市政道路施工中泥屑气力输送技术研究

作者简介：曲娜（1984-），女，工程师。研究方向为市政工程施工技术。

DOI：10.19981/j.CN23-1581/G3.2024.15.044

摘  要：为提高市政道路施工标准，确保市政道路工程的稳定性与耐久性，同时掌握泥屑气力输送的应用效果。该文将结合工程实例，对泥屑气力输送技术的应用进行系统研究，掌握技术应用的注意事项和质量控制措施，同时对应用效果实施评价。研究发现，泥屑气力输送技术应用中压力输送罐、拉伐尔管的结构设计属于重点，此外还需不断优化电气系统，借此保障泥屑气力输送的稳定性。经技术改良后，泥屑输送的效率和质量将大大提升，可为市政道路施工提供技术支持。此项研究说明，在市政道路施工中，泥屑气力输送技术值得借鉴，其优势在于环保、高效，可适用于复杂施工场地中的泥屑运输，在保障泥屑输送安全性的同时，为工程质量提升夯实基础。

关键词：道路施工；市政道路建设；泥屑输送；气力输送原理；应用技术

中图分类号：TU997      文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2024）15-0193-04

Abstract： In order to improve the standard of municipal road construction， ensure the stability and durability of municipal road engineering， and grasp the application effect of debris pneumatic conveying. Based on an engineering example， this paper will systematically study the application of debris pneumatic conveying technology， grasp the matters needing attention and quality control measures， and evaluate the application effect at the same time. It is found that the structural design of pressure conveying tank and Laval pipe is the key point in the application of mud pneumatic conveying technology. In addition， it is necessary to constantly optimize the electrical system to ensure the stability of mud pneumatic conveying. After technical improvement， the efficiency and quality of debris transportation will be greatly improved， which can provide technical support for municipal road construction. This study shows that in municipal road construction， debris pneumatic conveying technology is worth using for reference， and its advantage lies in environmental protection， high efficiency， and can be applied to mud transportation in complex construction sites， while ensuring the safety of debris transportation. Tamp the foundation for the improvement of engineering quality.

Keywords： road construction; municipal road construction; mud transport; pneumatic conveying principle; application technology

随着经济发展速度加快，城市化进程也在不断推进之中，原有市政管线容量已无法满足现实需求，需要不断改建和修复。在具体项目中，如果应用明挖法施工，很容易造成城市交通瘫痪，并且施工局限性较大，会因为铁道、机场及建筑物不能正常施工。所以非开挖施工技术最近几年广泛应用，取得了理想效果。为确保非开挖市政道路施工的质量，降低钻孔中泥屑的影响，需使用优质的栓流气力输送方法，发挥泥屑气力输送的优势，为后续施工提供保障。

1  气力输送原理

气力输送装置较为特殊，是一种在管道内利用气体充当核心介质的装置。在气体的作用下实现物料的运输，将建筑工程物料从一端运输到另一端，借助管道压力和气流，将物料输送到指定目的地，借此为后续施工提供便利。在具体工程项目中，气力输送的优点有很多，主要体现在以下几方面：①输送效率较高。与传统物料输送技术相比，气力输送更加的高效，因为整个输送过程非常的封闭，所以物料输送不受气候环境变化的影响。利用气力输送的方式，可从一定程度改善工作条件，确保施工作业可靠性。②物料安全性较高。被输送的物料在运输状态下不容易吸湿、污损，可保障物料的使用效果，避免其混入其他杂质，在提升物料运输效率的同时，保障施工物料的性能。③运输过程与其他处理工艺同步。在物料运输的同时，在特定的管道内还可開展混合、分级、粉碎等操作，通过某些化学反应改变物料的性能，使其满足施工要求。这样的运输方法，可缩短材料使用的准备时间，为工程施工提供便利。④可输送不稳定的化学物品。在使用气力输送体系的过程中，可用惰性气体输送一些极不稳定的化学药品，不仅高效而且安全可靠，可以规避风险。⑤设备简单且结构紧凑。气力输送体系中的各个设备占地面积较小。除此之外，布置输送管线相对容易，可操作性强。⑥气力输送系统的可操作性强。整个系统容易控制和管理，可实现集中控制，同时确保程序自动化水平。

2  泥屑特点及非开挖钻孔中气力输送要求

目前，非开挖市政道路管线施工数量增多，钻孔施工技术要求越来越高，因为其施工技术特征的缘故，施工中所穿越地层比较多，需前后经历黏土、粉土、沙土等。在穿越砂层等软弱地层时，想要保障钻孔顺利的推进，就要设法降低钻孔泥屑所造成的影响，使用泥屑输送系统，为钻孔施工营造理想化的环境。为保障真实作业中气力输送泥屑的可靠性，现实施工中要求输送的钻孔泥屑形态要越碎越好，确保泥屑呈松散状，只有如此，才能防止泥屑堵塞气力输送系统，保障压力正常输送[1]。通过研究发现，现实钻孔施工中想要形成松散的泥屑难度比较高。基于此，为了顺利推进非开挖钻孔设备并得到符合要求的碎泥屑，在具体的施工方案中，可通过放置粉碎装置的方式进行在线粉碎，借此科学地完善输送线路设计，促使输送碎泥屑达到技术要求的同时，规避输送线路堵塞等问题。

3  工程案例分析

某市政道路工程，拟采用非开挖的道路管线施工技术，通过研究发现，项目所在位置土层构成较为复杂，这为非开挖的道路管线施工提高了难度。为科学输送钻孔阶段形成的泥屑，确保施工的顺畅，现实作业期间要合理使用泥屑气力运输方式，掌握气力运输的技术要点，夯实项目建设的基础。该市政道路工程的土层物理力学参数见表1。

4  泥屑气力输送技术应用

4.1  泥屑气力输送方案优化

案例中的施工地质环境较为复杂，存在淤泥质土和粉质黏土，在钻进的过程中所形成的泥屑不容易形成松散状。为此在项目施工中，需要对非开挖钻进施工中的泥屑输送方法实施优化，保障理想的钻孔工作效率和质量。现实中，可应用气力输送方法，实现泥屑的平稳推进，有效预防堵塞等问题。在传统输送方案基础上，案例工程采用了一种全新的方法，即双管多喷吹点气力输送，通过气力输送系统的搭建，来满足钻孔泥屑合理、高效输送的要求。这种双管多喷吹点气力输送方案构成复杂，主要思路如图1所示。

通过图1内容可知，非开挖钻孔设备在运行中所钻削下来的泥屑不会大量堆积，第一时间便会进入贮泥斗中（螺旋引导器作用下）。为确保悬浮颗粒大小满足技术指标，在贮泥斗中的泥屑要经过粉碎装置，进行充分的在线粉碎，在粉碎的基础上，确保颗粒物的体积参数达到气力输送的具体要求。在新的泥屑输送系统中，当贮泥斗中装满泥屑时，会直接牵引气缸，使其停止进给。除此之外，在科學的系统设计中向压送罐中充入空气，借此推动排料蝶阀F6开启，待到排料蝶阀F6开启后，便可以促使泥屑在压力作用下源源不断地向外输送。整个过程中，为了保证输泥系统使用的安全性与可靠性，可在泥屑输送的过程中增加气力喷吹管路加以辅助，借此提升输送的效率[2]。该技术改良方法是在排料蝶阀F6开启同时，将辅助阀门F4也开启，这样的情况下便可以实现单向喷嘴喷吹向输泥管输送泥屑。泥屑在主、辅喷吹的共同作用下会加快流动的速度，较为高效地输送到地面上，借此为后续施工提供技术保障。同时，为提升泥屑输送系统的可操作性，主、辅喷吹压力要实现科学调节，经过手动调节阀提高系统应用的可靠性。

4.2  输送系统核心构件设计

4.2.1  压送罐设计优化

在泥屑气力输送系统中，压送罐是重要的构件，其原理像是一个喷射器，在压送罐使用中当排料蝶阀（重要阀门）开启时，那么原先被压缩在罐内的泥屑就会喷涌而出。压送罐由输送装置、粉碎装置等构成，通常情况下其尺寸是固定的，压送罐结构示意图如图2所示。

图2  压送罐结构示意图

结合现实经验可知，在压送罐的使用中，相关压力测试属于重点。对压送罐的压力科学试验的时候，可遵照以下的公式

式中：PT为试验压力，MPa；P为设计压力，MPa；[？滓]为材料的允许应力（试验温度下），MPa；[？滓]t为材料的允许应力（工作温度下），MPa。

4.2.2  气力输送设计优化

输送系统构件设计中，为了科学强化双管气力输送的效果，保障输送的效率，保障气力输送更加顺利，可在气力输送过程中额外增加一个拉伐尔管射流器（图3），借此改善气体速度。经过研究发现，使用拉伐尔管射流器，可有效保障气力平衡，从而实现泥屑的长距离输送，科学保障施工品质[3]。拉伐尔管是重要的构件，是一种具有喉部的喷管，正常的气流通过它时可以提速，甚至在某种状态下气流通过的速度可以达到声速或超声速。在拉伐尔管射流器的辅助下，泥屑被传送的效率将会大大提升，从而预防输送系统堵塞，优化整个气力输送系统的使用性能。

图3  拉伐尔管射流器

4.2.3  电气系统设计优化

在电气系统设计优化中，为达到理想的设计效果，需科学使用可编程逻辑控制器（PLC），借此提升泥屑气动输送的可操作性。固定接线式继电器在现代化的非开挖钻孔施工中已不能适应复杂技术的要求，同时传统电气控制系统不易维护，且经济性比较低。在这样的前提下，可科学使用PLC来逐步完善系统性能，控制非开挖施工钻孔设备的运行状态，借此保障成孔质量和泥屑的形成状态。结合实操经验可知，PLC性能好，并且适应性强。PLC属于控制概念和微机技术的结合产物，在PLC控制系统中微处理器发挥重要的作用。其硬件配置由中央处理单元、编程单元、电源电路等构成[4]，如图4所示。PLC的基本工作原理十分简单，其是建立在计算机工作理念的框架上，通过硬件的支撑完成现场的控制任务。PLC在使用中需要遵循控制逻辑，掌握各种变量的逻辑关系，对整个程序实施巡回扫描。在泥屑气力输送系统设计中，应用可编制控制器优化电气控制系统，可确保泥屑的推送效率，在保障高效率作业的同时，为后续的钻孔施工提供重要支撑，夯实市政道路施工的基础[5]。

PLC控制模块在具体使用中，需结合施工现场的不同需求，对控制器的硬件结构合理选型，并明确控制指令系统的差异，利用PLC加强对道路钻孔施工的管理。为达到理想的控制效果，提高钻孔作业期间泥屑的输送质量，需要结合钻孔设备的机械动作原理，明确各类逻辑动作关系，掌握不同控制模块的计数关系和互锁关系等，借此保障控制的有效性。最好的方法是绘制梯形图，提升控制系统工作效率。除此之外，为了使每个气缸性能得到优化，其活塞杆伸出和退回可以满足技术要求，确保相关动作有足够的反应和准备时间，可以在电气系统控制优化工作中给每个动作设置延时，利用延时的设置保障控制动作的精确性。延时可暂都用10 s，如果在实操中发现初始设置的延时时间不够或多余的话，可依据具体的泥屑输送要求灵活调整。

4.2.4  管道隔声降噪措施

气力输送系统噪声源主要包括2个方面，一方面是真空泵运行过程中设备产生的噪声，另一方面是管道输送过程中产生的噪声。噪声污染会威害人体健康，相关研究者在噪声控制方面做出了不懈的努力，现如今噪声控制技术得到了一定的发展。气力输送系统中的真空泵和施工生产现场距离较远，所以通常不会对施工人员及周围居民产生较大的危害。输送管道需要在生产现场设置，其产生的噪声会严重威胁施工队伍的身心健康。为此，针对输送管道可以采取如下隔声降噪措施：第一，用高阻尼复合隔声板包裹输送管道外壁，中间填充聚酯纤维棉。第二，使用约束层、阻尼层、基层组成的高阻尼隔声板进行处理，阻尼材料中结合应用沥青基体、树脂基体、橡胶基体材料，提高阻尼隔声板阻隔噪声的效果。

5  结论

综上所述，目前市政道路施工的标准提升，传统的明挖法已经不合时宜。为保障市政道路的建设质量，规避对周围管线的影响，一种非开挖的钻孔技术手段正在大范围推广。在非开挖的钻孔施工中，泥屑的输送是重点的内容，为确保施工中泥屑的输送效率，降低钻孔堵塞的概率，现实中可基于气力输送原理完善泥屑的输送系统，借助压送罐设计、使用拉伐尔管射流器及电气系统设计优化，保障实际的泥屑输送效果，为后续市政道路非开挖钻孔施工夯实基础。

参考文献：

[1] 李国芝.市政道路施工中绿色施工技术的应用与发展研究[J].城市建设理论研究（电子版），2023（22）：190-192.

[2] 王淑慧.市政道路工程施工管理和质量控制[J].城市建设理论研究（电子版），2023（17）：190-192.

[3] 湖北江汉利达石油物资装备有限公司.一种钻井泥浆钻屑处理系统：CN202211380665.0[P].2023-04-04.

[4] 徐金鉴.非开挖钻孔新型碎泥屑钻头力学模型使用研究[J].世界有色金属，2020（6）：206，208.

[5] 赵根林，芮延年，廖黎黎，等.基于仿生原理的小型非开挖钻孔泥屑输送技术[J].地下空间与工程学报，2020，11（5）：1266-1270.