董艳平, 郑启华, 杨晓春

(湖北省地质局 武汉水文地质工程地质大队,湖北 武汉　430051)

0　引言

近年来,随着中国城市大规模建设,在地铁项目岩溶勘察[1]施工中,需采取物探跨孔电磁波CT、井下电视等勘察手段,为了保护井孔,钻孔中需下入Φ75(60)mm的PVC塑料管。封孔前若不对PVC保护管进行拔除,则难以保证封孔质量,不仅对地铁盾构施工安全及施工环境造成不利影响,还会给城市防洪带来管涌危害。本次岩溶勘察施工区域多位于城市繁华地段,施工作业受车流及人流量影响,白天一般不允许施工，而夜间施工钻机、柴油机噪音过大扰民;利用钻机拔管、封孔,其设备笨重、移动困难、效率低、安全隐患高、操作复杂，且占地面积大,交通安全风险也随之增大。

采用本院郑启华研发的专利产品——DZK拔管封孔器,其体积小、重量轻、易于运输装卸,使用及维修方便,与传统拔管封孔方案相比,降低了劳动强度,提高了工作效率,节约了生产成本,取得了一些成功的经验和良好的经济效益。

1　工程概况

武汉市轨道交通7号线是汉口中心区与武昌中心区的快速直达通道,沟通北部和南部两大新城组群。该项目一期工程起于东方马城,经王家墩商务区,沿建设大道、澳门路,从三阳路过长江,然后折向武昌火车站,沿恒安路、李纸路至终点野芷湖。线路全长30.85 km,均为地下线。据项目初勘资料,7号线一期工程Ⅲ、Ⅳ标段中螃蟹甲站及螃蟹甲站—小东门站区间、小东门站、武昌火车站—瑞安街站区间、建安街站—南湖大道站区间、南湖大道站及南湖大道站—板桥村站区间段下伏基岩中分布有灰岩,存在着灰岩溶洞、土洞等不良地质问题,因此需进行岩溶勘察,采用工程地质测绘和调查、物探、钻探、室内试验等综合手段进行研究,进一步查明岩溶发育情况,以采取有效的工程措施和对策,为设计、施工和运营提供可靠的地质依据。

本次岩溶专项勘察要求钻孔100%的封孔*武汉地铁集团有限公司，武汉地铁钻探封孔技术要求，2014。,因此拔管、封孔是该项目钻探施工中的关键环节。

2　DZK拔管封孔器组成及性能指标

2.1　设备组成

设备由底座、举升器、吊臂、吊环、吊钩、各种索具、桅杆、支架、导向轮、U型环、孔内捣实器、缆绳等组成。设备组成部件见表1,设备结构[2]见图1。

续表1

图1　设备装配图Fig.1　Assembly drawing of device

2.2　性能指标

①举升器行程:85 mm;②举升器重量:30 kg;③最大起重量:1 t;④底座重量:5 kg;⑤产品净高:1 050 mm;⑥底板尺寸:长400 mm×宽300 mm×厚8 mm;⑦支架重量:3 kg;⑧支架长度:3 m;⑨桅杆长度:1 m(指增高部分);⑩捣实器重量:25 kg;捣实器长度:80 cm;捣实器导管长度:100 cm;缆索材质:锦纶;缆索长度:50 m;缆索规格:Φ16 mm。

3　工作原理及注意事项

3.1　工作原理

3.1.1拔管工作原理

人工操控液压操作阀,举升器活塞上行,带动孔内索具将孔内PVC保护管从钻孔中拔出。活塞杆上行到额定高度后,固定好PVC保护管,打开卸压阀,使活塞杆下行,同时向下移动孔内锁具(本院杨晓春发明,现命名为杨氏索具),完成一个循环。具体见照片1及图2。

照片1　DZK拔管封孔器工作照Photo 1　Working photo of DZK extubation sealing device

图2　拔管工作原理图Fig.2　Functional diagram of extubation

3.1.2封孔工作原理

在举升器活塞顶端加装桅杆、吊臂、定滑轮、支架,在举升器底部加装导向滑轮,将连接好捣实器的绳索通过定滑轮、导向轮后,将孔内捣实器用人力提升至限定高度(注:捣实器提升高度不能高于孔口),在重力作用下加速下落,并在人力牵引作用下往复运动,将已投入孔内的、符合封孔技术要求的封孔材料捣实,达到封孔目的。具体见图3。

3.2　安全操作注意事项

(1) 使用设备前,操作者必须熟悉本产品性能及作业注意事项;

(2) 使用前应检查设备是否安装周正平稳,吊具是否安全有效;

(3) 必须按规定的承重能力使用,不得超载;

图3　封孔工作原理图Fig.3　Functional diagram of sealing

(4) 举升器最大工作行程不应超过活塞总高度的75%;

(5) 在非硬化地面作业时注意孔口向内坍塌,必要时加大底座受力面积,防止倾覆伤人;

(6) 初拔时一定要均衡给压,密切观察吊索工作是否正常;

(7) 工作结束后,及时清理设备上的污渍,泥土等;

(8) 在作业过程中,若发现可疑现象,应立即停止作业,及时采取措施加以排除,在没有排除故障前不得作业。

4　技术指标及经济效益

通过武汉市轨道交通7号线一期工程岩溶专项勘察中对DZK拔管封孔器的使用,其拔管、封孔质量明显优于常规的拔管封孔方法(手动葫芦、XY-1型钻机),其质量检查结果见表2及照片2、照片3。

表2　质量检查结果表Table 2　Examination table of quality

现将DZK拔管封孔器、手动葫芦及XY-1型钻机3种拔管封孔方案各项指标作详细比较(未计算管理、税收等费用),具体对比见表3。

通过表3各项指标对比,发现采用DZK拔管封孔

照片2　DZK拔管封孔器拔出的PVC保护管Photo 2　PVC protective tube in DZK extubation sealing device

照片3　手动葫芦拔出的PVC保护管Photo 3　PVC protective tube in manual calabash

器与传统的XY-1型钻机拔管封孔相比,可每天节约施工成本940.60元,折合每孔可节约施工成本298.30元,可缩短工期75 d,累积可节约施工成本178 980.00元;与手动葫芦相比可每天节约施工成本553.40元,折合每孔可节约施工成本113.20元,可缩短工期25 d,累积可节约施工成本67 920.00元;且拔管量大幅度增加,回收利用后,每天可节约管材费3 060.00元,为该项目共节约管材费229 500.00元。

综上所述,采用DZK拔管封孔器为该项目节约成本40余万元,创造了良好的经济效益;而武汉市目前规划有十余条地铁线要开工建设,采用这一专利产品——DZK拔管封孔器拔管、封孔前景广阔,所创造的经济效益将是巨大的。此外,该设备在施工过程中占地面积小,不会对周边环境造成影响;且操作简单,基本无安全风险,社会效益好。

5　使用DZK拔管封孔器的优点

(1) 体积小、重量轻、易于运输装卸,使用及维修方便。本产品采用便携的液压设备,结合半自动机械设备集合而成,产品净高1 050 mm,举升器重量25 kg,底座长400 mm、宽300 mm、厚8 mm、重量5 kg。

(2) 作业面积小,不会对周边环境造成任何影响。本产品占地面积仅1.44 m2(包括安全围挡面积),占地面积小,且不会产生噪音等环境污染问题。

表3　各项指标对比表Table 3　Contrast table of various index

注:上述各项指标所涉及的材料费、运输费、人工费等均为现行市场价。

(3) 降低了劳动强度,提高了工作效率。使用常规的拔管封孔方法,拔管时材料消耗大,工人劳动强度高,且易发生管材扯断或脱节事故,造成人力、物力及时间的浪费。采用DZK拔管封孔器,利用液压作为动力源,仅需3人即可完成整个操作流程,降低了工人的劳动强度。

(4) 节约成本。利用DZK拔管封孔器不仅节约了安全围挡及占道费、动力消耗、搬迁运输费、人员工资等直接生产成本,且与传统的拔管方案相比,由于采用液压均衡给压,拔管量大幅度增加,拔出的管材完整性好,回收利用率高,节约了管材费。

6　结语

(1) DZK拔管封孔器结构新颖,造型简洁,具有轻便灵活、拆装方便、无噪音、作业面积小等特点,能够安全、高效地从孔内拔出PVC保护管,降低了劳动强度,提高了工作效率,缩短了工作耗时。不仅节约了施工成本,而且节约了管材费,可供类似工程项目推广使用。

(2) DZK拔管封孔器在今后的使用过程中还可加以改进。例如,可在底座下加装可拆卸的轮子,便于设备搬迁;同时还可增大液压油缸,提高设备起拔力。

参考文献：

[1]城市轨道交通岩土工程勘察规范(GB50307-2012)[S].北京:中国计划出版社,2012.

[2]卢耀祖.机械结构设计[M].上海：同济大学出版社,2004.