常用的几种顶管施工工法分类


时间:2018/12/28 | 作者: | 分类:技术储备 | 浏览: | 发表评论
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据介绍,目前,顶管施工常采用的施工工法分为敞开人工手掘式(开放型)和密封机械式顶管(密封型)施工方法,其中机械式顶管施工常用的施工方法又有泥水平衡式和土压平衡式两种,顶管施工常用的管材有砼管、钢管、玻璃夹砂钢管。施工所采用的主要设备为信息化及全自动化泥水平衡顶管机。

常用的几种顶管施工工法分类

图 施工工艺分类

   1、 开放型刃口推进工法

图 刃口式推进工法施工工艺示意图

图 刃口式推进工法施工工艺示意图

刃口式推进工法的掘进机结构较简单,其刃口部分(即机头)加工简便,可以根据土质条件加工成全敞开式、半敞开式或活瓣式,一般称之为敞开式掘进机。

刃口式推进工法可适用于软土地层中、地下水位以上黄土地层中、地下水位以上强风岩地层中。

刃口式推进工法的特点是施工成本低,在顶进过程中如遇前方障碍物可立即采用人工方式排除;其缺点是顶进管径应大于Φ800mm,否则不便于人员进出;顶进距离不宜过长,一般对于Φ800mm顶管、其顶进距离不宜超过150m,管径较大时可适当延长顶进距离;同时在管内应设置照明、通风和通讯设备;由于是采用敞开式或半敞开式取土,顶进完成后地表均有沉降现象,不适用于已建成的建筑物区域,一般在类似于农田对地面沉降要求不严格的情况下或随新建市政道路工程同时施工的情况下采用。此种机型的缺点是顶速慢、遇到流砂层时难以控制出土量,因此沉降也是大于以下所述几种顶管掘进机。

刃口式推进工法在我国东南沿海海相沉积的淤泥质粘土中应用较广泛,由于土质较软、孔隙比大,切削和顶进都较容易,其机头一般加工成半敞开式或活瓣式,让二分之一或更少的软土被取出,其余的土被挤压至管径周边,这样可减少取土量、阻止地表沉降,并加快了顶进速度;再者在这类土中顶进可省去管壁注浆。

在黄土或强风岩中顶进时,由于土体摩擦力较大,为便于顶进,应采用全敞开式掘进机,并应在管壁周边进行注浆润滑。

刃口推进工法适于顶进管径规格为Φ800~3000mm。

   2 、封闭型泥水推进工法

图 泥水式推进工法施工工艺示意图

图 泥水式推进工法施工工艺示意图

泥水推进工法有如下特点:

⑴通过刀盘以及顶速平衡正面土压力,调节循环水压力用以平衡地下水压力;

⑵采用流体输送切削入泥仓的土体,顶进过程中不间断,施工速度快;

⑶无需地基改良或降水处理,施工后地表沉降小。

泥水式推进工法所采用的掘进机常用的有刀盘可伸缩式泥水平衡掘进机和偏心破碎泥水平衡掘进机。

2.1 刀盘可伸缩式泥水平衡掘进机

如需穿越建筑物、构造物、埋设物等对地面沉降要求很小的情况下,可采用刀盘可伸缩式泥水平衡掘进机,此种机头的刀盘是一个直径比掘进机前壳体略小的具 有一定刚度的圆盘。圆盘中还嵌有切削刀和刀架。刀盘和切削刀架之间可以同步伸缩,也可以单独伸缩。而且,不论刀盘停在哪一个位置上,切削刀架都可以把刀盘的进泥口关闭。刀盘加压装置是安装在主轴中的油缸,刀架伸缩油缸则安装在刀盘加压装置的上方。刀盘可伸缩式掘进机的工作原理如下:刀盘前土压力过小时,它就往前伸;刀盘前土压力过大时,它就往后退。刀盘前伸时,应减小进泥口开度并加快推进速度;刀盘后退时,应加大进泥口开度并降低顶速。这样,就可使刀盘前的土压力控制在设定的范围内。使用此种掘进机顶进施工时地面隆沉极小,优秀的操作人员可使地面隆沉控制在10mm以内。由于采用了泥水作为运输介质,在顶进的过程中无需停顿出泥,因此它的顶速也很快,24小时可顶进20-30米。缺点也很明显:由于进泥口开度限制,在含有直径大于6cm卵石的地层中无法施工,同时需对泥浆进行二次分离处理。

2.2 偏心破碎泥水平衡掘进机

对于土质为强风化岩的情况下,我们可采用偏心破碎泥水平衡掘进机。此机与普通泥水掘进机的最大不同点是其头部。壳体内的泥土仓是一个前面大、后面小的喇叭口,喇叭口的内壁是用耐磨焊条堆焊的一圈环形焊缝。安装在壳体泥土仓内的是一个前面小、后面大的锥体,锥体上也堆有一圈环形焊缝。切削刀呈辐条形焊接在该锥体上,且略微向前倾斜。刀盘的正面焊有坚固而且耐磨的切削刀头,所有这些构成一个刀盘。这样,在掘进机工作时,刀盘一边旋转切削土体的同时还一边作偏心运动把石块轧碎。被轧碎的石块只有比泥土仓与泥水仓联接的间隙小才能进入掘进机的泥水仓,然后从排泥管中被排出。另外,由于刀盘运动过程中,泥水仓和泥土仓中的间隙也不断的由最小变到最大这样循环变化着,因此,它除了有轧碎小块石头的功能以外还始终能保证进水泵的泥水能通过此间隙到达泥土仓中,从而保证了掘进机不仅在砂土中,即使在粘土中也能正常工作。一般情况下,刀盘每分钟能旋转4-5转,每当刀盘旋转一圈时,偏心的轧碎动作达20-23次。由于此机型有以上这些特殊的构造,因此它的破碎能力是所有具有破碎功能的掘进机中最大的,破碎的最大粒径可达掘进机直径的40-45%之间,破碎的卵石强度可达200MPa。此机型在顶管掘进过程中有如下特点:

⑴它几乎是全断面全土质的掘进机。它可以在N值从0-15的粘土,N值1-50的砂土以及N值10-50的卵砾石层等地层中使用,而且推进速度不会有太大的变化;

⑵破碎粒径大,其破碎粒径可达掘进机直径的40-45%之间; ⑶施工精度高,施工后的偏差极小;

⑷由于具有偏心运动,进土的间隙又比较小,即使用清水作为进水,也能保持挖掘面的稳定;

⑸可以进行长距离顶进,也可用于曲率半径比较小的曲线顶进; ⑹施工速度快,每分钟可进尺100-180mm之间;

⑺机具结构紧凑、维修保养简单、操作方便。无论在工作坑中安装还是在接收井中拆除都很方便;

泥水式推进工法适于顶进管径规格为Φ600~3000mm。

   3 、封闭型土压式推进工法

图 土压式推进工法施工工艺示意图

图 土压式推进工法施工工艺示意图

土压式推进工法有如下特点:

⑴通过向切削仓内注入一定比例的混合材料,使得充满泥仓的泥土混合体平衡 正面土压力以及地下水压力;

⑵无需泥浆泵等后部配套装置,整机造价低廉;

⑶无需泥浆处理,施工成本低。

土压式推进工法所采用的顶管掘进机可根据机头所载刀盘数量分为单刀盘土压平衡掘进机和多刀盘土压平衡掘进机。

3.1 单刀盘土压平衡掘进机

单刀盘土压平衡掘进机有以下优点:

⑴适用的土质范围非常广,除岩石外的其他类土质均适用,且不需采用其他辅助手段;

⑵施工后地面沉降小;

⑶弃土的处理比较简单

⑷可在复土层仅为管外径0.8倍的浅土层中施工;

⑸有完善的土体改良系统和具有良好的土体改良功能;

⑹开口率达100%,土压力更切合实际。

3.2 多刀盘土压平衡掘进机

多刀盘土压平衡掘进机把通常的全断面切削刀盘改成四个独立的切削搅拌刀盘,所以它尤其适用于软粘土层中顶管施工。如果在泥土仓中注入些粘土,它也能用于砂层中顶管施工。另外,由于此机采用了先进的土压平衡原理,采用此机进行顶管施工后,对地面及地下的建筑物、构造物、埋设物的影响较小。用它可以安全地穿越公路、铁路、河川、房屋以及各种地下公用管线。其最小覆土深度可以相当于一倍管外径左右。从无数的施工实例证明,用此机进行顶管施工作业,不仅安全、可靠,而且施工进度快、效率高。与单刀盘土压平衡掘进机相比,此机具有价格低廉、结构紧凑、操作容易、维修方便和质量轻等特点。另外,它排出的土可以是含水量很少的干土或含水量较多的泥浆。它与泥水式顶管施工相比,最大的特点是排 出的土或泥浆一般都不需要再进行泥水分离等二次处理。施工占地小,对周围环境污染也很少。如采用皮带输送机或螺旋出土机(如图4.2.2)方式出土,顶进效率会更高,平均24小时可顶进15-20米。但是它的缺点也很明显,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。

土压式推进工法适用于施工管径规格为Φ1000~3000mm。

图 皮带输送机及螺旋出土机 图 皮带输送机及螺旋出土机

图 皮带输送机及螺旋出土机

   4、 封闭型泥浓式推进工法

图 泥浓式推进工法施工工艺示意图

图 泥浓式推进工法施工工艺示意图

泥浓式推进工法具有如下特点:

⑴可以不加破碎的排出孔径约为掘进机直径1/3的卵砾石;

⑵采用了二次注浆方法,大大的减少了磨阻力,适合长距离顶进。

泥浓式顶进工法所采用的顶进掘进机制造工艺较复杂且精良,在顶进过程中顶进操作人员处于顶进管道中,目前此施工工法在日本应用较广泛,在中国台湾也有应用报道。

此工法在顶进过程中,将废弃物分成两部分通过不同的方式排至地表后再外运处理。通过泥浆将顶进中所遇到的粘粒、砂砾等细小颗粒排至泥浆处理设备中,经泥浆处理设备二次分离处理后,粗颗粒部分由泥浆运输车外运,余下的优质泥浆再次循环利用;顶进中遇到的卵砾石、块石等粗大颗粒物储存于储存槽中,经管道运输至工作井内,再由门架吊至地表后外运。

因此泥浓式顶进工法适用的土质条件较广泛,除岩石外所有土质条件均可适用。它适用顶进管径规格为Φ700~2200mm。

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