泥水平衡頂管機在施工中出現的問題和解決方法

1、泥水平衡頂管機在施工中出現得問題與解決方法1、前言隨著我國非開挖技術得廣泛應用 ,機械頂管施工技術亦日趨成熟 , 特別就是泥 水平衡式頂管與土壓平衡式頂管工藝已成為較為常用得頂管施工方法。然而,頂管施工本身就就是一項受地下不確定因素與外界困擾較多得高風險作業(yè),成功率并非十分圓滿。從以往得頂管施工情況來瞧 , 各種如糾編失控、管道軸線或標高 嚴重偏位、管壁摩阻力過大、 頂管無法向前推進、 機械故障導致掘進機中途停頓、 機頭遇不明障礙物難以穿越等等現象 ,比比皆就是。 在這里,我們故且把由于技術 人員操作不當而引起得管道上翹、下沉、左右大幅偏位等現象稱作為 “頂管人為 事故 ”這(里不再討論 )

2、。而把由于受地質變化、障礙物、管材破損等造成得頂管 失敗現象,稱作為“頂管施工故障 ”。對于長期從事頂管施工得工程技術人員來 說, “施工故障 ”其實很難避免。這就象我們日常生活中生病一樣 ,得了病,如何對針 下藥才就是關鍵。頂管施工也如此。出現故障 , 如何既快又省地解決問題 ,才就是 我們所必須關注得重要議題。2、故障類型及對策我們通常把頂管掘進機頭不能最終到達接收井得現象 ,均稱作為 :頂管失敗 或頂管故障。其實,在實際施工過程中 , 頂管掘進機頭頂進途中停止不前原因較多 , 歸納起來有以下幾種情況 :1) 由于設計或施工前對地質情況估計不足 ,造成頂進過程中摩阻力過大 ;2) 由于施工

3、中注漿減阻不理想 ,或因某原因中間停頓時間過長 ,造成管壁阻力過 大;3) 由于管道自身強度缺陷 ,頂進過程中造成管身碎裂 ;4) 由于工作井井身或后壁強度不足 ,造成工作井后座嚴重開裂或變位 ;5) 由于掘進機頭自身機械傳動出現問題 ;6) 由于管位處出現難以逾越得障阻物等。處理以上幾種類型得故障 , 其對策往往與該管道所處理地質情況、地表狀 況、施工條件及故障起因有很大關聯(lián)。在確定一個理想得處理方案時,需仔細加以分析比較 ,才能對癥下藥 , 從而水到渠成。這里提供幾種處理對策供大家參考 :1) 開天窗法:在掘進機頭上方地面通過開挖而解決問題得方法 ;2) 逆套管法:在接收井反向頂進內徑大于

4、機頭外徑得鋼管或其它管道 ,然后把機 頭從接收井拉出 ;3) 順套管法:在工作井頂進內徑大于管道外徑得鋼管 ,從而確保土體不坍塌或設 法減小管壁摩阻力得方法 ;4）內套管法:在原來得管道內頂入一支直徑稍小得鋼管 ,并與機頭連接 ,從而達到 重啟機頭得目得 ;5）引導洞法:在接收井中,逆向頂入同口徑管道 ,使兩機頭對接 ,然后此頂彼拉 ,達 到預期目標得一種解決方法。3 、工程實例1）開天窗法:此法常用于故障機頭上方地面符合施工條件 ,且該處地質狀況亦利 于開挖或進行開窗作業(yè) , 它可分為大開挖法、鋼板支護開挖法、沉井開窗法與鋼 護筒開挖法等。實例一: 1000砼F管頂管工程 ,日本 TCC10

5、00 泥水平衡偏心破碎型掘進機 頭。癥狀:頂段長 142 米,機頭位于離工作井 101 米處時 ,發(fā)現操作臺扭矩表異狀 波動,同時機內發(fā)出金屬間摩擦得刺耳聲音 ,觀察排泥口 ,發(fā)現大量漂浮油漬。疹斷:偏心齒輪動密封件磨損 , 齒輪油外溢 ,部分泥漿水壓入齒輪油箱 , 造成主 軸承損壞。對策:該段處于路緣綠化帶上 , 為黃褐色粘土層 ,適合于開挖施工處理 , 且故障 發(fā)生時 ,頂力僅為 102 噸,減摩注漿情況良好 ,建議大開挖取故障機頭 ,然后換新 機頭與機頭管重新銜接 ,再啟動油站開頂 , 控制時間 12 小時。施工注意事項 : 處理動作要迅捷 ,新機頭必須滿足調運條件 ,開挖面不宜過大 ,

6、 起吊故障機頭時盡量不要破壞機下土層 , 在確保現機頭標高與原機頭一致情況下 方可回填土方。處理過程中 ,為保證觸變泥漿壓力 , 需定期進行補漿。實例二: 800砼F管污水頂管工程 ,PSD800 型泥水平衡式頂管機頭 癥狀 : 管線穿越鐵路原下行立交匝道邊 ,刀盤扭矩超限波動 ,前有異狀物跡象 , 退回主頂液壓油缸 ,異動消失。診斷:刀盤處遇較大障礙物 , 疑為砼基礎。對策: 由于該處正在新建跨鐵路立交 ,機頭位置地面均為回填土方 ,建議采用鋼板 樁支護開挖 ,用鎬頭挖機破碎砼塊后作清障處理。施工注意事項 : 鋼樁圍護時應注意避開機頭位置。砼塊破碎時切忽損壞掘進機刀 盤。處理期間 , 需保證

7、觸變泥漿壓力。實例三:800 砼F管污水頂管工程 ,日本 TCC800 型泥水平衡式頂管機 癥狀本管道地面埋深 8、5m 穿越河道,管道頂至離河口 1 米左右發(fā)現刀盤扭矩 超載,頂力突然增大 ,機頭有迅速左偏趨勢 ,機內無雜聲出現 ; 繼續(xù)頂進 20m, 癥狀 減輕 ,20 分鐘后被電訊部門告知 ,蘇寧長途通訊光纜被切斷。診斷: 刀盤被光纜纖維物纏住 ,由于原定向鉆施工之實際標高與竣工圖標高嚴重 不符,（ 相差 3m）, 造成設計原始資料失真。對策: 因配合通訊光纜搶修 ,以及事故調查分析 ,停頓時間在一周以上。故需作開 窗處理 ,考慮到機頭已近河邊 ,開挖難以施工 ,決定采用沉井法加以處理

8、,在機頭管 NO1 處作為沉井外壁位置 , 完成沉井作業(yè)后 ,回拔機頭。調整管位標高 ,以該井為 工作井重新開啟頂管施工 ,施工時間 1 個月左右。施工注意事項 :準確測量管位 ,注意沉井施工時刃腳與 NO1 管得交割,回拔前要在 機頭周圍進行壓密注漿處理。實例四:1000 頂管工程 ,PSD1000 型泥水平衡式頂管機頭。 癥狀: 管線穿越宕渣回填層 ,行進 30m 至公路邊緣擋墻位置時 ,發(fā)現刀盤扭矩超 限警報 ,機內有沉悶異狀響聲。診斷: 疑遇較大回填塊石。對策: 雖然該管道埋置不深 ,但由于機頭位于公路與排水渠交接邊緣 ,開挖施工勢 必導致公路填筑宕渣坍塌 ,影響行車安全。采用鋼護筒護

9、壁 , 人工采挖法加以處理 , 結果在吊出直徑約 80cm 塊石后 ,回填部分土方 ,穿越成功。處理時間為 20 小時。 施工注意事項 : 準確測定機頭位置 ,上層用挖機開挖 ,然后埋設護筒。處理塊石后 , 即進行粘土回填 ,及時拔除鋼護筒?！伴_天窗法 ”通常就是頂管施工技術人員首先所考慮到得一種簡單、 節(jié)省而又行之 有效得補救方法。然而 ,往往由于地理條件 ,土質情況得限制 ,采用其它得處理對策 有時會變得更有利。2) 逆套管法:在故障機頭離接收井較近 ,且地面無法開挖得情況下 ,采用比機頭外 徑大 20cm 左右得鋼管 (或其它管道 ), 從接收井洞口利用人工反向頂進 ,套住機 頭后 ,把

10、機頭從接收井拉出 , 再接順管道得一種方法。實例五 :1000 過河污水頂管 ,PSD1000 型泥水平衡式機頭。癥狀:該頂段長 124m, 地面覆土深度 8m 左右,河面寬 85m, 接收井離河岸 9m 。 在頂至離接收井洞口 7m 時,機頭刀盤突然扭矩超限 , 隨之頂力增大 ,主油缸退壓 后,扭矩表恢復正常。診斷: 機頭前方遇較大障礙物 ,經揭開地表土層 ,發(fā)現一顆直徑 80cm 得鉆孔灌注 樁,疑為河坎施工時旁邊高層建筑得圍護樁。對策:由于該管位處在粉質粘土層 ,地下水位較高 ,且北臨12 層高樓,東靠橋臺,南 邊為主河道河岸 ,經探測鉆孔樁深度達 20m 以上, “開天窗 ”施工難度極

11、大?，F場 無法再布置沉井位置 ,采用鋼護筒法鑿除灌注樁需歷時半月以上 , 在已完成 117m 頂管得情況下 , 長時間得停頓再次啟頂成功希望更小 ,因此建議采用 “逆套 管”法進行處理 ,步驟如下 :由于管位地層地質狀況較差 ,為保證逆向人工頂管時得施工安全 , 必須進行壓 密注漿處理 ,以改善該地塊得土質狀況。根據原有軸線及標高 , 在接收井處安裝導軌及澆注砼后靠墻 , 安裝止水圈。 采用內徑為 1400 得鋼管反向頂進 , 到達鉆孔樁位置時停止作業(yè)。 采用砼取孔機切除影響管道部分得砼與鋼筋。鋼管套入機頭至 NO1 管 1m 位置。從接收井處拉出機頭 ,反向套入 1000 砼 F 管。 該故

12、障處理時間為 20 天。施工注意事項 :故障機頭具體位置 ,軸線走向 ,標高等數據得測定十分重要 ,就是處 理問題得成功關鍵。 同時 ,正確判斷該地層就是否適用于人工挖土頂管 ,否則需進 行土壤改良處理。3) 順套管法 : 此方法在二種情況下進行采用。 掘進機頭在剛開頂不久 ,離工作井 不遠處出現故障 ,且地面為道路或不允許開挖沉降得情況。頂管進行到一定長 度,發(fā)現由于管壁摩阻過大 , 管身受載能力不足。經計算減少部分管節(jié)得摩阻可以 使機頭順利到達接收井得情況下。 第二種情況 ,由于補救投入較大 ,同時 ,成功概率 亦不很高 , 故較少采用。實例六:1350 砼 F管污水頂管,采用 PSD13

13、50 型泥水平衡式頂管機頭。癥狀: 開頂后至第一節(jié)機頭管 NO1 剛頂進 ,機頭出現扭矩波動異狀 ,機內發(fā)出金屬 碰擊聲 ,再頂進 20cm, 機頭卡死。診斷: 刀盤或泥水艙內有金屬異物卡住 ,或主軸軸承損壞。對策: 鑒于工作井臨近公路主干道 ,機頭位于通車路基下 ,開挖或拉機頭會造成公 路坍塌 ,影響正常交通。因此建議使用直徑稍大于機頭外徑得鋼套筒 ,頂至機頭前 大于 1m, 然后回拉機頭及 NO1 管,檢查機頭故障情況 , 結果發(fā)現刀盤內被沉井施 工時遺留得鋼管軋頭卡死 ,取出后重新開頂。施工注意事項 : 應根據土質分析其流塑及滲水狀況 ,確定就是否需要注漿或降水 處理。同時 ,注意防止洞

14、口止水圈拆卸時得井壁周圍水土流失。4）內套管法:這就是一種經經濟、 技術比較后 ,不得已采用得補救辦法。 將原先管 道作報廢處理 ,在原管道中頂入一根外徑小于原管道內徑得鋼管 ,與機頭銜接 ,從 而達到機頭頂入接收井得目得。實例七:1200 砼 F管污水頂管工程 ,日本 TCC1200 泥水平衡式頂管機型。 癥狀:頂段長 168m, 右臨11 萬伏電網鐵塔 ,計劃穿越高速公路接線 ,后經寬 30m 河床到達接收井。在頂至 110m 時, 由于管外壁摩阻力過大 ,頂進時 48#,49#F 管管壁砼破碎 , 無法繼續(xù)頂進。診斷:地質狀況考慮欠周詳 ,該土層為粉質土層 ,呈流塑狀 ,易出現“抬管”現

15、象,且 地下水位較高 ,施工時注漿效果差 , 難以形成漿套 ,亦就是主要成因。對策: 綜合現場地理環(huán)境 ,既無開挖場地 ,又無沉井施工條件。查閱電網鐵塔及橋 梁基礎均為鉆孔灌注樁基 ,建議在頂管后續(xù)段允許產生部分沉降 , 管道內徑略微 減小能滿足排污要求得情況下 , 采用內套管法予以解決。具體方法為 :將原有 1200 砼管報廢,內套外徑為 1150 壁厚 12mm 得鋼管,頂至 機頭位置 ,使之與機頭焊接。在洞口重新設置止水圈。在與機頭連接處設置長約 2m 左右得止水帶 ,（ 鋼管外壁注水溶性聚胺酯 ,與水反應發(fā)泡膨脹而成 ）。啟頂后, 觀測地面沉降量 ,適當減小排泥數量 ,完成頂進后 ,進

16、行換漿,即補壓水泥漿工作。 施工注意事項 : 需進行經濟可行性分析比較 ,論證地面得部分沉降對周圍構筑得 影響程度后方可作出以上處理方案。 實施時 ,應注意止水帶與洞口止水圈 （含接收 井洞口）得止水效果,發(fā)泡劑得注入量 ,以確保地下水得壓力。一經完成即需對超 挖部分進行補漿 （水泥漿 ）處理,必要時,在注漿時摻入水玻璃 ,以加快凝結提高注 漿效果 ,從而減小地表得后期沉降。5）引導洞法:由于掘進機頭發(fā)生故障 ,但刀盤尚可轉動得情況下 ,外部條件限制 , 很難用其它辦法來解決該問題 ,在接收井處用同型號掘進機逆向頂進 , 實現對接 后,此推彼拉 ,完成頂進工作得一種方法。實例八:800 砼污水頂管,日本 TCC800 型泥水平衡式頂管掘進機。 癥狀:在W29W30 段施工中,頂段長 140m, 頂至 90m 處時,機內發(fā)出類似金屬 卡殼聲 ,刀盤扭矩表出現波動。同時 ,泥水箱內發(fā)現大量漂浮油漬。此時主頂油缸 頂力為 60T 。診斷: 機內動密封件磨損 ,泥漿水混入軸體 ,造成主軸承損壞 ,應立即停止頂進。 對策: 鑒