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泥水平衡顶管工程工学论文
摘要：文章针对循环道路改造工程，污水管道在排污过程中遇到的问题，详细阐述了管道改造采用的方棠。
关键词：循环管道；排污
山西省太原市迎泽大街微循环道路改造工程五一东街由于地下雨污水管道间距较小，雨污水管道埋深在设计地面以下6 m～13 m，地下静止水位在地面以下4 m～9 m，考虑到施工场地狭窄，地下管线众多，管道开挖深度较大、开挖难度大、土方量大，导致难以倒运等因素。因此，采用雨污合顶的方案。雨水、污水顶管工程共用一个工作坑，污水检查井与雨水检查井设在同一工作坑(接收坑)内。管道采用顶管用重型钢筋砼圆管，雨水管道采用D=1 800 mm钢筋砼圆管道，污水顶管管径为D=1 000 mm，F型接口，工作井采用钢筋砼沉井。在工作井、接收井内重新制作检查井。
1 工作坑
工作坑采用钢筋砼沉井，并内应有足够的工作面，尺寸计算如下：
(1)底宽
底宽=D1+S
式中：D1为钢筋砼套管外径，此处为2.5+1.2+0.6＝4.3 m
S：两侧操作宽度1.7 m
故工作坑底部宽度为：6 m
(2)长度
L=LI+L2+L3+IA+L5(m)
式中：L1-工具管长度(m)，采用管道第一节管作为工具管，取0.5 m
L2：管节长度(m)取2m计算
L3：出土工作间长度(m)取1.5 m
L4：液压油缸长度(m)此处取1.2 m
L5：后背所占工作井长度，包括横木、立铁、横铁取0.8 m
所以计算工作井长度0.5 m+2 m+1.5 m+1.2 m+0.8 m=m+0.8m=6.0m，取6m。
2 泥水平衡顶管掘进
泥水平衡式工具管是一种以全断面切削土体，以泥水压力来平衡土压力和地下水压力，又以泥水作为输送弃土介质的机械式工具管。
随着工具管的推进，刀盘在不断转动，进泥管不断供泥水，排泥管不断将混有弃土的泥水排出泥水舱。泥水舱要保持一定的压力。使刀盘在有泥水压力的情况下向前钻进。
泥水平衡工具管的基本原理是泥水护壁，在泥水式顶管施工中，要使挖掘面保持稳定，必须向泥水舱注入一定压力的泥水。泥水在压力作用下向土体内部渗透，在开挖面形成一层泥皮。泥皮的作用，一方面阻止泥水继续向土体内部渗漏，另一方面，泥水的压力通过泥皮作用在开挖面防止坍塌。要求泥水密度必须大于1.03。施工过程须注意的问题：
(1)当掘进机停止工作时，一定要防止泥水从土层中或洞口及其他地方流失。不然。挖掘面就会失稳，尤其是在出洞这一段时间内更应防止洞口止水圈漏水。
(2)在掘进工程中，应注意观察地下水压力的变化，并及时采取相应的措施和对策，只有这样，才能保持挖掘面的稳定。
(3)在顶进过程中，随时要注意挖掘面是否稳定，要不是检查泥水的浓度和相对密度是否正常，还要注意进排泥泵的流量及压力是否正常。应防止排泥泵的排量过小而造成排泥管的淤积和堵塞现象。
3 机头选型
采用ZX-1000型泥水平衡顶管掘进机。
(1)在工作井范围内实行全封闭隔离施工并布置以下必要的设施，地面指挥监测中心、办公室、仓库、配电间、冷作间等，各设施应整洁、卫生，并有专职人员进行管理。
(2)现场布置采用8 t汽吊，设备进场时，采用16 t汽车吊车。
(3)管道顶进时，起吊设备采用跨距为14 m的龙门行车(起重能力为30 t)，行车导轨与顶管中心线应平行铺设。
(4)井内布置。工作井井内布置主要有后靠背、导轨、主顶油缸、油泵动力站、钢制扶梯等。
4 出土方案
泥水平衡式顶管的出土采用全自动的泥水输送方式，被挖掘的土通过在机舱内的搅拌和泥水形成泥浆。然后有泥浆泵抽，在沉井上部砌2只沉淀池。沉淀的余土外运需按文明施工要求和渣土处理办法，运到永久推土点，不得污染沿途道路环境。
5 泥水系统的安装
泥水池应尽量靠近工作井边，可采用并联法。泥浆池尽量靠近工作井边，可以减少排泥管路过长而产生的管路摩阻力，沉石箱的配置可沉淀块状物，防止块状物进入泵体，使泵堵塞和损坏。注浆系统尽量使用螺杆泵以减少脉动现象，浆液应保证搅拌均匀，系统应配置减压系统，在泵出口处1 m以及机头处应保证系统无泄漏。
6 顶进过程中的方向控制
由于TCZ机头本身所具有的方向诱导装置，纠偏操作就变的简单易行了，操作员只要通过纠偏动作，始终保证激光点在管道中心线位置。测量与方向控制要点：(1)有严格的放样复核制度，并做好原始记录。顶进前必须遵守严格的放样夏测制度，坚持三级复测：施工组测量员一项目技术负责人一监理工程师。确保测量万无一失。(2)布设在工作坑后方的仪座必须避免顶进时移位和变形。必须定时复测及时调整。(3)顶进纠偏必须勤测量、多微调，纠偏角度必须保持在10、－20，不得大于0.5°，并设置偏差警戒线。(4)初始推进阶段，方向主要是主顶油缸控制，因此，一方面要减慢主顶推进速度，另一方面要不断调整油缸编组和机头位置。(5)开始顶进前必须制定坡度计划，对每一米、每节管的位置、标高需事先计算，确保顶进时正确，以最终符合设计坡度为原则。
7 管材供应
在顶进过程中，管材的供应是非常重要的，如果供应不及时造成顶进停止，后果是非常严重的，由于机头重量一般较大，机头沉降，使轴线发生偏差；或已顶好的管子和周围土体固结，使得摩阻力增大。因此，在开始顶进前，需制定详细周全的计划，管材应留有足够余量。
8 设备维修及保养
8.1 刀盘主轴及外壳密封
掘进机在累计顶进500 m时，需对刀盘主轴密封进行检查，看看是否良好，如果不良则应更换。如果良好则应再加好油。
8.2 液压系统
当液化油出现乳化时，说明液压油已严重氧化，应予以更换，更换液压油之前须把油箱内清洗干净。加油必须用精滤车，一旦发现油管老化应予以更换。
8.8 电气系统
电气系统应保持干燥，保持指示灯及各仪表正常。
8.4 纠偏系统
纠偏系统要经常检查是否漏油、油液质量、油压情况，如发现不正常情况及时更换。
9 注浆减摩
长距离顶管施工中，顶力控制的关键是最大限度地降低顶进阻力，而降低顶进阻力最有效的方法是进行注浆。注浆降低了顶进时的摩阻力，我们在注浆时做到以下几点。
(1)选择优质的触变泥浆材料，对膨润土取样测试。主要指标为造浆率、失水量和动塑比。
(2)在管子上预埋压浆孔，压浆孔的设置要有利于浆套的形成。
(3)膨润土的贮藏及浆液配制、搅拌、膨胀时间，听取供应商的建议但都必须按照规范进行，使用前必须先进行试验，主要有膨润土纯碱掺加药剂，漏斗粘度视粘度CP失水量(ml)。
(4)压浆方式要以同步注浆为主，补浆为辅。在顶进过程中，要经常检查各推进段的浆液形成情况。
(5)注浆设备和管路要可靠，具有足够的耐压和良好的密封性能。在注浆孔中设置一个单向阀。使浆液管外的土不能堵塞管路而影响这浆效果。
(6)注浆工艺有专人负责，质量员定期检查。
(7)注浆泵选择脉动小的螺杆泵，流量与顶进速度相应配。
(8)由于顶管线路长，为使全程注浆压力不致相差过大，在中间还将增设压浆泵以增大压力。
(9)泥浆在输送和灌注过程中具有流动性、可泵性。主要从顶管前端进行，顶进一定跟班后，并应从后端及中间进行补浆。
①触变泥浆的材料
触变泥浆的主要成份是膨润土、掺入碱和水配制而成。为了在顶进完毕后使触变泥浆固结增强，可掺入石灰膏。但为了施工使用时保持流动性，还必须掺入缓凝剂和塑化剂。触变泥浆按膨润土：烧碱：CMC：水＝0.3：0.2：0.01：1的配比配制后静置24 h后使用。施工时通过压浆系统从机头进入管路。
⑦触变泥浆的拌合程序
将定量的水放入搅拌罐内。并取其中的一部分水来溶化碱；在搅拌过程中，将定量膨润土徐徐加入搅拌灌内，搅拌均匀；将溶化后的碱水倒入搅拌灌内，再搅拌均匀，放置12h后即可使用。
③触变泥浆应注意的事项
注浆孔的布置宜按管道直径大小确定，一般每个断面可设置3～4个，并具备排气功能。搅拌均匀的泥浆应放置一定时间方可灌注。灌浆前，应通过注水检查灌浆设备，确认设备正常后方可灌注。灌浆压力可按不0.1 MPa开始加压，在灌浆过程中再按实际情况调整。灌浆时，按灌浆孔断面位置的前后顺序依次进行，灌浆遇有机械故障、管路堵塞、接头渗漏等情况时，经处理后方可继续顶进。
10 接收坑
顶管工作坑间距不大于200 m，在两工作坑的中间设置接收坑，接收坑采用钢板沉箱下沉，就位后取出管前端的工具管，按照设计要求在沉箱内制作钢筋砼检查井。
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