氣動(dòng)夯管法施工水平凍結(jié)孔技術(shù)

氣動(dòng)夯管法施工水平凍結(jié)孔技術(shù)摘要:氣動(dòng)夯管法以其地層適應(yīng)性強(qiáng)、對(duì)地表影響小、操作方便、施工成本低等優(yōu)點(diǎn)在水平凍結(jié)孔施工中得到了推廣應(yīng)用。介紹了氣動(dòng)夯管法施工水平凍結(jié)孔的工藝原理及施工工藝。簡(jiǎn)介了近年來(lái)用該技術(shù)施工的主要工程概況,并與鉆進(jìn)法進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較。經(jīng)過對(duì)比分析,在松軟、含水量大的地層中,采用氣動(dòng)夯管法施工水平凍結(jié)孔比鉆進(jìn)法更具有一定的優(yōu)越性。關(guān)鍵詞:管線施工技術(shù);氣動(dòng)夯管法;夯管錘;水平凍結(jié)孔

氣動(dòng)夯管技術(shù)是現(xiàn)代非開挖鋪設(shè)管線技術(shù)的一個(gè)分支，適用于排水、自來(lái)水、電力、通信、油氣等管道穿越公路、鐵路、建筑物和小型河流的非開挖鋪設(shè)。它是一種特別適合當(dāng)前我國(guó)非開挖地下管線施工領(lǐng)域的簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、有效的施工技術(shù)。特別是當(dāng)水平凍結(jié)孔所處地層為砂性土、淤泥質(zhì)黏土、粉質(zhì)黏土、粉土等松軟、含水量大且承壓大的土層時(shí)（如上海地區(qū)），利用夯管法施工技術(shù)在保證施工凍結(jié)孔少出泥、控制施工對(duì)地層的擾動(dòng)以及施工安全等方面有明顯的優(yōu)越性。2002年以來(lái)，采用氣動(dòng)夯管技術(shù)，替代傳統(tǒng)的鉆進(jìn)法，進(jìn)行水平凍結(jié)孔施工，先后完成了上海地鐵明珠二期楊樹浦路—浦東大道區(qū)間隧道聯(lián)絡(luò)通道及泵站（黃浦江底）、上體館站穿越段、上體館站—宜山路站區(qū)間泵站、成山路—高清路區(qū)間聯(lián)絡(luò)通道及泵站、天津土城及下瓦房聯(lián)絡(luò)通道及泵站等工程，取得了良好的效果。1工藝原理

氣動(dòng)夯管法施工水平凍結(jié)孔,即利用空壓機(jī)驅(qū)動(dòng)氣動(dòng)夯管錘沿導(dǎo)軌（設(shè)計(jì)路線）將凍結(jié)管直接夯進(jìn)土層中。在凍結(jié)管夯進(jìn)的過程中，一邊擠壓土體，一邊克服地層與管體的摩擦力，使凍結(jié)管不斷進(jìn)入土層，直至設(shè)計(jì)深度。該方法所使用的主要設(shè)備是夯管錘。它是一臺(tái)低頻、大沖擊功的氣動(dòng)沖擊器，借由壓縮空氣驅(qū)動(dòng),將要鋪設(shè)的鋼管沿設(shè)計(jì)路線夯入地層。在凍結(jié)管夯進(jìn)時(shí)，其受力分析如圖1所示。圖1中，P為凍結(jié)管受到的沖擊力；F為凍結(jié)管管端阻力；f為凍結(jié)管與土層接觸面之間的摩擦力；N為土體對(duì)凍結(jié)管反作用力；G為夯入凍結(jié)管的自重。凍結(jié)管前進(jìn)的條件：P>F+f。

上兩式中：μ為土層與凍結(jié)管間摩擦因數(shù)；d為凍結(jié)管外徑，m；γ為土的重度，kN/m3；h為管頂以上覆蓋土厚度，m；l為夯入凍結(jié)管長(zhǎng)度；φ為土的內(nèi)摩擦角，（°）；c為土的黏聚力，kPa。由式（1）、式（2）分析可以看出，凍結(jié)管夯進(jìn)過程中的阻力與夯入長(zhǎng)度、管徑、土重度、埋深等直接有關(guān)。2施工工藝2.1夯管前的準(zhǔn)備工作

1)認(rèn)真做好現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查。盡可能詳細(xì)了解聯(lián)絡(luò)通道所處地層的地質(zhì)資料及地面建筑物和地下管線情況。

2)詳細(xì)了解水平凍結(jié)孔的設(shè)計(jì)位置及角度,掌握水平凍結(jié)孔夯管施工的技術(shù)要求及質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

3)配套設(shè)施要完好適用。其中,空壓機(jī)排量要求不小于6m3/min，工作壓力不大于0.8MPa；貯氣罐的容積不小于0.6m3，保證夯管錘工作壓力穩(wěn)定。高壓膠管為2根，長(zhǎng)20m、直徑50.8mm（也可用無(wú)縫鋼管代替）；3根，長(zhǎng)20m、直徑38.1mm，耐壓都要求不小于1.0MPa。擊帽可根據(jù)水平凍結(jié)孔的管徑配套使用。

4)安裝孔口止水裝置。水平凍結(jié)孔夯管施工前,需要采用二次開孔工藝，在隧道管片上安裝孔口止水裝置（如圖2中詳圖A所示），以防夯管過程中凍結(jié)管與管片之間大量出泥、出水。施工時(shí)采用金剛石取芯鉆在管片上開孔。一次開孔深度250mm左右，不鉆透管片，下入孔口管，在孔口管的魚鱗扣上纏麻絲，均勻砸入250mm，再用膨脹螺栓把孔口管與管片固定，安裝閥門后再進(jìn)行二次開孔，直至開透管片。開透管片后退出開孔鉆頭，關(guān)閉閥門。2.2施工步驟攻醬鑼水平凍結(jié)孔夯蚊管施工按以下注步驟進(jìn)行。裂搜1還)暈搭建夯管錘支曉架三,殼傭安裝導(dǎo)適軌勝,牙海將要夯的鋼管臣插入孔口管。層膊2診)療按凍結(jié)孔設(shè)計(jì)參方位要求調(diào)整皂導(dǎo)軌的方向和步水平筋度揉,擁頃將導(dǎo)軌與支架辣固定牢固。夯囑管機(jī)導(dǎo)軌安裝智在專用升降架寄上，如軌圖鼠2靠甩所示。每若3棵)間安裝張緊旗器厲,緣肚用張緊器將夯么管錘與凍結(jié)管萌拉緊使之成為確一個(gè)整體。在編孔口管中插入單前端密封的第總一節(jié)管材并用拳緊繩器與夯管族錘連接所（陰放見拋圖丸銷3窗），壓緊孔口尖密封裝置，打腐開孔口閥門，伍準(zhǔn)備夯進(jìn)。際得4晴)嚼氣動(dòng)夯管錘注別油器中加滿潤(rùn)營(yíng)滑機(jī)油。珠智5活)鉛夯進(jìn)第一根鋼烈管。啟動(dòng)空壓麥機(jī)脅,鏟轎打開夯管錘主系進(jìn)氣閥，慢速藥啟動(dòng)夯管錘，火在鋼管進(jìn)入地親層蒸序2m凡涂時(shí)調(diào)整鋼管的旬水平、垂直位餡置，然后完全爭(zhēng)開啟夯管錘進(jìn)請(qǐng)氣閥，全速夯攏進(jìn)鋼管。為了光保證夯管敲（埋游或鉆進(jìn)）精度翻，開孔段是關(guān)暫鍵。夯進(jìn)配前餐貫2m害淺時(shí)，反復(fù)校核卷凍結(jié)管方向，潮調(diào)整夯管機(jī)位坦置，用精密羅誦盤或吊線檢測(cè)獨(dú)偏斜情況，如呼垂直與水平角煙度偏差不超扭過芹0.5歸°廳，則可繼續(xù)夯希進(jìn)。夯管機(jī)應(yīng)粗離孔口遠(yuǎn)一些貴為宜。凍結(jié)管狗下入孔內(nèi)前根怖據(jù)鉆孔深度選噸擇配管，根據(jù)繡施工場(chǎng)地大小乘，每節(jié)管材長(zhǎng)娃度績(jī)?yōu)橛?.洞0芒～叮2.5m絲震。夯進(jìn)過程中蒜，如阻力大，積可以打開閘門慢，讓少許泥從陶閘門中擠出。尚蕉6耀)慌第二根鋼管焊循接和補(bǔ)口補(bǔ)傷潤(rùn)。第一根鋼管窯夯到預(yù)定位置杯后，釋放夯管郊錘內(nèi)余氣，撤德去張緊器，觀時(shí)察夯入鋼管的惠偏斜情況，退券出夯管錘，卸跟掉擊帽。在第往一根鋼管尾部伏砸入內(nèi)襯管箍級(jí)，在導(dǎo)軌里放齒入第二根鋼管錘，將其在襯管禮處與第一根鋼毛管進(jìn)行組對(duì)焊濃接和補(bǔ)口補(bǔ)傷勤。焊之前，接湯頭處均打磨磁成月45泰°繩坡口，用直角稠靠尺檢查并保析證凍結(jié)管的同殺心度。操作均剖應(yīng)按設(shè)計(jì)要求刻和施工規(guī)范進(jìn)徒行。焊完后，悄用羅盤和吊線懸檢查凍結(jié)管垂沖直及水平偏斜韻情況，要求保味證對(duì)口的質(zhì)量千。益舍7)并碧夯進(jìn)鋼管至設(shè)軍計(jì)要求的長(zhǎng)度號(hào)。補(bǔ)口補(bǔ)傷完嚴(yán)成墻后乞,退漏按照上述步約驟刻1)秘抖～棋5)幸女夯進(jìn)第二根鋼萌管。如此重復(fù)大操作到夯進(jìn)至亞設(shè)計(jì)要求的長(zhǎng)查度。夯管過程揪，要求連續(xù)進(jìn)嚼行，不宜中途慣停止，盡量減泄少作業(yè)間歇時(shí)沉間。因?yàn)殚g歇畫時(shí)間過長(zhǎng)，會(huì)因造成土層和管溫外壁粘在一起飾，從而使夯進(jìn)刑阻力增大。更舅重要的是地層罩的不穩(wěn)定，存歪在著一定的施悄工風(fēng)險(xiǎn)。出還8猴)屬封孔注漿。夯產(chǎn)管結(jié)束捷后品,嫂幫通過孔口管上捉的旁通閥進(jìn)行躬補(bǔ)漿。方法是辨先同注牌1總∶社1班的單液水泥漿鬧，然后再用配拒比慌為貸1予∶豬0.5祖的水越泥叼—耍水玻璃雙液注士漿封孔。施蛙9趣)秤測(cè)斜及打壓。汽夯好凍結(jié)管拒后熄,性斧用經(jīng)緯儀進(jìn)行甜燈光測(cè)斜，同戴時(shí)復(fù)測(cè)凍結(jié)孔恢深度，并進(jìn)行鐮打壓試漏。凍統(tǒng)結(jié)孔試漏壓力母控制傷在文0.棋7別～峰1.0M恨Pa揚(yáng)稅之間，穩(wěn)定昏30m筒in裙抄壓力無(wú)變化者壽為試壓合格。矩3偏蠟夯管法機(jī)具設(shè)殿備及勞動(dòng)力配棍備芳銳飄主要機(jī)具設(shè)備射有譜:1童技臺(tái)空壓絞機(jī)以,若雪規(guī)敢格唉丸6m挑3羽/h;賀1土臺(tái)夯管錘，型龜號(hào)爽H190勤/H30遼0禁；部1黃酷臺(tái)經(jīng)緯儀猛；迎2疤裕臺(tái)電焊機(jī)，型臉號(hào)突BS-40凍0炒；峽1壯哥臺(tái)試壓泵委；臭1快槽臺(tái)套絲機(jī)。蛾稠方勞動(dòng)力配萄備功:邀慎鉆刊工囑15植劑人裙,音遺電哄工減1膚筋人俱,叉吼焊戀工氧2予住人令,峰機(jī)修世工展1白墊人，測(cè)量貼員變1灰糖人。民4度蜂夯管施工效率絞和質(zhì)量立師黃上海地鐵明珠彈二期楊樹浦領(lǐng)路山—捎浦東大道區(qū)間廳隧道脆聯(lián)絡(luò)通道位于舟黃浦江底，通鐵道部位主要為存⑦諸1-1丘砂質(zhì)粉土。該眉土富含飽和承笑壓水，水壓大決、滲透性好，屠容易引起水、卡砂突出，而一蠶旦出砂出泥，銳就存在著很大擁的安全隱患。短在該工程水平稿凍結(jié)孔施工時(shí)膀，前期繭（鄰型上部及兩側(cè)）窄二十多個(gè)凍結(jié)蠢孔采用的是鉆騾進(jìn)法，后因出揉泥砂多而被迫尼停止施工。領(lǐng)低碗經(jīng)過安全、技衰術(shù)和經(jīng)濟(jì)的比佳較惹,舟衡首次將氣動(dòng)夯揮管法引入水平始凍結(jié)孔施工，招代替了傳統(tǒng)的撤鉆進(jìn)法，較好桶地解決了凍結(jié)芝孔施工出砂出雕泥的問題，并揚(yáng)且通過隧道變作形監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)，浮與鉆進(jìn)法相比令，收斂位移要汁小，對(duì)地面沉歷降變形起到有若效控制作用。芝經(jīng)過幾年來(lái)的淺技術(shù)攻關(guān)及創(chuàng)蒙新，氣動(dòng)夯管蜓法施工水平凍爛結(jié)孔技術(shù)日益墨成熟，并且在島工程中得到了晨廣泛的應(yīng)用。奴亞杜通過近年來(lái)的建夯管法施工水零平凍結(jié)孔的實(shí)劑踐瞇,案睬在相同的條件皮下，夯管速度皆一般可決達(dá)許4責(zé)濱個(gè)蓄孔渴/喬d駝，甚至可達(dá)始到濕攤6峰～碰9恰卻個(gè)駕孔密/紫d譯；而用鉆進(jìn)法禿施工一般不超陷過傲添4辦個(gè)黨孔匹/擠d趨。近年來(lái)利用贈(zèng)氣動(dòng)夯管法施左工水平凍結(jié)孔律主要工程的概穴況如莖表箱1曲敢所示。命表花1絲牢中，一次成孔頭合格率主要是抗檢查凍結(jié)孔的被偏斜、終孔間龜距以及打壓試旬漏。創(chuàng)積敵由室表閱1劇員可以看豬出用,鐵潔夯管法施工水霉平凍結(jié)孔的施啞工效率和質(zhì)量坡還是比較高的蹲。對(duì)于一次夯緞管偏斜不合格說的凍結(jié)孔，可肆以通過打補(bǔ)孔炸加以彌補(bǔ)。衰5陡淘夯管法與鉆進(jìn)副法的比較免哨襖與鉆進(jìn)法相岸比幸,貨乏氣動(dòng)夯管法施損工水平凍結(jié)孔納的最大優(yōu)點(diǎn)是饑對(duì)地層擾動(dòng)小沖，能有效控制糠地面沉降。以列成山黑路蛋—渴高清路聯(lián)絡(luò)通勸道為例，在夯腰管期間聯(lián)絡(luò)通爸道部位的地面肝累計(jì)沉降最大疾值攪阿3.5m潤(rùn)m正牧，而劍楊吼—咸中聯(lián)絡(luò)通道使矩用鉆進(jìn)法施工旬水平凍結(jié)孔時(shí)裳，地面累計(jì)沉承降最大值陰為栽晚12m棗m攻磨。與鉆進(jìn)法相物比，采用夯管練法施工水平凍予結(jié)孔在技術(shù)經(jīng)毯濟(jì)方面有明顯每的優(yōu)越性塘（以覆見息表膚例2損）。從窄表羅2姐測(cè)可寒知驅(qū),鼠恥施工水平凍結(jié)陳孔存在的主要渠問題是凍結(jié)孔虹較深時(shí)衰（母易大互于氏樸20m降塵）偏斜精度不巡易控制。6結(jié)語(yǔ)丘瞧傷用夯管法施工屈水平凍結(jié)孔的貝關(guān)鍵問題是控題制其偏斜度，媽控制終孔間距蹲，以保證凍結(jié)艦帷幕的形成及糾強(qiáng)度，特別是存當(dāng)凍結(jié)孔較長(zhǎng)摘時(shí)尤其重要。史根據(jù)近幾年的卸工程施工實(shí)踐擋，提高夯管精寸度的措施如下林?；鞄?予)堪保證開孔精度蕉。開孔后復(fù)測(cè)胞開孔孔位和偏竹斜。急控2徐)蜻在保證凍結(jié)管凝連接精度的前鄭提察下返,阿侵必須保證第一雀節(jié)管的夯進(jìn)精永度。夯進(jìn)第一懸節(jié)凍結(jié)管時(shí)，仆凍結(jié)管和夯管過錘要成一條直級(jí)線，且夯進(jìn)速像度要慢一些，決并隨時(shí)校核其厲偏斜度。扎慎3宜)戚施工長(zhǎng)凍結(jié)孔栽時(shí)條(盆20m海見以弄上勵(lì)),魚鼠夯管角度適當(dāng)歲略上抬，以消卵除由于凍結(jié)管同自身重力作用贊而引起