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顶管注浆减阻技术

2020-01-03 08:49:49

非开挖技术就是指在不开挖地面的情况下,穿越公路、铁路、机场、河流、建筑物等,在闹市区、古迹保护区,进行管道建设的地下顶管铺设。涉及行业:市政供排 水、通信、电力、网络传输、 顶管、广电、燃气、石油、化工、热力、农业灌溉等,不影响交通,不破坏环境,施工期短,综合成本低,具有社会效益显著等优点的一项先进技术。用质量好的顶 管来保证非开挖技术。


虽 然“非开挖技术—Trenchless Technology或No-Dig”这一术语相对较新,但其原理并不是新的。非开挖施工方法的应用实际上最早开始于19世纪末,如早期的顶管法和水平钻 进法;用于自来水管道防腐处理的灰浆喷射衬层法是另一种具有很长历史的“非开挖”施工方法,目前仍被广泛应用。只是当时还没有形成规模,还没有采用“非开 挖技术这一专门术语。



国内给非开挖技术的定义是:非开挖技术是指利用岩土钻掘手段在地表不挖沟的情况下,铺设、修复和更换地下管线的施工技术。随着认识的不断提高,后来又有人指 出,非开挖技术是指在不开挖地表的情况下,利用地质工程的技术手段,铺设、修复或更换各种地下管道和电缆的一种高科技实用技术。


近年来,哈尔滨非开挖顶管技术朝着大管径、长距离的施工方向发展。特别是在繁华大都市的市政建设项目中,长距离地下顶管技术以其独有的优势被广泛地应用。

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然而由于土质多为亚粘土、沙性土,顶进中摩阻系数大而使顶进长度受到限制。所以开发新的减阻技术,是实现大管径、长距离顶进的关键。


1、长距离顶进的方法、减阻材料及工艺效果

目前实现顶管的长距离施工的技术保证措施,除了设置中继间外,更重要的是通过注浆工艺来减小管材与土壤的摩擦阻力。采用注浆工艺润滑、减阻后可以使顶距提高40%一70%。


减阻用的主要材料是膨润土和水。当膨润土与水混合后,由于水掺人膨润土中,膨润土在水中膨胀重量可以达到膨润土原重量的600%—700%。经搅拌储存呈凝状,在有外力作用下呈流动状态,这种材料注夹在管外壳与土壤之间,会大大降低管节推进的摩阻力。静止时泥浆有良好的稳定性。为使膨润浆液有良好的性能,在制浆过程中要适量加一些辅助原料:如纯碱、纤维素CMC、缓凝剂等。


膨润土又分为钙基膨润土和钠基膨润土,吸收钙离子多的为钙基,吸收钠离子多的为钠基膨润土,根据不同的土质选用不同的配方。通过施工我们总结发现:在沙性土中钠基膨润土减阻效果较明显,资料分析显示它比钙基膨润土多含一层极薄的硅酸盐,它与膨润土中的蒙脱石小粒子结合中易形成空隙构造,从而使浆液膨润性增加。触变以后流动性好,静止下来有胶凝性与固化性。


高效钠基膨润土浆液配方是:膨润土24kg,水76kg,碱0.8kg。


在不同的土质和施工条件下,对减阻泥浆性能有不同的要求。在沙性土质中,土层易塌方,流沙与地下水压向整个管壁,普通浆液达不到减阻效果,如在淤流沙层内,土层无水板结,遇水成流沙,膨润土会被流沙层内的水稀释,减阻效果就差。在这种情况下,①、要提高浆液粘度;②、应掺入CMC经甲基纤维素,以提高浆液抗剪切能力及润溶性。配方中的纯碱可提高浆液稠度,增加钠离子改变土粒子水化性能,但若加倍过量投入会破坏浆液的性能。


将搅拌好的浆液放入储浆罐中,须经3—4h存储待膨润土颗粒充分吸水膨胀(吸水率2h,430%)方可使用。此时浆液性能几项指标约为:粘度80s,静切力21mg/cm2,pH值0.8—10,比重约为1.17。粘稠度适中,用木锨棒插入液中能立住。


应注意的是:各地生产的膨润土成分特性相差较大,使用前要取样做试验。


在被顶进的混凝土管材上预留3—4个注浆孔,用口径为1英寸(0.0254m)的橡胶管与各注浆孔连接,接到主注浆管上,再用软管连接到注浆泵上,泵的一端连接到储浆罐上。


近些年由于顶管采用注浆减阻工艺使顶管工程的口径及顶距都有大幅度提高,大管径和大顶距分别达到2400mm和290m。


2、注浆工艺中的顶力、摩擦力确定

顶力是顶管工作中的重要因素,后背主顶千斤的顶力要克服各种阻力方能前进,如管材自重,顶进惯入阻力,摩擦阻力,管道上垂直、水平的侧压力等。又由于影响顶力值的原因较多,如:土质特性、覆土深度、土壤含水量、顶进管径的大小及长度、管材表面光滑度、土压力、作业环境突变产生的摩擦阻力等,这些因素往往复杂地交织在一起,在施工现场难以及时计算出来。


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