电力埋管顶管施工技术应用浅析.pdf

fujian dianli yu diangong 第26卷第3期 2006年9月 issn1006- 0170 cn 35- 1174 / tm 电 力 埋 管 顶 管 施 工 技 术 应 用 浅 析 刘在国 ( 厦门电业局, 福建 厦门361004) 摘要: 结合厦门某110 kv、10 kv架空线改造工程施工中成功应用顶管施工技术的经验, 阐述顶管施工的方 法及质量控制措施。 关键词: 电力; 顶管; 注浆; 测量; 掘进; 质量控制 中图分类号:tm757文献标识码:b文章编号:1006- 0170(2006)03- 0011- 04 1引言 厦门某110 kv、10 kv架空线改造工程电缆埋 管横穿嘉禾路。 嘉禾路属城市重要交通干道, 考虑到 大开挖埋管将对交通产生极大影响, 设计采用了非 开挖顶管技术。横穿嘉禾路顶管长度约60m,设计管 径 2 000mm(外径2400 mm), 顶管管材为国标t型 “钢筋混凝土顶管专用管” 。根据勘查, 地面下2 m左 右为杂填土,2 m下为残积砂质粘土,局部地段残留 风化石、 孤石的可能性极大。 该地段的管线极为复杂 (各种管线达18条), 埋深最深达2.2 m( 不含管底层 0.5m), 最浅0.45 m。本文结合该工程对非开挖顶管 施工工艺做一介绍, 并详细阐述质量控制方法。 2施工工艺 2.1 工艺原理 本工程顶管施工采用的是泥水式顶管技术, 它 是用机械切削泥土并采用水力输送弃土,同时利用 泥水压力来平衡地下水压力和土压力的顶管方式。 顶管过程中通过在管道四周注触变泥浆来减少摩阻 力, 并借助中继环达到长距离顶管的目的。 顶管作业 示意图详见图1。 混凝土管;运输车;3扶梯;主顶油泵;5吊车;6安全扶栏;润滑注浆系统;操纵 房;配电 系统;操纵系统 ;后 座;测量系统;3主顶 油缸;导轨;5弧形顶铁;6环 形顶铁;混凝土管;运土车;机头 图1顶管作业示意图 福建电力与电工 12478 910111211411 171819 11- 施工准备 工作井施工 工作井设备安装 穿墙出井准备 顶进、 削士、 排泥 管道顶进 激光经纬仪测量 卸管、 接口安装 进接收井 取掘进机 置换泥浆 清场 接收井施工 注浆 循 环 水 2.2工艺流程 工艺流程如图2所示。 3施工方法 3.1工作井和接收井施工 工作井是掘进机向前推进并承受主顶油缸反作 用力的构筑物, 接收井是回收掘进机的构筑物。 工作 井和接收井一般有钢筋砼沉井, 地下连续墙、钢板 桩、 砼砌块、 钢瓦椤板拼装等多种方法构筑, 但工作 井所能承受的最大推力由管材能承受的最大推力为 先决条件,然后再验算工作井后背是否能承受最大 推力的反作用力。 若能承受, 则把这个最大推力作为 主顶油缸的总推力p; 若不能承受, 则以工作井后背 所能承受的最大推力的反力r作为总推力的依据, 另外要考虑一定的安全系数, 一般取1.2 1.6。 该110 kv、10 kv架空线改造工程中设计的工作 井、 接收井均为钢筋砼沉井, 主要结构尺寸见表。 3管材预制 钢筋砼管分为离心管、立式振捣管和悬辊管三 大类, 接口形式有平口、 企口和f型、t型等多种形 式。顶进用管要符合中华人民共和国建材行业标准 jc/t6401996, 管材砼28 d强度必须在50 mpa以 上, 且外观尺寸、 内水压力、 外压荷载、 轴向顶力等均 比普通砼管要求较高。 管子所能承受的推力fr可按 下式计算: fr=m axa/k(1) 式中fr许用推力; max 砼的标准抗压强度; a管子的最小受力断面面积; k安全系数, 取3 4。 钢筋砼管制作过程中增设注浆孔,dn 2000管 每个断面设4个dn25注浆孔(90布置)。为了缓冲 管子所受的推力, 在管接口部位设置缓冲木衬(常用 质地中软的松木胶合板, 厚度在12 mm为宜), 木衬 安装可用氯丁胶粘贴或用电锤打孔塑料胀管固定。 3.3顶管设备 泥水式顶管的主要设备有掘进机、 主顶油缸、 基 坑 导轨、 顶铁、 后靠背、 注浆设备、 起重设备和出土设 备等。顶管掘进机有多种形式, 不同的土层、 水文地 质、 施工环境应选用不同的机型。 主顶油缸根据管材 口径和推力大小的不同采用多台组合而成, 组合的 方法是把所需的多台油缸安装在一个油缸架上, 架 子一般用槽钢焊制成, 主顶油缸一般对称布置, 单台 推力在800 3 000 kn之间, 耐压多在31.5 mpa。基 坑 导轨一般用工字钢或槽钢或旧钢轨等焊制成, 导 轨的轨面高程与管内底高程一致, 便于安装定位。 导 轨就位后一定要把它与工作井底板上的锚固钢板焊 成一个整体, 防止顶管时移位。 导轨的几种形式如图 3所示。导轨的轨距计算式为: b=r外r内 ! () 图2顶管工艺流程图 1 .2 -2 12- 式中b管道与导轨接触点之间的距离; r外管材的外半径; r 内 管材的内半径。 泥水式顶管的顶铁有环形和马蹄形, 一般用20mm 厚钢板焊制成,f型钢承口管用的环形顶铁和马蹄 形顶铁形式如图4。 后靠背一般为正方形,边长比管子外径大60 100 cm, 厚度为25 30 cm, 采用16 22 mm钢板焊制 成。后靠背能把主顶油缸数百吨的反推力比较均匀 地分布在后背墙上, 从而防止后背墙的破坏。 该110kv、 10 kv架 空线改造工程 中dn 2000顶 管采用4台 2 000 kn等推力主顶油缸。 顶管的起重设备主要有 轨道式龙门起重行车和吊车两种,根据管材重量不 同选用不同的吨位。 如果顶程不长, 工期较短最好采 用吊车; 如果顶程长, 场地好, 最好选用龙门行车, 可 节约成本, 降低噪声污染。 注浆设备一般用无脉动、压力较稳的螺杆式注 浆泵, 它输出的泥浆能很好地挤入管道与土之间的 缝隙里, 使之在管子周围形成一个完整的泥浆套。 注 浆压力控制在0.15 0.2 mpa之间。 泥水式顶管的输土为流体输送, 主要由进排泥 泵, 坑 旁通装置和泥水管路系统组成, 进排泥泵采用 同一型号的离心式水泵,在长距离顶进中可增加一 台中间接力泵来输送泥水。基坑 旁通装置是由若干 阀门和管道组合而成, 可以使泥水循环流动, 阀门可 以手动也可电动操作。 泥水管管路系统主要由泥水钢管、 泥水软管、 各 种阀门、 流量计和压力表等组成。 泥水钢管一般用半 柔性接头, 与管子等长的钢管组成。在掘进机头内、 中继工作井内需采用2 7 m不等的软管, 便于安管 及检修时拆卸。泥水管路中还要安装流量计和压力 表, 以便对流量、 压力进行控制和记录。 4测量及纠偏控制 无论工作井和接收井之间是否通视, 可借助全 站仪用独立坐标系法将工作井和接收井的预留孔中 心准确定位, 用水准仪测量预留孔高程, 计算出顶进 坡度,然后在工作井壁上靠接收井一侧设一轴线后 视点, 在井下安放j2级激光经纬仪, 顶进过程中可 通过摄像头直接从掘进机内激光靶上看到偏差。测 量纠偏是顶进中的控制关键, 必须坚持 “勤测微纠少 纠” 。 “勤测” 即多测量, 以便精确掌握情况, 及时采取 措施。 “微纠” 即发现偏差后, 不能一步到位, 要慢慢 的纠偏, 参考表2设置的纠偏参数。 “少纠” 即如果偏 差值在12 cm范围内, 且机头的走向是在减小这个 偏差, 倾斜角的值在 10范围内, 则尽量少纠偏。测 量纠偏成功可以减少顶进阻力, 增加顶进长度, 提高 顶进质量。顶进纠偏一般采取调整纠偏千斤顶的方 法进行编组操作实施, 对手掘式机头, 当偏差较大时 采用局部超挖的方法作为辅助措施。顶进过程中要 定时对管道轴线和高程进行复测。 另一方面, 为了保证偏差能及时得到控制, 对于 顶管工程来说, 制定严格的测控制度非常重要。 即制 定详细的测量制度, 统一管理和控制机械, 并用严格 的制度来制约非常重要。首先测量主要由施工员负 责, 但专业测量人员每天至少复核测量一次。 专业测 量负责人员和施工员每天开工前,应共同校核激光 经纬仪的误差。 其次班组设立交接记录本, 每个班组 的顶进操作手必须按照顶进记录表详细记录各个时 段的顶进记录。 班长详细分析顶进记录, 并确定新的 顶进参数建议填入交接记录本, 每班严格按照前一 个班组的顶进参数建议顶进,如果确定对前一个班 组的顶进建议持有不同看法,及时和顶管当班管理 人员取得联系, 共同研究方案, 绝不能靠自己模糊的 看法设置参数。 5掘进顶管 5.1顶力估算 在泥水式顶管中, 顶力可按式(3)估算: f=f d1l+ d2(h+2d2/3)tg2(45+ /2)/4(3) 式中f顶力,kn; f管周摩阻力,kn/m2,根据各种土层施工 经验其值取n,管周摩阻力大小与注浆效 果、 顶进偏差控制有关; 3 2 12 k / m 2 1- d1管道外径; d2掘进机外径; h管顶净覆土厚度,m; 土的天然密度,kn/m3; 土的内摩擦角, ()。 5.2顶进 掘进机出井前必须对所有设备进行全面检查, 液压、 电气、 压浆、 水压、 照明、 通信、 通风等操作系统 是否能正常进行工作, 各种仪表、 阀门、 传感器是否 正确显示, 然后进行联动调试, 确认没有故障后可准 备出井。 正常顶进的程序为: (1)拆除洞口封门; (2)推进机头, 机头进入土体时开动大刀盘和进 排泥泵; (3)机头推进至能卸管节时停止推进, 拆开动力 电缆、 进排泥管、 控制电缆和摄像仪连线, 缩回推进 油缸; (4)将事先安放好密封胶圈的管节调下, 对准插 入就位; (5)接上动力电缆、 控制电缆、 摄像仪连线、 进排 泥管, 接通压浆管路; (6) 启动顶管机、 进排泥泵、 压浆泵、 主顶油缸, 推进管节并排出泥浆; (7)随着管节的推进, 不断观察轴线位置和各种 指标仪表, 纠正管道轴线并根据土压力大小调整顶 进速度; (8) 当一节管节推进结束后, 重复(2)(7) 操作 步骤继续推进; (9)在长距离顶进时, 根据顶力计算在规定位置 设置中继环。 5.3顶进到位 (1)顶进即将到位时, 放慢顶进速度, 准确测量出 机头位置, 当机头到达接收井洞口封门时停止顶进; (2)在接收井内安放好接引导轨; (3)拆除接收井洞口封门; (4)将机头送入接收井, 此时刀盘的进排泥泵均 不运转; (5) 拆除动力电缆、 进排泥管、 摄像仪及连线和 压浆管路等; (6)分离机头与管节, 吊出机头。 ( )将管节顶到预定位置; ( )按次序拆除中继环油缸, 并将管节靠拢; (9)拆除主顶油缸、 油泵、 后座及导轨; (10)将注浆孔甩水泥砂浆封闭严密; (11)清场。 6注浆减阻 为了减少管道顶进过程中的摩阻力,在坑 壁与 管壁部注入触变泥浆, 形成泥浆套。 触变泥浆是由膨 润土与掺合剂碱及水配置而成, 其重配合比为膨润 土碱水=160.320.84。 触变泥浆拌制后, 储于储浆罐 内, 放置12 h即可使用。泥浆由泵加压, 经预先设置 好的注浆孔注入到坑 壁与管壁中间。注浆孔中需加 设单向阀, 注浆压力一般为(2 3)h。注浆时按注浆 孔位置的前后顺序依次进行。 7中继环 在长距离顶进过程时,由于主顶油缸不能提供 足够的顶力 或后靠背及管 材不能承受更大 的顶力 时, 就必须在一定距离上设置若干个中继环, 将管道 分段依次顶进。 中继环的总推力应按主顶油缸总推力的80 % 设置, 中继环油缸的进程一般在30 cm左右, 油缸外 径比管壁厚略小为宜。当主顶油缸的推力达到中继 环总推力的50 %左右时应安放第一只中继环, 以后 每当达到中继环总推力的70 % 80 %时安放一只中 继环, 而当主顶油缸达到中继环总推力的90 %时必 须启用中继环。 8质量控制措施 顶管施工时, 为确保顶进质量, 要做好以下几方 面工作:定位放线准确;准确计算顶力、 反推力; 严密控制检测偏差, 及时控制纠正千斤顶, 调整方 向;由专人负责地面沉降观测, 随时报告;千斤 顶的高压油泵专人负责操作, 运转中勤检查, 作好日 常保养维护。 9结束语 厦门某110 kv、10 kv架空线改造工 程顶管施 工工期近一个月,整个施工过程按设计要求顺利推 进, 一方面对道路没有造成破坏, 没有影响到城市主 干道交通, 另一方面也避免了大开挖可能对复杂地 下管线的破坏, 不难看出顶管施工与开槽埋管施工 相比, 具有施工进度快、 自动化程度高、 精度高、 地面 沉降小、 对周围环境影响小等优点。 随着顶管技术在 ( 下接第3页) 7 8 7 14- ( 上接第14页) 该工程的成功应用,厦门地区的110 kv双涵变进 线、110 kv东安变进线、110 kv寨上变进线都将陆 续采用顶管技术。面对我国城市建设以及电网建设 的快速发展, 城市架空输电线路将逐步缆化入地, 规 划、 市政、 交通管理等政府部门对道路的开挖都提出 了很多限制条件, 顶管施工凭借不需要开挖就能穿 越道路、 铁路河流、 地面建筑物的优势, 在城市电网 建设电缆通道的施工中将会得到广泛的应用。 (收稿日期:2006- 04-07) 起的绕组、 引线、 器身金属夹件或结构上的原因引 起的局部涡流过大的过热。 (5)该台变压器投运后的外罩和附件也未曾焊接。 (6)2003- 02-11的预防性试验进行了磁路比试 验, 由于现场缺少全压空载的试验电源, 采用降低电 压下的单相空载磁路比试验, 结果如表2。 可见磁路 比bc/ab不 符合 3 %的规定,ca/ab 和ca /bc虽在正常比值1.4 1.5的范围内, 但两比值 不一致, 可见c相的磁路损耗大,c相磁路可能有小 面积的局部短路。 3吊罩检查与处理 2004-04- 10吊罩检查, 所有导电连接都没有松 动, 绕组表面和引线没有过热痕迹, 铁心及其夹件也 没有发现有异物短路。在变压器上部可见到铁心的 结构, 是油道在中间, 把铁心分成两部, 分别插入连 接片把铁心两部分联接在一起引外接地,铁心上部 整体结构如附图所示。 把连接片解开, 测量铁心两部分之间的绝缘电 阻仅14 ,显然在油道内铁心的相邻片间局部短 路。油道仅5 mm宽, 从上部贯穿到下部, 用手电筒 照也看不到短路位置。为此采用电容器冲放电的声 测法检查, 听到铁心上部b、c相之间磁路油道内有 明显的放电声, 其位置靠近铁心油道木撑条。 故障的 磁路位置与磁路比试验的结果判断是相一致的。用 铁线钩住白布条伸进去擦拭, 发现有大量碳化物, 但 没有钩到其他异物。 从铁心油道上部看, 个别硅钢片 比较突出, 可见硅钢片的突出, 使油道局部