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在頂管施工中如何減小對(duì)周圍土層的影響_管道堵漏施工公司
發(fā)布時(shí)間：2023-07-15
來源：涌達(dá)建工 瀏覽次數(shù)：4981
頂管施工技術(shù)會(huì)對(duì)周圍土層產(chǎn)生移動(dòng)，即沉降和位移，地面的沉降和移位會(huì)使土體的受力情況等發(fā)生變化，從而導(dǎo)致土體發(fā)生移動(dòng)和變形，當(dāng)這種影響達(dá)到一定程度容易使周邊構(gòu)筑物產(chǎn)生管線等的安全問題。因此，在應(yīng)用頂管施工的過程中有效控制施工對(duì)周圍土層的影響尤為關(guān)鍵。
一、頂管施工對(duì)周圍土層的影響機(jī)理分析
頂管法施工引起周圍地層變形的內(nèi)在原因是處于天然靜止平衡狀態(tài)的土體受到了破壞，從而導(dǎo)致其應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生了變化。該部分土體經(jīng)歷了擠壓、剪切、扭曲等復(fù)雜的應(yīng)力路徑。由于頂管機(jī)與管道的前進(jìn)靠千斤頂?shù)耐屏Γ虼酥挥星Ы镯斢凶銐虻牧α靠朔斑M(jìn)過程所遇到的各種阻力，管道才能不斷往前頂進(jìn)，同時(shí)該阻力又反作用于土。從力學(xué)角度看，項(xiàng)管施工過程是三維半無限介質(zhì)中的一個(gè)與半無限界面平行的柱孔，在不斷延伸的過程。在柱孔外側(cè)存在著內(nèi)外兩個(gè)變形區(qū)，內(nèi)變形區(qū)呈塑性變形，外變形區(qū)為彈性變形。頂管掘進(jìn)期間首先微量收縮(建筑空隙)，然后微量擴(kuò)張(壁后注漿)表現(xiàn)為頂管機(jī)對(duì)土體的擠壓和松動(dòng)、加載與卸載、孔隙水壓上升與下降所引起土性的變異、地表隆起與下沉等。從而使土體產(chǎn)生應(yīng)力釋放、體積、含水量或孔隙水壓力的變化，特別是土體結(jié)構(gòu)或組構(gòu)的破壞和變化。尤其在軟粘土中頂進(jìn)施工時(shí)，土體稍經(jīng)擾動(dòng)就會(huì)使其力學(xué)參數(shù)發(fā)生很大變化，且長期引起固結(jié)和次固結(jié)沉降。
二、頂管施工中如何減少對(duì)周圍土層的影響
2.1頂管頂進(jìn)中對(duì)地層變形進(jìn)行控制的方法
堵漏公司根據(jù)頂進(jìn)方法及頂管機(jī)的不同，制定開挖面的穩(wěn)定技術(shù)措施、控制超挖量、確定壓力平衡技術(shù)參數(shù);采用觸變泥漿進(jìn)行注漿，及時(shí)填充管外壁與土體之間的間隙;控制頂力方向，發(fā)生偏差應(yīng)及時(shí)糾偏;避免管節(jié)本身、管節(jié)接口、工作井洞口及頂管機(jī)尾部等部位的泥水滲漏，并確保管節(jié)接口端面完好。
2.2頂管施工注漿法
在頂管施工過程中，可能會(huì)因?yàn)橥翆拥某两?、移位而?duì)周圍建筑物產(chǎn)生影響，注漿能填補(bǔ)土體內(nèi)部的空隙，降低管壁與土體的摩擦，防止土體坍塌，從而能有效的減少土層移動(dòng)。并且對(duì)于長距離頂管來說，只是用增大主頂油缸推力的方法來提高推進(jìn)距離是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，可以通過分段法了解決該問題，既將整個(gè)管道分成幾段，在段與段之間設(shè)置一些中繼間，并且可以在管環(huán)外注入一些泥漿，當(dāng)形成泥漿套時(shí)就可以減少摩阻力，從而達(dá)到增加推進(jìn)距離的目的。因此，為了能順利的將長距離頂管頂進(jìn)的同時(shí)有效的控制沉降，就須要在施工過程中注入泥漿。
2.2.1膨潤土泥漿的特性
膨潤土泥漿是一種由膨潤土、粉末化學(xué)漿糊(CMC)、純堿和水按一定比例配方組成的混合物質(zhì)。膨潤土泥漿在具有假塑性流體和塑性流體的流動(dòng)特性的同時(shí)還具有觸變性。觸變性是指膨潤土經(jīng)加水?dāng)嚢璩蔀閼腋∫汉?，?dāng)懸浮液靜止時(shí)分散的薄片狀蒙脫石微粒會(huì)絮凝變成凝膠體，當(dāng)含有這種凝膠體的漿液被攪拌、振動(dòng)或泵送時(shí)，大多數(shù)微粒結(jié)構(gòu)將被分散、破壞，從而轉(zhuǎn)變成為具有粘性和流動(dòng)性的膠狀液體，當(dāng)該液體再次處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，又會(huì)重新形成凝膠體，這種膠狀液體和凝膠體之間的結(jié)構(gòu)可以發(fā)生無數(shù)次的交替，這一特性稱為觸變性，膨潤土泥漿也因此被稱為觸變泥漿。膨潤土觸變泥漿是頂管施工中較為常見的一種泥漿材料，它能充滿在管節(jié)和泥壁環(huán)形空間內(nèi)，在泥壁土體建立不透水阻隔層，穩(wěn)定土體，防止塌落，形成的環(huán)形泥漿套懸浮管節(jié)，并且膨潤土觸變泥漿可以起到潤滑作用，將頂進(jìn)管道與土體之間的干摩擦變?yōu)闈衲Σ?，減小頂進(jìn)時(shí)的摩擦阻力，同時(shí)在注漿壓力下，減小土體變形，穩(wěn)定隧洞，從而保證頂管推進(jìn)施工安全高效進(jìn)行，并且這種泥漿還比較便宜，是最經(jīng)濟(jì)和有效的一種，因而被廣泛采用。
2.2.2膨潤土泥漿注漿減摩作用原理
膨潤土泥漿的這一觸變特性，讓其能有助于頂進(jìn)管道在靜止時(shí)，則可成為支撐地層的凝膠體，在地層間運(yùn)動(dòng)時(shí)，以粘性液體減少摩阻力而成為減摩劑，而其具體的減摩作用原理如下所述。從注漿孔注入泥漿時(shí)，泥漿首先填補(bǔ)管節(jié)與周圍土體之間的空隙，從而抑制地層破壞的加劇。當(dāng)泥漿與土體接觸后，在注漿壓力的作用下，注入的漿液會(huì)將水分向土體顆粒之間的孔隙以及泥漿向土體顆粒之間的孔隙中滲透并擴(kuò)散;當(dāng)泥漿達(dá)到可能滲入的深度后，須經(jīng)過一個(gè)短暫的時(shí)間讓泥漿靜止下來而變成凝膠體，充滿土體的孔隙，形成泥漿與土壤的混合土體;隨著漿液滲透的增多，泥漿與混合土體之間會(huì)形成密集的滲透塊;隨著滲透塊越來越多，在注漿壓力的擠壓作用下，許多的滲透塊之間粘結(jié)，形成一個(gè)能夠阻止泥漿繼續(xù)滲入土層的套狀物，既泥漿套，泥漿套具備不透水、密實(shí)等特點(diǎn)，并能起到一定的支撐、減少摩擦的作用。合理的注漿可以起到減小土層運(yùn)動(dòng)的作用。從注漿孔注入的泥漿首先會(huì)填補(bǔ)管節(jié)與周圍土體之間的空隙，進(jìn)而形成泥漿套，能夠起到支撐隧洞的作用，使開挖的隧洞保持穩(wěn)定，不讓土體坍塌到管道上，從而可以減小地面沉降。由于土體與管道之間被泥漿隔離，使得管道頂進(jìn)對(duì)土體產(chǎn)生的剪切摩擦力大大減小，可以減小深層土體水平移動(dòng)。在形成泥漿套之后，留在管道與泥漿套的空隙之間的泥漿，在自重作用下會(huì)先流到管道底部，隨后向上漲起，從而使得頂進(jìn)管在整個(gè)圓周上被膨潤土懸浮液所包圍，起到保護(hù)作用。當(dāng)施工開挖對(duì)管道周圍土體產(chǎn)生影響，使得部分土體結(jié)構(gòu)遭到破壞而變成松散的土體時(shí)，注入膨潤土泥漿，它就可以滲入土層的孔隙內(nèi)，充滿孔隙，使其成為有效應(yīng)力壓實(shí)土體，并且泥漿的液壓能夠起到支撐、保持穩(wěn)定隧洞的作用。但由于頂管在施工完成前，頂管掘進(jìn)機(jī)后面的管道在膨潤土泥漿套的支持下，不斷地作向前的頂進(jìn)運(yùn)動(dòng)，而且管節(jié)轉(zhuǎn)換時(shí)，頂力釋放而可能引起管道的后退運(yùn)動(dòng);這些施工中的不同環(huán)節(jié)，使頂管施工中對(duì)地面與土體變形的控制與環(huán)境保護(hù)較盾構(gòu)法復(fù)雜。
三、結(jié)束語
總之，頂管施工為城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)與改造奠定基礎(chǔ)，頂管施工技術(shù)由于便于施工、維修、保養(yǎng)、防護(hù)等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用，在整個(gè)施工過程中對(duì)土體的擾動(dòng)影響也較大，有效的控制施工對(duì)土層的影響可更好的保護(hù)環(huán)境。
一、頂管施工對(duì)周圍土層的影響機(jī)理分析
頂管法施工引起周圍地層變形的內(nèi)在原因是處于天然靜止平衡狀態(tài)的土體受到了破壞，從而導(dǎo)致其應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生了變化。該部分土體經(jīng)歷了擠壓、剪切、扭曲等復(fù)雜的應(yīng)力路徑。由于頂管機(jī)與管道的前進(jìn)靠千斤頂?shù)耐屏Γ虼酥挥星Ы镯斢凶銐虻牧α靠朔斑M(jìn)過程所遇到的各種阻力，管道才能不斷往前頂進(jìn)，同時(shí)該阻力又反作用于土。從力學(xué)角度看，項(xiàng)管施工過程是三維半無限介質(zhì)中的一個(gè)與半無限界面平行的柱孔，在不斷延伸的過程。在柱孔外側(cè)存在著內(nèi)外兩個(gè)變形區(qū)，內(nèi)變形區(qū)呈塑性變形，外變形區(qū)為彈性變形。頂管掘進(jìn)期間首先微量收縮(建筑空隙)，然后微量擴(kuò)張(壁后注漿)表現(xiàn)為頂管機(jī)對(duì)土體的擠壓和松動(dòng)、加載與卸載、孔隙水壓上升與下降所引起土性的變異、地表隆起與下沉等。從而使土體產(chǎn)生應(yīng)力釋放、體積、含水量或孔隙水壓力的變化，特別是土體結(jié)構(gòu)或組構(gòu)的破壞和變化。尤其在軟粘土中頂進(jìn)施工時(shí)，土體稍經(jīng)擾動(dòng)就會(huì)使其力學(xué)參數(shù)發(fā)生很大變化，且長期引起固結(jié)和次固結(jié)沉降。
二、頂管施工中如何減少對(duì)周圍土層的影響
2.1頂管頂進(jìn)中對(duì)地層變形進(jìn)行控制的方法
堵漏公司根據(jù)頂進(jìn)方法及頂管機(jī)的不同，制定開挖面的穩(wěn)定技術(shù)措施、控制超挖量、確定壓力平衡技術(shù)參數(shù);采用觸變泥漿進(jìn)行注漿，及時(shí)填充管外壁與土體之間的間隙;控制頂力方向，發(fā)生偏差應(yīng)及時(shí)糾偏;避免管節(jié)本身、管節(jié)接口、工作井洞口及頂管機(jī)尾部等部位的泥水滲漏，并確保管節(jié)接口端面完好。
2.2頂管施工注漿法
在頂管施工過程中，可能會(huì)因?yàn)橥翆拥某两?、移位而?duì)周圍建筑物產(chǎn)生影響，注漿能填補(bǔ)土體內(nèi)部的空隙，降低管壁與土體的摩擦，防止土體坍塌，從而能有效的減少土層移動(dòng)。并且對(duì)于長距離頂管來說，只是用增大主頂油缸推力的方法來提高推進(jìn)距離是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，可以通過分段法了解決該問題，既將整個(gè)管道分成幾段，在段與段之間設(shè)置一些中繼間，并且可以在管環(huán)外注入一些泥漿，當(dāng)形成泥漿套時(shí)就可以減少摩阻力，從而達(dá)到增加推進(jìn)距離的目的。因此，為了能順利的將長距離頂管頂進(jìn)的同時(shí)有效的控制沉降，就須要在施工過程中注入泥漿。
2.2.1膨潤土泥漿的特性
膨潤土泥漿是一種由膨潤土、粉末化學(xué)漿糊(CMC)、純堿和水按一定比例配方組成的混合物質(zhì)。膨潤土泥漿在具有假塑性流體和塑性流體的流動(dòng)特性的同時(shí)還具有觸變性。觸變性是指膨潤土經(jīng)加水?dāng)嚢璩蔀閼腋∫汉?，?dāng)懸浮液靜止時(shí)分散的薄片狀蒙脫石微粒會(huì)絮凝變成凝膠體，當(dāng)含有這種凝膠體的漿液被攪拌、振動(dòng)或泵送時(shí)，大多數(shù)微粒結(jié)構(gòu)將被分散、破壞，從而轉(zhuǎn)變成為具有粘性和流動(dòng)性的膠狀液體，當(dāng)該液體再次處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，又會(huì)重新形成凝膠體，這種膠狀液體和凝膠體之間的結(jié)構(gòu)可以發(fā)生無數(shù)次的交替，這一特性稱為觸變性，膨潤土泥漿也因此被稱為觸變泥漿。膨潤土觸變泥漿是頂管施工中較為常見的一種泥漿材料，它能充滿在管節(jié)和泥壁環(huán)形空間內(nèi)，在泥壁土體建立不透水阻隔層，穩(wěn)定土體，防止塌落，形成的環(huán)形泥漿套懸浮管節(jié)，并且膨潤土觸變泥漿可以起到潤滑作用，將頂進(jìn)管道與土體之間的干摩擦變?yōu)闈衲Σ?，減小頂進(jìn)時(shí)的摩擦阻力，同時(shí)在注漿壓力下，減小土體變形，穩(wěn)定隧洞，從而保證頂管推進(jìn)施工安全高效進(jìn)行，并且這種泥漿還比較便宜，是最經(jīng)濟(jì)和有效的一種，因而被廣泛采用。
2.2.2膨潤土泥漿注漿減摩作用原理
膨潤土泥漿的這一觸變特性，讓其能有助于頂進(jìn)管道在靜止時(shí)，則可成為支撐地層的凝膠體，在地層間運(yùn)動(dòng)時(shí)，以粘性液體減少摩阻力而成為減摩劑，而其具體的減摩作用原理如下所述。從注漿孔注入泥漿時(shí)，泥漿首先填補(bǔ)管節(jié)與周圍土體之間的空隙，從而抑制地層破壞的加劇。當(dāng)泥漿與土體接觸后，在注漿壓力的作用下，注入的漿液會(huì)將水分向土體顆粒之間的孔隙以及泥漿向土體顆粒之間的孔隙中滲透并擴(kuò)散;當(dāng)泥漿達(dá)到可能滲入的深度后，須經(jīng)過一個(gè)短暫的時(shí)間讓泥漿靜止下來而變成凝膠體，充滿土體的孔隙，形成泥漿與土壤的混合土體;隨著漿液滲透的增多，泥漿與混合土體之間會(huì)形成密集的滲透塊;隨著滲透塊越來越多，在注漿壓力的擠壓作用下，許多的滲透塊之間粘結(jié)，形成一個(gè)能夠阻止泥漿繼續(xù)滲入土層的套狀物，既泥漿套，泥漿套具備不透水、密實(shí)等特點(diǎn)，并能起到一定的支撐、減少摩擦的作用。合理的注漿可以起到減小土層運(yùn)動(dòng)的作用。從注漿孔注入的泥漿首先會(huì)填補(bǔ)管節(jié)與周圍土體之間的空隙，進(jìn)而形成泥漿套，能夠起到支撐隧洞的作用，使開挖的隧洞保持穩(wěn)定，不讓土體坍塌到管道上，從而可以減小地面沉降。由于土體與管道之間被泥漿隔離，使得管道頂進(jìn)對(duì)土體產(chǎn)生的剪切摩擦力大大減小，可以減小深層土體水平移動(dòng)。在形成泥漿套之后，留在管道與泥漿套的空隙之間的泥漿，在自重作用下會(huì)先流到管道底部，隨后向上漲起，從而使得頂進(jìn)管在整個(gè)圓周上被膨潤土懸浮液所包圍，起到保護(hù)作用。當(dāng)施工開挖對(duì)管道周圍土體產(chǎn)生影響，使得部分土體結(jié)構(gòu)遭到破壞而變成松散的土體時(shí)，注入膨潤土泥漿，它就可以滲入土層的孔隙內(nèi)，充滿孔隙，使其成為有效應(yīng)力壓實(shí)土體，并且泥漿的液壓能夠起到支撐、保持穩(wěn)定隧洞的作用。但由于頂管在施工完成前，頂管掘進(jìn)機(jī)后面的管道在膨潤土泥漿套的支持下，不斷地作向前的頂進(jìn)運(yùn)動(dòng)，而且管節(jié)轉(zhuǎn)換時(shí)，頂力釋放而可能引起管道的后退運(yùn)動(dòng);這些施工中的不同環(huán)節(jié)，使頂管施工中對(duì)地面與土體變形的控制與環(huán)境保護(hù)較盾構(gòu)法復(fù)雜。
三、結(jié)束語
總之，頂管施工為城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)與改造奠定基礎(chǔ)，頂管施工技術(shù)由于便于施工、維修、保養(yǎng)、防護(hù)等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用，在整個(gè)施工過程中對(duì)土體的擾動(dòng)影響也較大，有效的控制施工對(duì)土層的影響可更好的保護(hù)環(huán)境。
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