大管径泥水平衡顶管技术在纯砂层应用

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1、大管径泥水平衡顶管技术在纯砂层应用摘要：在浅覆土、富水纯砂层下穿高速公路的大管径顶管施工中，本工程根据施工现场地质情况，选用泥水平衡顶管机顶管施工。多次试验后确定循环泥浆浓度及泥水仓压力，防止了地面塌陷，确保了地面沉降控制在设计范围之内。触变泥浆系统的设计、配置有效地减少了顶管施工摩阻，为工程顺利贯通提供了有力的保障。本文为以后同类在含水量丰富的纯砂层平行多管道运用泥水平衡顶管技术进行大管径钢筋混凝土管顶进施工提供了宝贵的经验。关键词：大管径、平行多管道、纯沙层、顶管中图分类号：TU528.73文献标识码：A文章编号：1工程概况由于广州市北

2、部水系建设引水干渠工程途经某高速公路及其两条收费匝道和两条地方道路，其中下穿高速主线及其两条收费匝道和两条地方道路采用顶管施工，管顶覆土深度为4.1～9.7m。根据过水截面要求采用四条平行DN2.8米的钢筋混凝土管，管道净距3.56米，顶管段长188米，两端采用宽25.5米的四孔箱形闭合结构和净宽18～24.1米的U形开口结构与引水干渠顺接，两端衔接段长度分别为38.5米和43.5米，箱形闭合结构和U形开口结构采用明挖现浇施工。72工程、水文地质本工程位于广州市白云区，区内地势较为平坦，地面标高为6~7.5m，属广花盆地河谷冲积平原地貌。根

3、据钻探揭露，影响顶管施工的地层主要为以下几层：2.1人工填土：表层由混凝土块组成，其下由粘性土、碎石、沙砾等组成，稍湿，松散，厚度1.20~2.30m。2.2中粗砂：浅灰~灰黄色，饱和，级配一般，磨圆度较差，颗粒呈次棱角状，含大量石英质角砾，粒径3~5mm，稍密，厚度6.20~7.40m。标贯击数3~20击，平均击数14击。主要物理力学指标平均值如下：水上坡角39.71度，水下坡角34.71度，渗透系数（垂直）9.4×cm/s～4.0×cm/s.2.3粉质粘土：黄褐色，湿，土质较均一，局部含少量砂砾，粘性较好，软塑～可塑状，层厚2.10～2

4、.40m，标贯击数2～3击，平均击数3击。取土样3组，主要物理力学指标平均值如下：含水量28.13%，湿度1.88g/,比重2.68，孔隙比0.722～0.918，压缩模量5.13MPa，属中性压缩性土，直接快剪：c=5.0KPa，Ø=22.03度，渗透系数（垂直）2.6×10-6～6.7×10-7cm/s。在本工程顶管管底流水面标高0.2m，处在地质勘察中的第二层——中粗砂层，在实际顶进施工过程中除第一条管50～95m范围内砂中含有少量粘土外，其他三条管都处于纯砂层之中。7地下水位埋深0.7~2.2m，水含量丰富，顶管顶进时

5、容易出现流沙、涌水等情况，对顶进施工及其不利。图1、顶管剖面图3施工技术及措施本工程顶管施工为四条平行的DN2800混凝土管在地下水丰富的纯砂层地段，运用泥水平衡顶管机穿越覆土厚度浅、交通繁忙的高速公路，同时必须保证路面的沉降、隆起控制在设计范围之内。现从工程选用的顶管机型的选择及施工技术措施要点作简要分析。3.1泥水平衡顶管施工技术简介本工程选用的是一种具有破碎能力的泥水平衡顶管机，切削下来的泥沙在泥土仓内形成塑性体以平衡土压力，而在泥土仓内建立高于地下水压力10～20KPa的泥水、泥浆以平衡地下水压力。通过在进水添加泥土等成份的比重调整

6、到一定的浓度范围内，即使挖掘面是砂的土质，也可形成一层结实的不透水泥膜，同时平衡地下水压力和土压力。3.2循环泥浆浓度及压力的调控7泥水系统进排循环泥浆的调配是确保挖掘面稳定的条件之一，同时也是确保泥水能正常输送不可忽视的一个重要环节。根据地质资料，顶管穿越的土质为含水量丰富的纯砂层，比重大，所以，进浆泥水的比重调配在1.20～1.30之间。在施工中测试，排浆泥水的比重在1.40～1.45之间，此排浆泥水的比重能确保中粗砂在输送管内不易沉淀，也能确保挖掘面的稳定。同时，排浆压力不宜过大，如果排浆压力过大，泥土仓内压力会下降过大，仓前的砂在地

7、下水的作用下会坍塌进泥土仓，从而造成了顶管机头前方地面的塌陷。在现场可通过调频器控制排浆泵的排浆压力，把压力应控制在比出水口水压高0.1～0.2MP即可。此时，进排泥浆即能正常循环，泥土仓内浆液又能形成良好的护壁作用，防止了地面的塌陷，保证了施工期间地面的沉降在设计范围之内。3.3触变泥浆在顶进过程中，随着距离的增长，管道的摩阻力也随之增大。为了提高顶进施工的效率，在施工过程中尽可能地降低管道外侧的阻力，必须往管外侧喷射触变泥浆，以降低顶进的阻力。（1）触变泥浆系统设置：注浆孔的形状及布置：在每节管的前端布置一道触变泥浆注浆孔，数量为4个，

8、孔的大小呈90度布置，经过不断压浆，在管外壁形成一个泥浆套。触变泥浆管设置在顶管机后面3节管每节管都设置触变泥浆管，在管节外壁形成完整的浆套。以后的管节间隔4节管设置一道，用来对