浅谈顶管常见的土质及其施工技术措施

维普资讯 http://www.cqvip.com 第１４卷第６期　水利科技与经济　Ｖ０１．１４　Ｎｏ．６　２００８年６月　Ｗａｔｅｒ　Ｃｏｎｓｅｒｖａｎｃｙ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ａｎｄ　Ｅｃｏｎｏｍｙ　Ｊｕｎ．，２００８　浅谈顶管常见的土质及其施工技术措施　孙健飞，张荣伟　（黑龙江省水利水电工程总公司第二分公司，黑龙江绥化　１５２０００）　［摘要］介绍了顶管ｄ＿ｘ－中常见的几种土质，以及相应采用的顶管施工机械和措施。　［关键词］顶管；ｄ＿ｘ－；土质　［中图分类号］ＴＶ５２　［文献标识码］Ｂ　［文章编号］１００６—７１７５（２００８）０６—０４９１—０２　１顶管中常见的几种土质　难挖掘。　以上介绍了常见的几种土质，从Ⅳ值为３—４ｏ的土　１．１淤泥质黏土　质都有。这就需要针对不同的土质情况选用不同类型的　此种软土的形成是在较弱的海浪岸流及潮汐的水动　非开挖顶管掘进机。　力作用下逐渐形成的。土的颜色多呈灰色或黑灰色，光　润油滑且有腐烂植物的气味，多呈软塑或半流塑状态。　２顶管技术措施　其天然含水率很大，一般都＞３ｏ％，饱和度一般＞９ｏ％，液　（１）对于淤泥质黏土，由于其土质较软，切削容易，因　限一般在３５％一６０％，软土的天然重度较小，约在１５—　此可以选用以下所介绍的各种掘进机。　１９　ｋｇ／ｍ３。孔隙比都＞１，因其天然含水率高、孔隙比大，就　多刀盘土压平衡式顶管机。多刀盘土压平衡顶管掘　造成了软土地基变形大，强度低的特点。　进机把通常的全断面切削刀盘改成４个独立的切削搅拌　１．２砂性土　刀盘，所以它尤其适用于软粘土层的顶管。如果在泥土　由于曾受到海水的冲击，部分地区沉积层含有海水　仓中注入些粘土，它也能用于砂层的顶管。另外，由于此　所搬运的大量沉积物，其中主要为细砂及粉砂。由于含　机采用了先进的土压平衡原理，因此，采用此机进行顶管　黏土的成分较少，可称之为砂性土。　施工后，对地面及地下的建筑物、构造物、埋设物的影响　砂性土的土颗粒较一般的黏土大，一般在＞２０肛，土　较／Ｊ、。用它可以安全地穿越公路、铁路、河川、房屋以及　颗粒之间的凝聚力较小，呈单粒结构。孔隙比较大，很容　各种地下公用管线。其最小复土深度可以相当于１倍管　易在水动力的作用下产生流沙现象。　外径。从大量的施工实例证明，用此机进行顶管施工作　１．３黄土　业，不仅安全、可靠，而且施工进度快、效率高。　凡以风力搬运沉积又没有经过次生扰动的、无层理　与单刀盘土压平衡掘进机相比，此机具有价格低廉、　结构紧凑、操作容易、维修方便和质量轻等特点。另外，　的黄色粉质、含碳酸盐类并具有肉眼可见的、大孔的土状　它排出的土可以是含水率很低的干土或含水率较大的泥　沉积物称为黄土（也称原生黄土），其它成因的、黄色的、　浆。它与泥水式顶管施工相比，最大的特点是排出的土　又常具有层理和夹有砂、砾石层的土状沉积物称之为黄　或泥浆一般都不需要再进行泥水分离等二次处理。施工　土状土（也称次生黄土）。　占地小，对周围环境污染也很少。它与手掘式及其他形　１．４强风化岩　式的顶管施工相比较，又具有适应土质范围广和不需要　强风化岩是指风化很强的岩石，此种土质的组织结　采用任何其他辅助施工手段的优点。如采用输土泵的方　构已大部分破坏，矿物成分已显著变化，含有大量黏土质　式出土，顶进效率也很高，平均２４　ｈ可顶进１５　２０　ｍ。　黏土矿物。风化裂隙很发育，岩体被切割成碎块，干时可　但是其缺点也很明显，由于不是全断面切削，切削不　用手折断或捏碎，浸水或干湿交替时可较迅速地软化或　到的部分只能通过挤压进入机头，因此迎面顶力较大，只　崩解。用镐或锹可挖掘，干钻可钻进。　适合于软土地质情况下施工。　１．５微风化及中风化岩　如需穿越建筑物、构造物、埋设物等对地面沉降要求　微风化岩是指岩质新鲜，表面稍有风化迹象的岩石，　很小的情况可采用刀盘可伸缩式泥水平衡掘进机，此种　强度＞５０　ＭＰａ，硬度很高的岩石。在此地层中顶进较困　机头的刀盘是一个直径比掘进机前壳体略小的具有一定　难，而且一般顶进距离＞１００　ｍ时需要更换刀头。中风化　刚度的圆盘。圆盘中还嵌有切削刀和刀架。刀盘和切削　岩较软，其组织结构部分破坏。矿物成分发生变化，用镐　刀架之间可以同步伸缩，也可以单独伸缩。而且，不论刀　［收稿日期］２００８—０３—０５　［作者简介］孙健飞（１９７４一），男，黑龙江巴彦人，技术员；张荣伟（１９７５一），男，黑龙江海伦人，技术员．　４９ｌ一　维普资讯 http://www.cqvip.com

第１４卷第６期　２００８年６月　水利科技与经济　Ｗａｔｅｒ　Ｃｏｎｓｅｒｖａｎｃｙ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ａｎｄ　Ｅｃｏｎｏｍｙ　Ｖｏ１．１４　Ｎｏ．６　Ｊｕｎ．，２００８　盘停在哪一个位置上，切削刀架都可以把刀盘的进泥口　关闭。刀盘加压装置是安装在主轴中的油缸，刀架伸缩　以上这些特殊的构造，因此它的破碎能力是所有具有破　碎功能的掘进机中最大的，破碎的最大粒径可达掘进机　直径的４０％一４５％，破碎的卵石强度可达２００　ＭＰａ。　此机型的特点：①它儿乎是全土质的掘进机。它可　以在Ⅳ值从０—１５的黏土，Ｉ一５０的砂土以及１Ｏ一５０的砾　油缸则安装在刀盘加压装置的上方。　刀盘可伸缩式掘进机的工作原理如下：刀盘前土压　力过小时，它就往前伸；刀盘前土压力过大时，它就往后　退。刀盘前伸时，应减小进泥口开度并加快推进速度；刀　盘后退时，应加大进泥口开度并降低顶速。这样，就可使　刀盘前的土压力控制在设定的范围内。使用此种掘进机　石层等所有土质中使用，而且推进速度不会有太大的变　化；②破碎粒径大，可达掘进机直径的４０％　４５％；③施　工精度高，施工后的偏差极小，由于有偏心运动，进土的　地面隆沉极小，优秀的操作人员可使地面隆沉控制在　１０　１３１１１１以内。由于采用了泥水作为运输介质，在顶进的过　程中无需停顿出泥，因此它的顶速也很快，２４　ｈ可顶进２Ｏ　３０　ｍ。缺点也很明显：由于进泥口开度限制，在含有直径　＞６　ｃｍ砾石的土层中无法施工。　（２）对于易产生流沙现象的砂性土可根据其含水率及　其标准贯入度选用不同类型的掘进机，当标准贯入度较　小时可选用多刀盘土压平衡式掘进机，当标准贯入度较　大时，除多刀盘土压平衡式掘进机以外的以上各种掘进　机都适应此种土质。　（３）对于地质为黄土的情况下可采用单刀盘土压平衡　式掘进机和偏心破碎泥水式掘进机。单刀盘土压平衡顶　管掘进机有以下优点：①适用的土质范围非常广；②施工　后地面沉降小；③弃土的处理比较简单；④可在复土层仅　为管外径Ｏ．８倍的浅土层中施工；⑤有完善的土体改良系　统和具有良好的土体改良功能；⑥开口率达１００％，土压　力更切合实际。　（４）对于地质为强风化岩的情况下可采用偏心破碎泥　水式掘进机。此机种与普通泥水掘进机的最大不同点是　其头部。壳体内的泥土仓是一个前面大、后面小的喇叭　口，喇叭口的内壁是用耐磨焊条堆焊的一圈环形焊缝。　安装在壳体泥土仓内的是一个前面小、后面大的锥体，锥　上Ⅱ三堆有一圈环形焊缝。切削刀呈辐条形焊接在该锥体　上，且略微向前倾斜。　刀盘的正面焊有坚固而且耐磨的切削刀头，所有这　些构成一个刀盘。这样，在掘进机工作时，刀盘一边旋转　切削土砂的同时还一边作偏心运动把石块轧碎。被轧碎　的石块只有比泥土仓与泥水仓联接的间隙小才能进入掘　进机的泥水仓，然后从排泥管中被排出。另外，由于刀盘　运动过程中，泥水仓和泥土仓中的间隙也不断的由最小　变到最大这样循环变化着，因此，它除了有轧碎小块石头　的功能以外还始终能保证进水泵的泥水能通过此间隙到　达泥土仓中，从而保证了掘进机不仅在砂土中，即使在黏　土中也能正常工作。　般情况下，刀盘每能旋转４—５　ｎ／ｎｉｆｎ，每当刀盘旋　转一圈时，偏心的轧碎动作达２Ｏ一２３次。由于此机型有　４９２·－－——　间隙又比较小，即使用清水作为进水，也能保持挖掘面的　稳定；④可以进行长距离顶进，也可用于曲率半径比较小　的曲线顶进；⑤施工速度快，可进尺１００一Ｉ８０　ａｒｍ／ｒａｉｎ；⑥　结构紧凑、维修保养简单、操作方便。无论在工作坑中安　装还是在接收井中拆除都很方便。　（５）如非开挖顶进管道轴线附近可能存在大的石块，　桩基础等不明障碍物。可采用排障方便、成本低廉的敞　开式掘进机，地下水位较高的话可采取井点降水等辅助　施工方法。　另外，对于含水率较小并且Ⅳ值＞１８的黄土和强风　化岩，也可采用敞开式掘进机顶进。敞开式掘进机在类　似于农田对地面沉降要求不严格的情况下也可采用。　此种机型的缺点是顶速慢、遇到流沙土层难以控制　出土量，因此沉降也是大于以上几种顶管掘进机的。　（６）网格水冲式掘进机具有土压式以及泥水式顶管机　的优点，这种掘进机头在遇到障碍物时工人可进入泥水　仓排除障碍物，而且由于采用水力出泥，顶进速度也不受　出泥速度的影响，因此当土质条件较好时是一种经济实　用的掘进机。　但这种掘进机也有它的局限性，要求土质比较软，土　体的孔隙比要小，而且要求有足够的清水作为水源，泥浆　处理以及用电量都很大，使用成本较高。当遇到沙土层　时，由于沙土的透水系数很大，用于平衡正面土压力的气　压很容易从沙土的间隙泄露，因此也就很难做到平衡，因　此在沙土中顶进沉降很难控制。　（７）中风化岩以及弱风化岩条件下如果地下水含量较　高就只能采用岩盘顶管机了。该机型的刀头类似于牙轮　钻。可以在岩石中顶进，也是一种全土质的机型，但该机　种的造价很高，而且目前在国内是一项空白。　［参考文献］　［１］金影，齐春华，王秋．Ｒ人工掘进法短距离混凝土　管顶管施工技术［Ｊ］．黑龙江水专学报，２００６，３３（３）：　１３３一Ｉ３４．　［２］ＧＢ　５０２６８—９７，给水排水管道工程施工及验收规范　［Ｓ］．