[分享]气动夯管锤穿越施工工法

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气动夯管锤穿越施工工法


一、前言


    长输管线和市政地下管线经常会遇到穿越铁路、公路、沟渠等特殊地段的施工，施工方法是多种多样的，气动夯管锤作为非开挖敷设管线的新型设备，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。管道二公司采用夯管锤技术先后完成天津塘沽盐场铁路、南疆公路、陕京管线大运公路、神榆公路以及银川东部天然气管道7处公路的套管穿越等工程，取得了良好的经济效益和社会效益。


    二、特点


    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。


    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。


    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。


    4．施工周期短等。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。


    三、适用范围(指12"夯管锤)


    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。


    2．适宜于夯管穿越的地层。除岩石、砾石、砂层以外的各种土层。


    3．穿越管道直径和长度：Φ273～Φ820之间各种口径的钢质套管穿越，最大穿越长度为80m。


    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。


    四、工艺原理


在穿越障碍(如公路、铁路、小河沟渠等地面构筑物)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1所示。


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图1  装置原理图


    五、工艺流程及操作要点


    1．施工主要程序见图2。







图2  施工程序图


    2．施工准备。


    (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。


    (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。


    (3)配套设施要完好适用。


    ①空压机：要求排量不小于18m3／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。


    (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。


    3．夯管施工工艺。


    (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、长度为单根套管长加5m的夯管施工场地，以对侧作接收场地。


    (2)测量放线：根据设计图纸和现场交桩放出穿越管段的中心线和夯进操作坑、接收操作坑的位置，打上控制桩。穿越管段中线应避开地下电缆、光缆、管道等障碍物。


    (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3m，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。夯进操作坑和接收操作坑位置平面示意图如图3所示。







图3  平面示意图


    (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)设备和套管安装就位。


    ①夯进操作坑挖好后，根据单根套管长度在坑底埋好若干块枕木(枕木顶端比坑底高出约3～5mm，间距2～3m)并找平，将导轨放到枕木上，用经纬仪按设计中心线找正、找平(一般导轨靠近套管入土的一端比另一端略高，但不超过0.5°，以防止夯管过程中套管低头)，然后将导轨固定在枕木上。导轨应按设计要求的精度找正，因为导轨的位置决定了套管及夯管锤的摆放位置，从而影响穿越的精度误差。


    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，应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。


    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。


    当套管的直径较大时(DN 500以上)，夯管锤尾部与导轨之间需垫一弧形托板，托板须随夯管锤的前进而在导轨上滑动，以保证夯进时夯管锤的水平度；托板的中心应与设计中心吻合，以保证夯管锤的左右方位。


    ⑤打开操作阀，进行试夯，无异常后方能进行正常夯管施工。


    (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°、轴线偏差不超过夯进长度的1％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子，形成套管向左前进的趋势。


    (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。


    (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。


    (9)夯进第二根套管。补口补伤完成后，按照工序5和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。


    夯管作业开始以后，要求连续进行，尽量减少作业间歇时间，且不宜中途停止。因为间歇时间过长，会造成土层和管外壁粘在一起，增大摩擦力，从而使夯进阻力增大(可采取在管外壁涂抹润滑油脂的方式减小摩擦力，但会增加施工成本)，另外若地下水位较高，停止作业后水位上升，会给施工带来不便。


    (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<DN700的套管，采取高压水枪冲土(采用该方法时，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)或将套管一端封堵后用空压机吹土的方式将套管内的积土清除于净。


    (11)主管线敷设。在操作坑内，应按设计要求和SY／T4079—95规范第2章的规定预制穿越管道，每道口检验合格后用牵引设备(如卷扬机)将管线拖入套管中，然后进行下一道口的焊接、探伤、补口补伤，直到将主管线全部敷设就位。


    一般主管线上每隔一定距离安装一个绝缘的柔性支架，以确保在穿入套管过程中主管线的防腐层完好无损，同时穿越施工应确保套管和主管环行空间内无水和任何杂质，并按设计要求在套管两端将套管与主管进行密封包敷。在主管未与其他管段碰死口之前主管两端做临时封堵。


    (12)恢复地貌。穿越管线与两端管线连头工作完成后，按常规进行回填、恢复地貌。特殊地段回填应执行当地有关部门的规定。


    六、机具设备(见表1)


表1  机具设备