yjgf52-2000气动夯管锤穿越施工工法

'气动夯管锤穿越施工工法吴益泉李彦民李松吕泽彬姜华1.前言长输管线和市政地下管线经常会遇到穿越铁路、公路、河流等特殊地段的施工，气动夯管锤作为非开挖敷设管线的设备，以其工艺先进、施工程序简便、施工周期短、质量好、投资省等优点而得到越来越广泛的应用。除此之外，随着定向钻施工领域的不断拓展，在穿越卵砾石、流砂层、淤泥层时，可根据定向钻入土段具有8～15　左右倾斜角的特点，选用夯管法将不稳定地层隔离，突破了定向钻穿越的禁区。另外气动夯管锤还可用于定向钻穿越管道回拖中的助力和解卡。近年来，气动夯管技术在公路、铁路、河流穿越和不稳定地层隔离等方面得到了广泛的应用，先后完成了天津塘沽盐场铁路、南疆公路、陕京管线大运公路、神榆公路、银川东部天然气管道7处公路的套管穿越，以及在松花江、黄河、东西溪等定向钻穿越工程中通过夯入套管隔离卵石层，均取得了良好的社会和经济效益。2.工法特点2.1施工质量好：采用夯管法敷设障碍物下埋地管道，穿越精度和埋深能够满足设计要求；避免了因埋深不足而给管道安全运行留下的隐患，并且套管保护良好。在水平定向钻穿越的入土端斜直段施工中采用夯管法敷设套管,精度和埋深能够满足定向钻穿越要求；避免了因埋深不准给后续工作留下隐患。2.2施工占地少：施工作业面由线缩成点，占地面积小，土方量小，操作简便；与同管径管线的其他施工方法相比，可节约施工占地。2.3施工效率高：与顶管施工方法相比，可不需要修筑大体积混凝土靠背墙，节约时间和工程投资；与横钻孔机施工方法相比，施工中不需要更换钻杆，提高了施工效率；与机械大开挖方法相比，效率提高更多。大开挖方法需要修筑旁通路，而且挖后要恢复路面，其养护及公路部门验收等工序耗时较长。第1页共15页 2.4施工周期短：穿越铁路、公路、沟渠、建筑物等障碍物时，可避免或减少拆迁，缩短了施工周期。因为非开挖施工不影响交通，不破坏原有建筑，因而不仅节省了工程投资，还有较好的间接效益和社会效益。2.5安全性高：对于定向钻穿越施工，夯套管能直接将不稳定地层隔离在套管外面，不受地层塌方的影响，增加了安全系数。3.适用范围3.1适用于公路、铁路、沟渠及其他不宜进行大开挖施工地段的钢质套管穿越（如图3.1-1所示）、水平定向钻入土端斜直段中不稳定地层（卵砾石层、流砂层、淤泥层）的夯套管作业（如图3.1-2所示）和定向钻穿越管道回拖中的助力、解卡作业（如图3.1-3所示）。图3.1-1铁路穿越图3.1-2隔离不稳定地层第2页共15页 图3.1-3定向钻穿越回拖3.2适宜于夯管穿越的地层：除岩石以外的各种地层。3.3穿越管道直径和长度：Φ273～Φ4000之间各种口径的钢质套管穿越，最大穿越长度为150m。3.4对于加厚管壁及特殊防腐涂层的钢管，也可以不用套管直接进行主管穿越。4.工艺原理在穿越障碍的一侧挖出夯进操作坑，另一侧挖出接收操作坑。在夯进操作坑内按管线的走向和设计位置将夯管锤与套管连接好，夯管锤利用空压机提供动力将套管分段夯进，直到接收坑中露出管头为止；然后清理套管中的泥土，再完成主管穿越。装置原理如图4.1所示。击帽张紧带夯管锤削土器钢管导轨出土器高度调整垫后夯环图4.1装置原理图第3页共15页 5.工艺流程及操作要点5.1施工主要流程平整场地测量放线作业基坑开挖设备材料运输设备、套管安装就位夯进第一根套管撤出夯管锤清土第二根套管焊接、补口补伤夯进第二根套管如此反复直至完成设计穿越长度撤出夯管锤清土主管线敷设设备搬迁转场、恢复地貌图5.1施工程序图第4页共15页 5.2施工准备5.2.1认真做好现场调查，尽可能详细了解穿越段的地质资料及地下构筑物情况，以确定开挖操作坑和降水应当采取的措施。5.2.2详细了解穿越段施工的技术要求、所执行的规范及质量标准。5.2.3配套设施要完好适用。1、空压机：要求排量不小于20m3／min，压力不小于0.8MPa；2、贮气罐：容积不小于1m3，保证夯管锤工作压力稳定；3、高压胶管：20m长的2”胶管2根(也可用无缝钢管代替)，20m长的1.5”胶管3根，耐压不小于1.0MPa；4、击帽：根据穿越段的管径配套使用。5.2.4通往穿越施工现场的道路应保证10t级施工车辆正常通行。5.3夯管施工工艺5.3.1场地平整：选择运输方便、平坦无障碍的一侧，修建施工便道。平整出宽12m、长度25m的夯管施工场地，以对侧作接收场地。5.3.2测量放线：由设计单位及业主交桩、交高程点，由高程点引测临时水准点至工作坑旁并加以保护。待工作坑施控完毕后引至工作坑底基础面上。依据计算的夯进管外壁底高程和纵向角度，确定导轨高程和倾斜角度。各地高程及中心线拉引测点要进行栓桩，并经闭合、校核方可使用。5.3.3开挖夯进操作坑和接收操作坑：夯进操作坑应保证坑底长度为单根套管加长5m（一般为17m），坑底宽度为3m，上口长度及宽度根据深度及地质情况而定(不同的地质条件采用不同的坡比)，深度根据设计管底埋深确定。在靠近套管入土的一侧挖出焊接作业坑，长度为2m，宽度为0.8m，深度为0.5m。接收操作坑应保证坑底长度为4m，坑底宽度为4m，上口长度及宽度根据深度及其地质情况而定，深度与夯进操作坑相同。根据地质情况和地下水位的不同，确定坑底是否打水泥基础和应采取的降水措施。对于易塌方的地质，应采取打钢板桩或临时支撑的方法以保证操作坑内的施工安全。夯进操作坑的断面如图5.3.3-1所示，夯进操作坑和接收操作坑位置平面示意图如图5.3.3-2所示。第5页共15页 图5.3.3-1断面示意图公夯进操作坑4m3m接收操作坑路单根套管长＋5m设计穿越长度4m图5.3.3-2平面示意图5.3.4施工设备及套管运输进场：夯管施工的主要设备为夯管锤和空压机、发电机、电焊机等；运输进场的套管长度应比设计穿越障碍的长度加长2～3m。5.3.5设备和套管安装就位1、夯进操作坑挖好后，按照设计要求高程进行测量，在夯管工作底板进行夯实找平后铺20mm渣石垫底层,再在上面铺设预先割好的22号工字钢按照800mm的间距以(工)型平行放置在工作坑的地基上,铺设22号工字钢两根，单根的长度为2m。根据交接桩和实际测量，制定出两条导轨的中心线，放置导轨后再精确找正，测量是否达到预制角度要求,再将22号工字钢两侧分别夯入1m长的地锚两根,地锚入土不能低于700mm，再次进行测量，无误后再与22号工字钢焊接牢固。由于钢管轨迹设计为水平，因此，槽钢作为导向轨道，自身必须平直无弯曲。用水准仪多点测量控制槽钢的水平，再根据需要的水平角度调节导轨的倾角。导轨示意图如图5.3.5-1所示。第6页共15页 图5.3.5-1导轨示意图2、将套管吊入夯进操作坑中放到导轨上。为防止套管的防腐层被破坏，可在套管与导轨之间每间隔2～3m的距离放上弧形铁板，并在铁板上垫上胶皮。另外在第一根套管入土端的管口内外侧安装削土器（示意图见图4-1）。为减少阻力，采用注入触变泥浆方法。即在夯进钢管前端焊一根DN20钢管做导流，前端开孔，随夯进长度焊至工作坑内与注浆泵连接，随夯随注浆，从而达到减阻目的。3、安装击帽。根据管径大小选择配套的击帽安装到套管上。4、安装夯管锤。将夯管锤吊入操作坑中与击帽连接后找正，使夯管锤、套管的中心线与设计中心线吻合。然后将夯管锤与空压机之间的管路连接好，启动空压机，打开操作阀，将夯管锤头部与击帽和套管固定紧后，关闭操作阀，检验夯管锤的方位与水平角度，若偏差超过0.5°需重新调整就位。5、打开操作阀，进行试夯，无异常后方能进行正常夯管施工。5.3.6夯进第一根套管。启动空压机，打开操作阀，夯管锤在气压的作用下开始夯进套管。由于第一根套管夯进方向的准确性是关键，所以在第一根套管夯进500mm后，应认真测量一下套管的方位与水平角度，角度偏差不超过0.5°时可继续夯进。若轴线偏差超过允许范围，应进行纠偏，将轴线偏差调整到允许范围后继续夯进工作，直到管头到达指定位置(管头留在操作坑外0.6m左右以便和第二根套管进行焊接)。一般所采取的纠偏措施：用人工在轴线偏差的相反方向将套管周围的土清除，在轴线偏差的方向钢管外壁打楔子。例如套管右偏超过允许范围，可将套管左侧的土掏空，使套管与其左侧的土层之间有一定的空隙，并在钢管右面外壁打上楔第7页共15页 子，形成套管向左前进的趋势。5.3.7套管前进阻力较大时进行清土。在套管夯进的过程中，如发现套管前进的速度非常缓慢或停滞不前，应立即退出夯管锤，卸掉击帽，将套管内的积土清除干净后再安装击帽和夯管锤继续夯进。清土时，可用高压水枪将套管内的积土冲出(采用该方法清土时，要在夯进操作坑的适当位置挖出积水坑，并将积水及时排出)；对于DN700以上的大口径套管，也可用人工进入套管内进行掏土的方法将积土清除。5.3.8第二根套管焊接和补口补伤。第一根套管夯到预定位置后，退出夯管锤，卸掉击帽，吊入第二根套管与第一根套管进行组对焊接和补口补伤，均按设计要求和施工规范进行操作。要保证对口的质量，以防止将套管夯偏。5.3.9夯进第二根套管。补口补伤完成后，按照工序5.3.5和5.3.6的方法夯进第二根套管，然后重复操作到夯进设计要求的长度。夯管作业开始后，要连续进行，尽量减少作业间歇时间，且不宜中途停止。5.3.10清除套管内的积土。套管全部敷设到位后，根据管径的大小采取不同的方式清除套管内的积土：对于≥DN700的大口径套管，采取人工掏土的方式清土；对于