搅龙式顶管法在沙漠地区中的应用

2022-09-11

一、前言

天然气、石油管道进行穿越施工时一般采用大开挖的施工方法, 一旦遇到省道、国道、高速公路、铁路等重要交通要道时, 大开挖施工方法将会受到极大的限制[1]。设计上解决上述施工问题的方案一般为顶管或者定向钻的穿越方式;如果穿越地区位于沙漠地带, 由于砂土具有松散无粘性、易塌方、摩阻力大等特性, 使得传统的手掘式顶管方法进行施工时极易产生路面塌方、套管顶裂, 甚至产生“抱管”等现象, 导致顶管施工失败。

针对沙漠地区顶管施工, 本文将介绍一种新的施工方法即搅龙顶进施工法, 亦称水平螺旋钻法, 以钢管为外套管, 利用自制搅龙进行施工的一种方法, 并在工程中进行了实践应用。

二、目前沙漠地区顶管施工存在的问题

1. 砂土稳定性差, 操作坑难以成型

由于砂土层中的砂体自身稳定性很差, 呈松散流动态, 没有粘性;在施工时操作坑成型较难, 顶管时, 往往后靠土体会产生塌方和滑动, 从而导致顶管工作无法进行[2]。

2. 路面坍塌

在进行掏土作业时, 由于砂土层松散、无粘性, 容易引起挖掘面坍塌, 在清理砂土过程中, 在套管上方形成空隙, 进而容易导致路面坍塌。

3. 进洞砂土松散流动不能满足首节套管进洞要求

在砂土层顶管首节套管进洞时, 由于砂土层中土体属于粒状结构, 颗粒间无粘性, 呈松散性, 流动态, 导致首节套管一方面很难进入土层中, 另一方面往往会造成大量砂土漏入操作坑内, 导致洞口周围地表大面积沉陷。

4. 砂土层顶管易出现偏差, 出现偏差后纠偏难度大

在沙漠地区顶管过程中, 由于砂土层特性, 顶进过程中容易出现偏差, 套管比较容易出现“仰头”和“叩头”现象。这是由于砂土属于软土地基反力小, 如果套管重量过大, 很容易出现叩头现象;另外, 如果没有很好的解决挖掘面的坍塌问题便会出现套管由于流砂堆积而出现仰头现象。

三、搅龙顶进施工法工作原理

将自制搅龙设备水平安防在预先铺好的导轨上, 依靠搅龙螺旋钻杆传递钻压、扭矩并将土屑排除, 预顶进的钢管套在搅龙螺旋钻杆外, 由钻机的顶管油缸顶进套管, 并将套管依次连接。该方法能够有效解决沙漠地区顶管过程中遇到的塌方和抱管问题。

搅龙式顶管的设备有:导轨、钻机、钻具 (卡盘) 、螺旋钻杆 (搅龙) , 见上图。搅龙安装在导轨上, 沿着轨道能前后移动, 同时依靠油缸和钻机提供推进力和回转力, 钻机时传递到螺旋钻杆上。钻杆有相连接的搅龙组成, 其中一端与钻机相连。然后依靠钻机提供的旋转力, 搅龙回转切削土层, 土渣沿着搅龙杆向后排除, 完成挖土工作, 最后, 由油缸提供的推理顶进套管。

四、针对传统顶管法在沙漠地区施工存在的问题采取的主要技术措施

1. 对操作坑难以成型, 后靠土体容易塌方, 搅龙式顶管施工对操作坑要求低, 无需大面积开挖;并且是边排土边顶进, 所需顶进推力大大降低, 进而对后靠土体的要求也降低;

2. 对坍塌问题, 由于搅龙式顶管是由搅龙前端的钻头, 对顶进面的土体进行开挖, 而且套管与之同步, 所以套管前端的土体不会产生塌方, 套管顶部也不会留下缝隙;

3. 对偏差问题, 搅龙式顶管是采用钢管作为外套管, 套管与套管间焊接连接, 并且是通过导轨送进, 则在顶进的过程中, 很难产生“仰头”和“叩头”的现象。

五、搅龙式顶管在沙漠地区施工的优点

1. 在施工时无震动、噪音小、重量轻、操作方便、施工人员少等优点;

2. 由机械排土代替人工掏土, 大大的提高了工作效率, 节省了工期;

3. 可以边排土边顶进, 套管上方不会出现空隙, 进而不会塌方, 路面下沉几率几乎为零;

4. 有效的解决传统顶管施工方法在人工掘土时产生的“抱管”现象;

5. 无需人工进入套管内作业, 大大降低了施工过程中塌方对人造成的危险, 有效的保障了施工安全。

结论

上述搅龙式顶管法, 在沙漠地区的应用, 穿越施工不但速度快、成本低, 而且还有效的控制了沙漠地区顶管容易产生的塌方和“抱管”现象, 并且客服了路面塌方的现象, 使得穿越偏差全部能控在标准范围内。在今后的施工中, 我们将把着重点放在搅龙设备的深化研究和改进上, 以进一步提高沙漠地区顶管施工的质量, 简化施工工艺。

摘要：本文以新疆某天然气管道工程为例, 介绍了沙漠地区顶管穿越道路时, 通过采用自制搅龙设备, 有效地克服了沙漠地区顶管易产生塌方和抱管两个技术难点。在连续施工过程中, 不但解决了流沙地段顶管过程中容易出现套管顶偏、路面塌方的质量事故, 而且使得施工质量全部达到规范要求, 并且大大降低了施工过程中安全风险。

关键词：搅龙,沙漠地区,顶管