气动夯管法施工水平冻结孔技术

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1、气动夯管法施工水平冻结孔技术摘要:气动夯管法以其地层适应性强、对地表影响小、操作方便、施工成本低等优点在水平冻结孔施工中得到了推广应用。介绍了气动夯管法施工水平冻结孔的工艺原理及施工工艺。简介了近年来用该技术施工的主要工程概况,并与钻进法进行技术经济比较。经过对比分析,在松软、含水量大的地层中,采用气动夯管法施工水平冻结孔比钻进法更具有一定的优越性。关键词:管线施工技术;气动夯管法;夯管锤;水平冻结孔气动夯管技术是现代非开挖铺设管线技术的一个分支，适用于排水、自来水、电力、通信、油气等管道穿越公路、铁路、建筑物和小型河流的非开挖铺设。

2、它是一种特别适合当前我国非开挖地下管线施工领域的简单、经济、有效的施工技术。特别是当水平冻结孔所处地层为砂性土、淤泥质黏土、粉质黏土、粉土等松软、含水量大且承压大的土层时（如上海地区），利用夯管法施工技术在保证施工冻结孔少出泥、控制施工对地层的扰动以及施工安全等方面有明显的优越性。2002年以来，采用气动夯管技术，替代传统的钻进法，进行水平冻结孔施工，先后完成了上海地铁明珠二期杨树浦路—浦东大道区间隧道联络通道及泵站（黄浦江底）、上体馆站穿越段、上体馆站—宜山路站区间泵站、成山路—高清路区间联络通道及泵站、天津土城及下瓦房联络通道及泵

3、站等工程，取得了良好的效果。1工艺原理气动夯管法施工水平冻结孔,即利用空压机驱动气动夯管锤沿导轨（设计路线）将冻结管直接夯进土层中。在冻结管夯进的过程中，一边挤压土体，一边克服地层与管体的摩擦力，使冻结管不断进入土层，直至设计深度。该方法所使用的主要设备是夯管锤。它是一台低频、大冲击功的气动冲击器，借由压缩空气驱动,将要铺设的钢管沿设计路线夯入地层。在冻结管夯进时，其受力分析如图1所示。图1中，P为冻结管受到的冲击力；F为冻结管管端阻力；f为冻结管与土层接触面之间的摩擦力；N为土体对冻结管反作用力；G为夯入冻结管的自重。冻结管前进的条

4、件：P>F+f。上两式中：μ为土层与冻结管间摩擦因数；d为冻结管外径，m；γ为土的重度，kN/m3；h为管顶以上覆盖土厚度，m；l为夯入冻结管长度；φ为土的内摩擦角，（°）；c为土的黏聚力，kPa。由式（1）、式（2）分析可以看出，冻结管夯进过程中的阻力与夯入长度、管径、土重度、埋深等直接有关。2施工工艺2.1夯管前的准备工作1)认真做好现场调查。尽可能详细了解联络通道所处地层的地质资料及地面建筑物和地下管线情况。2)详细了解水平冻结孔的设计位置及角度,掌握水平冻结孔夯管施工的技术要求及质量标准。3)配套设施要完好适用。其中,空

5、压机排量要求不小于6m3/min，工作压力不大于0.8MPa；贮气罐的容积不小于0.6m3，保证夯管锤工作压力稳定。高压胶管为2根，长20m、直径50.8mm（也可用无缝钢管代替）；3根，长20m、直径38.1mm，耐压都要求不小于1.0MPa。击帽可根据水平冻结孔的管径配套使用。4)安装孔口止水装置。水平冻结孔夯管施工前,需要采用二次开孔工艺，在隧道管片上安装孔口止水装置（如图2中详图A所示），以防夯管过程中冻结管与管片之间大量出泥、出水。施工时采用金刚石取芯钻在管片上开孔。一次开孔深度250mm左右，不钻透管片，下入孔口管，在孔口

6、管的鱼鳞扣上缠麻丝，均匀砸入250mm，再用膨胀螺栓把孔口管与管片固定，安装阀门后再进行二次开孔，直至开透管片。开透管片后退出开孔钻头，关闭阀门。2.2施工步骤水平冻结孔夯管施工按以下步骤进行。1)搭建夯管锤支架,安装导轨,将要夯的钢管插入孔口管。2)按冻结孔设计方位要求调整导轨的方向和水平度,将导轨与支架固定牢固。夯管机导轨安装在专用升降架上，如图2所示。3)安装张紧器,用张紧器将夯管锤与冻结管拉紧使之成为一个整体。在孔口管中插入前端密封的第一节管材并用紧绳器与夯管锤连接（见图3），压紧孔口密封装置，打开孔口阀门，准备夯进。4)气动

7、夯管锤注油器中加满润滑机油。5)夯进第一根钢管。启动空压机,打开夯管锤主进气阀，慢速启动夯管锤，在钢管进入地层2m时调整钢管的水平、垂直位置，然后完全开启夯管锤进气阀，全速夯进钢管。为了保证夯管（或钻进）精度，开孔段是关键。夯进前2m时，反复校核冻结管方向，调整夯管机位置，用精密罗盘或吊线检测偏斜情况，如垂直与水平角度偏差不超过0.5°，则可继续夯进。夯管机应离孔口远一些为宜。冻结管下入孔内前根据钻孔深度选择配管，根据施工场地大小，每节管材长度为1.0～2.5m。夯进过程中，如阻力大，可以打开闸门，让少许泥从闸门中挤出。6)第二根钢管

8、焊接和补口补伤。第一根钢管夯到预定位置后，释放夯管锤内余气，撤去张紧器，观察夯入钢管的偏斜情况，退出夯管锤，卸掉击帽。在第一根钢管尾部砸入内衬管箍，在导轨里放入第二根钢管，将其在衬管处与第一根钢管进行组对焊接和补口补伤。