泵送出渣技術(shù)在超大管徑頂管工程中的應(yīng)用

張偉

【摘要】 隨著城市市政建設(shè)的發(fā)展，機(jī)械頂管技術(shù)得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。傳統(tǒng)出渣工藝已不能滿足部分工程的需要，混凝土地泵在土壓平衡機(jī)械頂管中應(yīng)用屬于一種新型施工工藝，本文主要探討該工藝在超大管徑頂管工程出渣的應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】 超大管徑 機(jī)械頂管 泵送泥漿 出渣工藝

一、 工程概況

本工程是將西安市南二環(huán)110kV高壓架空線纜落地，便于架空線纜日常維護(hù)、管理。鑒于機(jī)械頂管的施工工藝對(duì)交通影響小，環(huán)保文明施工程度高。根據(jù)高壓線纜的布設(shè)要求，在朱雀大街與南二環(huán)十字至雁塔變間采用電纜隧道D4000mm機(jī)械頂管施工。

二、 土壓平衡—混凝土地泵泵送泥漿的頂管工藝研究

鑒于西安市渣土禁運(yùn)期的有關(guān)規(guī)定，為保證施工工期、不顯著增加工程費(fèi)用的前提下，經(jīng)試驗(yàn)、分析，發(fā)揮土壓平衡頂管工程的優(yōu)勢(shì)，結(jié)合該工程的特殊性，首次在西北濕陷性黃土地層中采用泵送、混凝土攪拌罐車出渣的方式。

首先，采用泥漿泵送的方式，需要掌握泥漿的性能和作用，泥漿性能見(jiàn)表1：

表1 泥漿的性能

性能 定義 作用

物理穩(wěn)定性 泥水經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的靜置，泥水中黏土顆粒式中保持浮游散懸狀態(tài) 用來(lái)鑒別泥水中顆粒的沉淀程度

化學(xué)穩(wěn)定性 泥水中混入帶正離子的雜志水泥，泥水成膜功能減退的化學(xué)劣化現(xiàn)象 判斷泥膜生成的難易程度

泥水相對(duì)密度 泥水的密度比 ①泥水相對(duì)密度大，流動(dòng)的摩擦阻力流動(dòng)性變差，泥水泵送可能產(chǎn)生超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)。

②相對(duì)密度大，地表的水土分離難度大。

泥漿黏度 當(dāng)泥漿流動(dòng)時(shí)，泥漿中固體顆粒之間、固體顆粒與液體顆粒之間以及液體分子之間的內(nèi)摩擦的反映 能以流體的形式把土砂運(yùn)出

泥漿的穩(wěn)定性 包括沉降穩(wěn)定性及絮凝穩(wěn)定性 ①泥漿中的固相是否容易下沉或沉降的快慢②泥漿中的黏土顆粒是否容易粘結(jié)變大。

其次，從該工程的地勘報(bào)告得知主要地層以濕陷性黃土為主。對(duì)該工程的地層土體性質(zhì)做了相關(guān)的試驗(yàn)，詳見(jiàn)表2：

表 2 土體粒徑分布

試驗(yàn)編號(hào) 75-50um 50-10um 10-0.5um <5um

平均百分比 4.4 50.3 13.9 31.4

1、泥漿泵送原理

土壓平衡頂管機(jī)在頂進(jìn)時(shí)，將通過(guò)螺旋出土機(jī)輸送出來(lái)的泥土，進(jìn)行加水、攪拌，利用泵送設(shè)備，通過(guò)管路，將泥漿泵送至地面的運(yùn)輸設(shè)備運(yùn)至棄渣場(chǎng)進(jìn)行處理。

圖 1 泥漿泵送原理圖

2、 泵送設(shè)備選型

在泥水平衡頂管施工一般采用的泵送形式—砂土地泵泵送泥漿。砂土泵具有出口壓力高、輸送距離遠(yuǎn)、輸送介質(zhì)范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，但是，經(jīng)過(guò)市場(chǎng)調(diào)查和查閱資料，砂土泵在實(shí)際應(yīng)用中維修故障頻率高、維修困難、維修費(fèi)用較高、造成停工損失較大、通用性較差、單價(jià)較高等制約因素和限制條件。因混凝土地泵國(guó)內(nèi)已有成熟的技術(shù)，在高層建筑、地下工程、地鐵隧道混凝土施工中已廣泛應(yīng)用，維修故障頻率低、技術(shù)成熟、價(jià)格適中。故該工程選用電動(dòng)混凝土地泵將泥漿泵送至地面。

3、 可泵送性及泵送土體改良試驗(yàn)

混凝土地泵輸送介質(zhì)要有一定的和易性，如何達(dá)到地泵要求的泵送壓力、將最大粒徑4-5cm的骨料泵送至要求的距離和高度，需要進(jìn)行試驗(yàn)和論證。

通過(guò)系列的實(shí)驗(yàn)、總結(jié)、分析，泥漿在泵送時(shí)，最直接、最有效、最經(jīng)濟(jì)的方法是改變泵送土體的含水量，提高和易性、泵送性。采取以下措施達(dá)到此目的：

（1）在螺旋出土機(jī)前端加設(shè)高壓注水孔，該注水孔環(huán)向布置，渣土從螺旋排出后落入地泵前，對(duì)土體表面進(jìn)行均勻噴水。如圖1。

（2）通過(guò)在螺旋出土機(jī)出口處安裝噴水裝置，均勻地向地泵料斗內(nèi)正在攪拌泵送的土體噴水。如圖2。

（3）注水量通過(guò)水表加以控制。

圖1注水孔 圖 2 混凝土地泵攪拌過(guò)程注水

試驗(yàn)表明，隨著對(duì)土體加水量的增加，在同等泵送距離時(shí)，混凝土泵的泵送壓力逐漸降低，當(dāng)含水量增加到34%時(shí)，地泵壓力降至5-6MPa，輸送連續(xù)性較好，堵管、爆管故障大大降低，泥漿流動(dòng)性較好，泵送壓力符合泵送要求。

4、泵送配套系統(tǒng)

1）、管路設(shè)置

泵送系統(tǒng)管路布設(shè)遵循“彎道少、接頭密、固定牢靠”的原則。管路主要包括直管（平管）、彎管、錐形管（變徑管）、膠管等規(guī)格。本工程管路布置及連接示意圖如下圖。

圖 3 泵送系統(tǒng)管路布置及連接示意圖

1.地泵 2.料斗 3.出料口 4.變徑管 5.45°彎管

6.直管（φ125mm） 7.橡膠管（φ125mm） 8.垂直管（φ125mm） 9.支架

圖 4 泵送系統(tǒng)管路連接示意圖

1.出料口φ180mm 2. φ180mm 變?chǔ)?50mm 3. φ150mm變?chǔ)?25mm彎管 4. φ125mm直管

5、泵送過(guò)程中存在問(wèn)題及解決辦法

1）安裝網(wǎng)狀格柵，對(duì)土體粒徑進(jìn)行處理

泵送設(shè)備在泵送的過(guò)程中，對(duì)粒徑有要求——粒徑不能大于4-5cm，在螺旋出土機(jī)出口處加裝可拆卸網(wǎng)狀格柵，格柵孔徑在2-3.5cm，在出土過(guò)程中，通過(guò)擠壓作用，將土體的粒徑切割成滿足泵送要求的的粒徑。

2）地層突變土體粒徑的處理

頂進(jìn)過(guò)程中，因地質(zhì)條件發(fā)生變化，出現(xiàn)砂礫石、建筑垃圾等，為使螺旋出土機(jī)不因網(wǎng)狀格柵而發(fā)生堵塞，此時(shí)需要拆除網(wǎng)狀格柵，改為在地泵料斗上方安裝濾網(wǎng)，人工篩除不適宜泵送的雜物。此法不僅保證螺旋出土順暢、泵送流暢，而且可保證地泵不會(huì)因?yàn)楫愇锒鴵p壞。

3）、泵管密封

管路連接處密封采用“法蘭——合金鋼絲墊”的組合密封形式。該種密封的機(jī)理是將接合面間的間隙密封、隔離或切斷泄露通道。

4）、堵管故障及其排除

（1）現(xiàn)象

輸送壓力逐漸增加，而料斗料位不下降，管道出口不出料，地泵發(fā)生振動(dòng)，管路也伴有強(qiáng)烈的振動(dòng)和位移時(shí)，可判定是管道堵塞。

（2）堵塞部位的判斷

堵塞一般發(fā)生在彎管和錐管處有振動(dòng)的部位。堵管發(fā)生時(shí)主要表現(xiàn)為以下幾個(gè)方面：

未堵塞的管段會(huì)發(fā)生劇烈振動(dòng)，堵塞部位以后的管路則無(wú)振動(dòng)感。可以用聽(tīng)覺(jué)判斷，未堵塞段混凝土被吸動(dòng)時(shí)，會(huì)有響聲；堵塞部分以后段則沒(méi)有聲響。還可以用木錘敲打管道檢查，憑敲打時(shí)手感或聲音判斷，堵塞部位會(huì)有發(fā)“悶”的聲音和密實(shí)的感覺(jué)。

（3）堵管故障的排除方法

發(fā)生堵塞時(shí)，可反復(fù)正、反轉(zhuǎn)泵，排除堵管可在一邊進(jìn)行正、反轉(zhuǎn)泵，一邊沿管路檢查用木錘反復(fù)敲打被認(rèn)為是堵塞的部位，通常可使堵塞受振后松散而使泵送暢通；若敲打后仍然不暢，不得用鐵錘或其它可能傷害管道的物件敲擊。精確判斷堵塞部位，然后將堵塞部位的管路拆除、清理后安裝后即可繼續(xù)泵送。如若不能確定，須盡快組織人力，拆卸堵塞的可疑范圍，清除其中的渣土，并用水沖洗干凈。

混凝土地泵在土壓平衡機(jī)械頂管中應(yīng)用屬于一種新型施工工藝，現(xiàn)對(duì)其應(yīng)用的優(yōu)缺點(diǎn)總結(jié)如下：拓展混凝土地泵的應(yīng)用領(lǐng)域，提高土壓平衡頂管技術(shù)，促進(jìn)土壓平衡頂管工藝發(fā)展。真正實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)出土、連續(xù)頂進(jìn)。取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益，施工受政策影響較小、文明施工程度高；但混凝土地泵體積較大，只適于大口徑管道頂進(jìn)，混凝土地泵對(duì)輸送介質(zhì)要求較高，只適合軟土或經(jīng)過(guò)處理和易性到達(dá)要求的土質(zhì)。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] JGJ/T10-2011，混凝土泵送施工技術(shù)規(guī)程，P4、5、8、11、25、33、34、35

[2] GB/T 13333-2004，混凝土泵，P5、11、34