有泥水壓力的情況下向前鉆進(jìn)。
泥水平衡工具管的基本原理是泥水護(hù)壁，在泥水式頂管施工中，要使挖掘面保持穩(wěn)定，必須向泥水艙注入一定壓力的泥水。泥水在壓力作用下向土體內(nèi)部滲透，在開(kāi)挖面形成一層泥皮。泥皮的作用，一方面阻止泥水繼續(xù)向土體內(nèi)部滲漏，另一方面，泥水的壓力通過(guò)泥皮作用在開(kāi)挖面防止坍塌。要求泥水密度必須大于1.03。施工過(guò)程須注意的問(wèn)題：
(1)當(dāng)掘進(jìn)機(jī)停止工作時(shí)，一定要防止泥水從土層中或洞口及其他地方流失。不然。挖掘面就會(huì)失穩(wěn)，尤其是在出洞這一段時(shí)間內(nèi)更應(yīng)防止洞口止水圈漏水。
(2)在掘進(jìn)工程中，應(yīng)注意觀察地下水壓力的變化，并及時(shí)采取相應(yīng)的措施和對(duì)策，只有這樣，才能保持挖掘面的穩(wěn)定。
(3)在頂進(jìn)過(guò)程中，隨時(shí)要注意挖掘面是否穩(wěn)定，要不是檢查泥水的濃度和相對(duì)密度是否正常，還要注意進(jìn)排泥泵的流量及壓力是否正常。應(yīng)防止排泥泵的排量過(guò)小而造成排泥管的淤積和堵塞現(xiàn)象。
3 機(jī)頭選型
采用ZX-1000型泥水平衡頂管掘進(jìn)機(jī)。
(1)在工作井范圍內(nèi)實(shí)行全封閉隔離施工并布置以下必要的設(shè)施，地面指揮監(jiān)測(cè)中心、辦公室、倉(cāng)庫(kù)、配電間、冷作間等，各設(shè)施應(yīng)整潔、衛(wèi)生，并有專(zhuān)職人員進(jìn)行管理。
(2)現(xiàn)場(chǎng)布置采用8 t汽吊，設(shè)備進(jìn)場(chǎng)時(shí)，采用16 t汽車(chē)吊車(chē)。
(3)管道頂進(jìn)時(shí)，起吊設(shè)備采用跨距為14 m的龍門(mén)行車(chē)(起重能力為30 t)，行車(chē)導(dǎo)軌與頂管中心線應(yīng)平行鋪設(shè)。
(4)井內(nèi)布置。工作井井內(nèi)布置主要有后靠背、導(dǎo)軌、主頂油缸、油泵動(dòng)力站、鋼制扶梯等。
4 出土方案
泥水平衡式頂管的出土采用全自動(dòng)的泥水輸送方式，被挖掘的土通過(guò)在機(jī)艙內(nèi)的攪拌和泥水形成泥漿。然后有泥漿泵抽，在沉井上部砌2只沉淀池。沉淀的余土外運(yùn)需按文明施工要求和渣土處理辦法，運(yùn)到永久推土點(diǎn)，不得污染沿途道路環(huán)境。
5 泥水系統(tǒng)的安裝
泥水池應(yīng)盡量靠近工作井邊，可采用并聯(lián)法。泥漿池盡量靠近工作井邊，可以減少排泥管路過(guò)長(zhǎng)而產(chǎn)生的管路摩阻力，沉石箱的配置可沉淀塊狀物，防止塊狀物進(jìn)入泵體，使泵堵塞和損壞。注漿系統(tǒng)盡量使用螺桿泵以減少脈動(dòng)現(xiàn)象，漿液應(yīng)保證攪拌均勻，系統(tǒng)應(yīng)配置減壓系統(tǒng)，在泵出口處1 m以及機(jī)頭處應(yīng)保證系統(tǒng)無(wú)泄漏。
6 頂進(jìn)過(guò)程中的方向控制
由于TCZ機(jī)頭本身所具有的方向誘導(dǎo)裝置，糾偏操作就變的簡(jiǎn)單易行了，操作員只要通過(guò)糾偏動(dòng)作，始終保證激光點(diǎn)在管道中心線位置。測(cè)量與方向控制要點(diǎn)：(1)有嚴(yán)格的放樣復(fù)核制度，并做好原始記錄。頂進(jìn)前必須遵守嚴(yán)格的放樣夏測(cè)制度，堅(jiān)持三級(jí)復(fù)測(cè)：施工組測(cè)量員一項(xiàng)目技術(shù)負(fù)責(zé)人一監(jiān)理工程師。確保測(cè)量萬(wàn)無(wú)一失。(2)布設(shè)在工作坑后方的儀座必須避免頂進(jìn)時(shí)移位和變形。必須定時(shí)復(fù)測(cè)及時(shí)調(diào)整。(3)頂進(jìn)糾偏必須勤測(cè)量、多微調(diào)，糾偏角度必須保持在10、－20，不得大于0.5°，并設(shè)置偏差警戒線。(4)初始推進(jìn)階段，方向主要是主頂油缸控制，因此，一方面要減慢主頂推進(jìn)速度，另一方面要不斷調(diào)整油缸編組和機(jī)頭位置。(5)開(kāi)始頂進(jìn)前必須制定坡度計(jì)劃，對(duì)每一米、每節(jié)管的位置、標(biāo)高需事先計(jì)算，確保頂進(jìn)時(shí)正確，以最終符合設(shè)計(jì)坡度為原則。
7 管材供應(yīng)
在頂進(jìn)過(guò)程中，管材的供應(yīng)是非常重要的，如果供應(yīng)不及時(shí)造成頂進(jìn)停止，后果是非常嚴(yán)重的，由于機(jī)頭重量一般較大，機(jī)頭沉降，使軸線發(fā)生偏差；或已頂好的管子和周?chē)馏w固結(jié)，使得摩阻力增大。因此，在開(kāi)始頂進(jìn)前，需制定詳細(xì)周全的計(jì)劃，管材應(yīng)留有足夠余量。
8 設(shè)備維修及保養(yǎng)
8.1 刀盤(pán)主軸及外殼密封
掘進(jìn)機(jī)在累計(jì)頂進(jìn)500 m時(shí)，需對(duì)刀盤(pán)主軸密封進(jìn)行檢查，看看是否良好，如果不良則應(yīng)更換。如果良好則應(yīng)再加好油。
8.2 液壓系統(tǒng)
當(dāng)液化油出現(xiàn)乳化時(shí)，說(shuō)明液壓油已嚴(yán)重氧化，應(yīng)予以更換，更換液壓油之前須把油箱內(nèi)清洗干凈。加油必須用精濾車(chē)，一旦發(fā)現(xiàn)油管老化應(yīng)予以更換。
8.8 電氣系統(tǒng)
電氣系統(tǒng)應(yīng)保持干燥，保持指示燈及各儀表正常。
8.4 糾偏系統(tǒng)
糾偏系統(tǒng)要經(jīng)常檢查是否漏油、油液質(zhì)量、油壓情況，如發(fā)現(xiàn)不正常情況及時(shí)更換。
9 注漿減摩
長(zhǎng)距離頂管施工中，頂力控制的關(guān)鍵是最大限度地降低頂進(jìn)阻力，而降低頂進(jìn)阻力最有效的方法是進(jìn)行注漿。注漿降低了頂進(jìn)時(shí)的摩阻力，我們?cè)谧{時(shí)做到以下幾點(diǎn)。
(1)選擇優(yōu)質(zhì)的觸變泥漿材料，對(duì)膨潤(rùn)土取樣測(cè)試。主要指標(biāo)為造漿率、失水量和動(dòng)塑比。
(2)在管子上預(yù)埋壓漿孔，壓漿孔的設(shè)置要有利于漿套的形成。
(3)膨潤(rùn)土的貯藏及漿液配制、攪拌、膨脹時(shí)間，聽(tīng)取供應(yīng)商的建議但都必須按照規(guī)范進(jìn)行，使用前必須先進(jìn)行試驗(yàn)，主要有膨潤(rùn)土純堿摻加藥劑，漏斗粘度視粘度CP失水量(ml)。
(4)壓漿方式要以同步注漿為主，補(bǔ)漿為輔。在頂進(jìn)過(guò)程中，要經(jīng)常檢查各推進(jìn)段的漿液形成情況。
(5)注漿設(shè)備和管路要可靠，具有足夠的耐壓和良好的密封性能。在注漿孔中設(shè)置一個(gè)單向閥。使?jié){液管外的土不能堵塞管路而影響這漿效果。
(6)注漿工藝有專(zhuān)人負(fù)責(zé)，質(zhì)量員定期檢查。
(7)注漿泵選擇脈動(dòng)小的螺桿泵，流量與頂進(jìn)速度相應(yīng)配。
(8)由于頂管線路長(zhǎng)，為使全程注漿壓力不致相差過(guò)大，在中間還將增設(shè)壓漿泵以增大壓力。
(9)泥漿在輸送和灌注過(guò)程中具有流動(dòng)性、可泵性。主要從頂管前端進(jìn)行，頂進(jìn)一定跟班后，并應(yīng)從后端及中間進(jìn)行補(bǔ)漿。
�、儆|變泥漿的材料
觸變泥漿的主要成份是膨潤(rùn)土、摻入堿和水配制而成。為了在頂進(jìn)完畢后使觸變泥漿固結(jié)增強(qiáng)，可摻入石灰膏。但為了施工使用時(shí)保持流動(dòng)性，還必須摻入緩凝劑和塑化劑。觸變泥漿按膨潤(rùn)土：燒堿：CMC：水＝0.3：0.2：0.01：1的配比配制后靜置24 h后使用。施工時(shí)通過(guò)壓漿系統(tǒng)從機(jī)頭進(jìn)入管路。
�、哂|變泥漿的拌合程序
將定量的水放入攪拌罐內(nèi)。并取其中的一部分水來(lái)溶化堿；在攪拌過(guò)程中，將定量膨潤(rùn)土徐徐加入攪拌灌內(nèi)，攪拌均勻；將溶化后的堿水倒入攪拌灌內(nèi)，再攪拌均勻，放置12h后即可使用。
�、塾|變泥漿應(yīng)注意的事項(xiàng)
注漿孔的布置宜按管道直徑大小確定，一般每個(gè)斷面可設(shè)置3～4個(gè)，并具備排氣功能。攪拌均勻的泥漿應(yīng)放置一定時(shí)間方可灌注。灌漿前，應(yīng)通過(guò)注水檢查灌漿設(shè)備，確認(rèn)設(shè)備正常后方可灌注。灌漿壓力可按不0.1 MPa開(kāi)始加壓，在灌漿過(guò)程中再按實(shí)際情況調(diào)整。灌漿時(shí)，按灌漿孔斷面位置的前后順序依次進(jìn)行，灌漿遇有機(jī)械故障、管路堵塞、接頭滲漏等情況時(shí)，經(jīng)處理后方可繼續(xù)頂進(jìn)。
10 接收坑
頂管工作坑間距不大于200 m，在兩工作坑的中間設(shè)置接收坑，接收坑采用鋼板沉箱下沉，就位后取出管前端的工具管，按照設(shè)計(jì)要求在沉箱內(nèi)制作鋼筋砼檢查井。
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