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          頂管施工的分類及特點

          編輯: 發布時間:2023-07-08 瀏覽:28
          信息摘要:
          據介紹,目前,頂管施工常采用的施工工法分為敞開人工手掘式(開放型)和密封機械式頂管(密封型)施工方法,其中機械式頂管施工常用的施工方法又有泥水平衡式和土壓平衡式兩種,頂管施工常用的管材有砼管、鋼管、玻...

          據介紹,目前,頂管施工常采用的施工工法分為敞開人工手掘式(開放型)和密封機械式頂管(密封型)施工方法,其中機械式頂管施工常用的施工方法又有泥水平衡式和土壓平衡式兩種,頂管施工常用的管材有砼管、鋼管、玻璃夾砂鋼管。施工所采用的主要設備為信息化及全自動化泥水平衡頂管機。


            1、開放型刃口推進工法


            刃口式推進工法的掘進機結構較簡單,其刃口部分(即機頭)加工簡便,可以根據土質條件加工成全敞開式、半敞開式或活瓣式,一般稱之為敞開式掘進機。


            刃口式推進工法可適用于軟土地層中、地下水位以上黃土地層中、地下水位以上強風巖地層中。


            刃口式推進工法的特點是施工成本低,在頂進過程中如遇前方障礙物可立即采用人工方式排除;其缺點是頂進管徑應大于Φ800mm,否則不便于人員進出;頂進距離不宜過長,一般對于Φ800mm頂管、其頂進距離不宜超過150m,管徑較大時可適當延長頂進距離;同時在管內應設置照明、通風和通訊設備;由于是采用敞開式或半敞開式取土,頂進完成后地表均有沉降現象,不適用于已建成的建筑物區域,一般在類似于農田對地面沉降要求不嚴格的情況下或隨新建市政道路工程同時施工的情況下采用。此種機型的缺點是頂速慢、遇到流砂層時難以控制出土量,因此沉降也是大于以下所述幾種頂管掘進機。


            刃口式推進工法在我國東南沿海海相沉積的淤泥質粘土中應用較廣泛,由于土質較軟、孔隙比大,切削和頂進都較容易,其機頭一般加工成半敞開式或活瓣式,讓二分之一或更少的軟土被取出,其余的土被擠壓至管徑周邊,這樣可減少取土量、阻止地表沉降,并加快了頂進速度;再者在這類土中頂進可省去管壁注漿。


            在黃土或強風巖中頂進時,由于土體摩擦力較大,為便于頂進,應采用全敞開式掘進機,并應在管壁周邊進行注漿潤滑。


            刃口推進工法適于頂進管徑規格為Φ800~3000mm。


            2、封閉型泥水推進工法


            泥水推進工法有如下特點:


           ?、磐ㄟ^刀盤以及頂速平衡正面土壓力,調節循環水壓力用以平衡地下水壓力;


           ?、撇捎昧黧w輸送切削入泥倉的土體,頂進過程中不間斷,施工速度快;


           ?、菬o需地基改良或降水處理,施工后地表沉降小。


            泥水式推進工法所采用的掘進機常用的有刀盤可伸縮式泥水平衡掘進機和偏心破碎泥水平衡掘進機。


            2.1刀盤可伸縮式泥水平衡掘進機


            如需穿越建筑物、構造物、埋設物等對地面沉降要求很小的情況下,可采用刀盤可伸縮式泥水平衡掘進機,此種機頭的刀盤是一個直徑比掘進機前殼體略小的具有一定剛度的圓盤。圓盤中還嵌有切削刀和刀架。刀盤和切削刀架之間可以同步伸縮,也可以單獨伸縮。而且,不論刀盤停在哪一個位置上,切削刀架都可以把刀盤的進泥口關閉。刀盤加壓裝置是安裝在主軸中的油缸,刀架伸縮油缸則安裝在刀盤加壓裝置的上方。刀盤可伸縮式掘進機的工作原理如下:刀盤前土壓力過小時,它就往前伸;刀盤前土壓力過大時,它就往后退。刀盤前伸時,應減小進泥口開度并加快推進速度;刀盤后退時,應加大進泥口開度并降低頂速。這樣,就可使刀盤前的土壓力控制在設定的范圍內。使用此種掘進機頂進施工時地面隆沉極小,優秀的操作人員可使地面隆沉控制在10mm以內。由于采用了泥水作為運輸介質,在頂進的過程中無需停頓出泥,因此它的頂速也很快,24小時可頂進20-30米。缺點也很明顯:由于進泥口開度限制,在含有直徑大于6cm卵石的地層中無法施工,同時需對泥漿進行二次分離處理。


            2.2偏心破碎泥水平衡掘進機


            對于土質為強風化巖的情況下,我們可采用偏心破碎泥水平衡掘進機。此機與普通泥水掘進機的最大不同點是其頭部。殼體內的泥土倉是一個前面大、后面小的喇叭口,喇叭口的內壁是用耐磨焊條堆焊的一圈環形焊縫。安裝在殼體泥土倉內的是一個前面小、后面大的錐體,錐體上也堆有一圈環形焊縫。切削刀呈輻條形焊接在該錐體上,且略微向前傾斜。刀盤的正面焊有堅固而且耐磨的切削刀頭,所有這些構成一個刀盤。這樣,在掘進機工作時,刀盤一邊旋轉切削土體的同時還一邊作偏心運動把石塊軋碎。被軋碎的石塊只有比泥土倉與泥水倉聯接的間隙小才能進入掘進機的泥水倉,然后從排泥管中被排出。另外,由于刀盤運動過程中,泥水倉和泥土倉中的間隙也不斷的由最小變到最大這樣循環變化著,因此,它除了有軋碎小塊石頭的功能以外還始終能保證進水泵的泥水能通過此間隙到達泥土倉中,從而保證了掘進機不僅在砂土中,即使在粘土中也能正常工作。一般情況下,刀盤每分鐘能旋轉4-5轉,每當刀盤旋轉一圈時,偏心的軋碎動作達20-23次。由于此機型有以上這些特殊的構造,因此它的破碎能力是所有具有破碎功能的掘進機中最大的,破碎的最大粒徑可達掘進機直徑的40-45%之間,破碎的卵石強度可達200MPa。此機型在頂管掘進過程中有如下特點:


           ?、潘鼛缀跏侨珨嗝嫒临|的掘進機。它可以在N值從0-15的粘土,N值1-50的砂土以及N值10-50的卵礫石層等地層中使用,而且推進速度不會有太大的變化;


           ?、破扑榱酱?,其破碎粒徑可達掘進機直徑的40-45%之間;⑶施工精度高,施工后的偏差極??;


           ?、扔捎诰哂衅倪\動,進土的間隙又比較小,即使用清水作為進水,也能保持挖掘面的穩定;


           ?、煽梢赃M行長距離頂進,也可用于曲率半徑比較小的曲線頂進;⑹施工速度快,每分鐘可進尺100-180mm之間;


           ?、藱C具結構緊湊、維修保養簡單、操作方便。無論在工作坑中安裝還是在接收井中拆除都很方便;


            泥水式推進工法適于頂進管徑規格為Φ600~3000mm。


            3、封閉型土壓式推進工法


            土壓式推進工法有如下特點:


           ?、磐ㄟ^向切削倉內注入一定比例的混合材料,使得充滿泥倉的泥土混合體平衡正面土壓力以及地下水壓力;


           ?、茻o需泥漿泵等后部配套裝置,整機造價低廉;


           ?、菬o需泥漿處理,施工成本低。


            土壓式推進工法所采用的頂管掘進機可根據機頭所載刀盤數量分為單刀盤土壓平衡掘進機和多刀盤土壓平衡掘進機。


            3.1單刀盤土壓平衡掘進機


            單刀盤土壓平衡掘進機有以下優點:


           ?、胚m用的土質范圍非常廣,除巖石外的其他類土質均適用,且不需采用其他輔助手段;


           ?、剖┕ず蟮孛娉两敌?;


           ?、菞壨恋奶幚肀容^簡單


           ?、瓤稍趶屯翆觾H為管外徑0.8倍的淺土層中施工;


           ?、捎型晟频耐馏w改良系統和具有良好的土體改良功能;


           ?、书_口率達100%,土壓力更切合實際。


            3.2多刀盤土壓平衡掘進機


            多刀盤土壓平衡掘進機把通常的全斷面切削刀盤改成四個獨立的切削攪拌刀盤,所以它尤其適用于軟粘土層中頂管施工。如果在泥土倉中注入些粘土,它也能用于砂層中頂管施工。另外,由于此機采用了先進的土壓平衡原理,采用此機進行頂管施工后,對地面及地下的建筑物、構造物、埋設物的影響較小。用它可以安全地穿越公路、鐵路、河川、房屋以及各種地下公用管線。其最小覆土深度可以相當于一倍管外徑左右。從無數的施工實例證明,用此機進行頂管施工作業,不僅安全、可靠,而且施工進度快、效率高。與單刀盤土壓平衡掘進機相比,此機具有價格低廉、結構緊湊、操作容易、維修方便和質量輕等特點。另外,它排出的土可以是含水量很少的干土或含水量較多的泥漿。它與泥水式頂管施工相比,最大的特點是排出的土或泥漿一般都不需要再進行泥水分離等二次處理。施工占地小,對周圍環境污染也很少。如采用皮帶輸送機或螺旋出土機(如圖4.2.2)方式出土,頂進效率會更高,平均24小時可頂進15-20米。但是它的缺點也很明顯,由于不是全斷面切削,切削不到的部分只能通過擠壓進入機頭,因此迎面頂力較大。


            土壓式推進工法適用于施工管徑規格為Φ1000~3000mm。


            4、封閉型泥濃式推進工法


            泥濃式推進工法具有如下特點:


           ?、趴梢圆患悠扑榈呐懦隹讖郊s為掘進機直徑1/3的卵礫石;


           ?、撇捎昧硕巫{方法,大大的減少了磨阻力,適合長距離頂進。


            泥濃式頂進工法所采用的頂進掘進機制造工藝較復雜且精良,在頂進過程中頂進操作人員處于頂進管道中,目前此施工工法在日本應用較廣泛,在中國臺灣也有應用報道。


            此工法在頂進過程中,將廢棄物分成兩部分通過不同的方式排至地表后再外運處理。通過泥漿將頂進中所遇到的粘粒、砂礫等細小顆粒排至泥漿處理設備中,經泥漿處理設備二次分離處理后,粗顆粒部分由泥漿運輸車外運,余下的優質泥漿再次循環利用;頂進中遇到的卵礫石、塊石等粗大顆粒物儲存于儲存槽中,經管道運輸至工作井內,再由門架吊至地表后外運。


            因此泥濃式頂進工法適用的土質條件較廣泛,除巖石外所有土質條件均可適用。它適用頂進管徑規格為Φ700~2200mm。

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