長(zhǎng)距離泥水平衡頂管施工工法_圖文

1、長(zhǎng)距離泥水平衡頂管施工工法(編號(hào):SZJXGF28-2008完成單位:深圳市市政工程總公司主要完成人:李勁松、劉正雄、高俊合、黃銳文、陳德貴1.前言現(xiàn)代化城市的發(fā)展離不開(kāi)市政管道的建設(shè),越來(lái)越多的深埋設(shè)管道、過(guò)路管道、穿越建筑物的管道、舊城市政改造工程采用頂管施工技術(shù),以減少拆遷的工程量,減少施工對(duì)交通的影響,減少施工對(duì)周圍居民、行人的影響。頂管工程施工一般是將整個(gè)頂管工程分成若干段進(jìn)行,在最佳施工條件下,普通頂管法的一次頂進(jìn)長(zhǎng)度為100米左右。但是在城市干管施工中,或管線需要穿越大型建筑群或河道時(shí),普通頂管法的一次頂進(jìn)長(zhǎng)度就不足以頂完全程。因此,需要完善長(zhǎng)距離頂管技術(shù)。長(zhǎng)距離泥水平衡頂管施工

2、工法就是利用泥水平衡原理通過(guò)設(shè)置中繼站、采取泥漿觸變減阻等措施達(dá)到一次頂管頂進(jìn)長(zhǎng)度在200m以上。2.工法特點(diǎn)如下圖所示: 其特點(diǎn)有:1采取全封閉式頂進(jìn),可有效的保持挖掘面的穩(wěn)定,對(duì)管道周圍的土體擾動(dòng)小,能很好的控制地面沉降;2與其它類型頂管相比,泥水平衡頂管施工的總推力較小,適宜較長(zhǎng)距離頂管;3工作井內(nèi)的作業(yè)環(huán)境好,頂管自動(dòng)控制,管內(nèi)不用人員作業(yè),安全性高;4由于采用泥水管道輸送棄土,不存在吊土,搬運(yùn)土方等容易發(fā)生危險(xiǎn)的作業(yè);5由于泥水輸送棄土的作業(yè)連續(xù)進(jìn)行,故其施工速度快,能有效保證工期。6污染小,噪音小,環(huán)保。采用泥水管道輸送棄土,并經(jīng)泥水處理系統(tǒng)處理后再進(jìn)行棄土,環(huán)境污染小。7節(jié)約工時(shí)

3、,提高工效。8施工工藝簡(jiǎn)單,標(biāo)準(zhǔn)化、程序化,便于施工控制和管理。9頂進(jìn)長(zhǎng)度一次可達(dá)200m以上。10泥水加壓平衡工具管與其他工具管相比,具有平衡效果好,結(jié)構(gòu)緊湊,技術(shù)先進(jìn),由于出土方式是用水力機(jī)械化連續(xù)出土,所以頂進(jìn)速度快,對(duì)土質(zhì)的適應(yīng)性強(qiáng)。無(wú)論是粘性土還是砂性土,均能收到良好的效果。3.適用范圍1.各種土壤條件:能適用于地下水壓力高、非堅(jiān)硬的的地層條件,如砂質(zhì)土、粘土等;不適合強(qiáng)風(fēng)化巖、花崗巖的土層。2.管徑:DN600DN3000。3.適用管材:鋼筋混凝土管、鋼管、玻璃鋼夾砂管等常用頂管管材。4.工作原理泥水平衡式頂管機(jī)中,刀盤與主軸之間有一個(gè)偏心距e,而中心刀、刀排、切削刀頭與主軸是同心

4、的。所以,假設(shè)刀頭切削下來(lái)的強(qiáng)風(fēng)化砂巖的顆粒較大,不會(huì)直接進(jìn)入泥水倉(cāng),大顆粒的石塊在破碎腔內(nèi)被破碎成,比隔柵孔小的顆粒,才能通過(guò)隔柵進(jìn)入泥水倉(cāng)。這樣,使排泥管不會(huì)被堵塞。利用水槍,將土層的強(qiáng)度降低,含水量增大,以利用旋轉(zhuǎn)刀盤上的刀片將土層切割成為泥漿。泥水平衡頂管機(jī)施工以泥水平衡原理為基本,通過(guò)改變泥水倉(cāng)的送、排泥水量和頂進(jìn)速度來(lái)控制排土量,使泥水倉(cāng)內(nèi)的泥水壓力值穩(wěn)定并控制在所設(shè)定的范圍之內(nèi),從而達(dá)到開(kāi)挖面的穩(wěn)定。通過(guò)在管壁外壓注觸變泥漿,形成一定厚度的泥漿套,使頂管在泥漿套中頂進(jìn),以減少阻力。中繼間接力頂進(jìn),也就是在管道中間設(shè)置中繼環(huán),分段克服摩擦阻力,從而解決頂力不足的問(wèn)題。中繼間的千斤頂

5、組在高壓油路的作用下,以其后管道為后座支承點(diǎn),將其前段管道向前推進(jìn),采用這種方法,將管道分段逐次推進(jìn),從而實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離頂管。通過(guò)激光導(dǎo)向,計(jì)算機(jī)指導(dǎo)糾偏施工,確保頂進(jìn)線路與高程準(zhǔn)確。5.工藝流程與操作要點(diǎn)5.1長(zhǎng)距離泥水平衡式頂管工藝流程: 5.2施工方案編制泥水平衡頂管施工前應(yīng)編制詳細(xì)的施工組織設(shè)計(jì),其中施工方案應(yīng)包括如下內(nèi)容:重點(diǎn)是頂管機(jī)頭選型及各類設(shè)備的規(guī)格、型號(hào)及數(shù)量重點(diǎn)是頂進(jìn)方法的選用和頂管段單元長(zhǎng)度的確定,中繼段的劃分與減阻措施,方向控制方案。重點(diǎn)是下管、挖土、運(yùn)土或泥水排除的方法5.3平面布置測(cè)量出土管節(jié)在工作井兩側(cè)伸出長(zhǎng)度500mm 注入觸變泥漿減阻管道頂進(jìn)前檢查: 1、設(shè)備全部

6、試運(yùn)轉(zhuǎn); 2、設(shè)備在軌道坡度高程; 3、洞口密封情況; 4、制定開(kāi)封堵措施。室、倉(cāng)庫(kù)、配電間、冷作間等。布局要合理,環(huán)境整潔、衛(wèi)生,并有專職人員進(jìn)行管理。工作井井內(nèi)布置主要是后靠背、導(dǎo)軌、主頂油缸、油泵動(dòng)力站、鋼制扶梯等。5.4工作井(接收井制作工作井可采用沉井法施工,如遇地下水較豐富,在沉井施工前可設(shè)置雙排攪拌樁止水帷幕。工作井寬:W=D+(2.43.2mD:被頂進(jìn)管子外徑(m工作井長(zhǎng):L=L1+L2+L3+L4+L5L1:管子頂進(jìn)后,尾端壓在導(dǎo)軌上的最小長(zhǎng)度,混凝土管一般取0.3mL2:每節(jié)管子的長(zhǎng)度(mL3:出土工作間隙,根據(jù)出土工具確定,一般為1.01.5mL4:千斤頂長(zhǎng)度L5:后背所

7、占工作井厚度1(*fw f s P G T K G =式中G1:需加荷載Ks:1.15T f : 沉井井壁外側(cè)的總磨擦阻力P fw :地下水浮托力工作井(接收井采取兩次澆筑成型的方式制作,即刃腳混凝土澆震憾這到一定強(qiáng)度后,再澆筑上部混凝土井壁,每次澆筑均須連續(xù)施工,不留施工縫。1.做好鋼模板設(shè)計(jì)計(jì)算,確保沉井筒體大體積混凝土施工安全。2.腳手架搭設(shè)、鋼筋籠制作安裝、模板安裝均應(yīng)符合規(guī)范要求,特別應(yīng)注意對(duì)拉螺栓定位準(zhǔn)確與沉井平面位置準(zhǔn)確。3.沉井下沉必須保持垂直,可根據(jù)地質(zhì)狀況采取不排水挖土下沉、鉆吸排土法下沉和帶水下沉等方法。4.沉井排土地下沉中,應(yīng)加強(qiáng)觀測(cè),如下沉困難,及時(shí)采取措施。5.5洞

8、口密封止水出洞前,為防止洞口處的水土沿工具管外壁與洞門的間隙涌入工作井,首先在管子頂進(jìn)前方的坑內(nèi),澆注一道前止水墻,墻體可由級(jí)配較高的素混凝土構(gòu)成,其寬度為2.05.0m,厚度約為0.30.5m,高度約為 1.54.5m。然后再在前止水墻的預(yù)留孔內(nèi)安裝橡膠止水圈。洞口止水圈的構(gòu)造是由混凝土前止水墻、預(yù)埋螺栓、鋼壓環(huán)及橡膠圈組成。在頂進(jìn)施工過(guò)程中又可防止減摩泥漿從此處流失,保證泥漿套的完整,以達(dá)到減少頂進(jìn)阻力的效果。本工程頂管機(jī)出洞洞口外側(cè)主要為砂質(zhì)土、粘土,在封門拔除過(guò)程中土體易因其流塑性而發(fā)生坍方事故。應(yīng)確保頂管快速、順利出洞,防止洞口外側(cè)土體涌入井內(nèi)。5.6后靠墻在工作坑內(nèi),后坐墻是承受和

9、傳遞全部頂力的基礎(chǔ),必須具有足夠的強(qiáng)度和剛度,并有足夠的安全度。后靠墻內(nèi)配14120雙向鋼筋,砼標(biāo)號(hào)為C25,待砼強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的75%方可頂進(jìn)。后背墻的受力分析 反力R應(yīng)為總推力F的1.21.6倍,以確保安全。R=aB(H2K P/2+2cHK P+hHK P式中:R-總推力之反力(kn-系數(shù)(取1.5B-后座墻的寬度(m-土的容重(KN/m319KN/m3H-后座墻的高度(mK P-被動(dòng)土壓系數(shù)為tg2(450+/2(=400c-土的內(nèi)聚力(取200kPah-地面到后座墻頂部土體的高度(m5.7頂力估算頂力計(jì)算是頂管的關(guān)鍵,依據(jù)我司研究的如計(jì)算式計(jì)算:F=F1十F2 (5.7式中F-總頂

10、力Fl-迎面阻力F2-頂進(jìn)摩阻力Ko-靜止土壓力系數(shù),一般取0.55Ho-地面至掘進(jìn)機(jī)中心的厚度-土的濕重量,取1.9t/m3D-管外徑式中:P-表示泥水艙管道基準(zhǔn)面泥漿壓力;Pw-表示相對(duì)于管道基準(zhǔn)面地下水壓力;P-表示泥水艙建立高于地下水壓力,一般設(shè)為20Kpah-地下水位相對(duì)管底基準(zhǔn)面水頭高度粘土層中,由于基滲透系數(shù)極小,無(wú)論采用的是泥水還是清水,在較短時(shí)間內(nèi),都不會(huì)產(chǎn)生不良狀況,這時(shí)在頂進(jìn)過(guò)程中應(yīng)考慮以土壓力作為基礎(chǔ)。在較硬的粘土中,土層相對(duì)穩(wěn)定,這時(shí),即使采用清水而不用泥水,也不會(huì)造成挖掘面失穩(wěn)現(xiàn)象。然而,在較軟的粘土中,泥水壓力大于其主動(dòng)土壓力,從理論上講是可以防止挖掘面失穩(wěn)的。但

11、實(shí)際上,即使在靜止土壓力范圍內(nèi),頂進(jìn)停止時(shí)間過(guò)長(zhǎng),也會(huì)使挖掘面失穩(wěn),從而導(dǎo)致地面下陷。這時(shí)應(yīng)適當(dāng)提高泥水壓力。式中:D管外徑;f一管外表面平均綜合摩阻力,一般為512KPa,采用觸變泥漿減阻時(shí)可以取為8KPa。L頂距。5.8中繼站設(shè)置估算中繼站設(shè)置由總頂力決定,滿足以下一個(gè)條件時(shí)應(yīng)設(shè)置中繼站:1.在總頂力大于主頂液壓裝置時(shí);2.在總頂力管子允許的軸向力時(shí);3.在總頂力大于以及沉井后座最大土抗力時(shí)。根據(jù)經(jīng)驗(yàn),在頂管管徑D<1000mm時(shí),應(yīng)著重考慮管子的允許軸向力;而在D1000mm時(shí),則應(yīng)著重考慮后座最大土抗力。根據(jù)主頂液壓裝置,中繼間的最大推力,管子允許的軸向力以及沉井后座最大土抗力以

12、后,可以確定控制頂力F控。按公式6-6,管道周邊摩阻力F2=×D×L×f根據(jù)經(jīng)驗(yàn),在1號(hào)中繼環(huán)以前,可取f=1.2t/m2,在1號(hào)中繼環(huán)以后,取f=0.6t/m2 ,2號(hào)中繼環(huán)以后,取f=0.4t/m21.1#中繼環(huán)前長(zhǎng)度2.其余各段分段長(zhǎng)度為:在實(shí)際施工過(guò)程,應(yīng)根據(jù)頂進(jìn)施工所獲得的數(shù)據(jù)計(jì)算管節(jié)外壁和周圍土體的摩阻力。并根據(jù)計(jì)算結(jié)果,結(jié)合以往的施工經(jīng)驗(yàn),對(duì)中繼間的位置作了適當(dāng)調(diào)整,以盡量減少中繼間的投入,并能確保頂進(jìn)的順利進(jìn)行。5.9觸變泥漿減阻泥漿潤(rùn)滑減摩劑又稱觸變泥漿,是由膨潤(rùn)土、CMC(粉末化學(xué)漿糊、純堿和水按一定比例配方組成。不同的土質(zhì),應(yīng)采用不同的配方,

13、才能滿足不同的需要。觸變泥漿配比,根據(jù)不同土質(zhì)和某些特定的需要通過(guò)試驗(yàn)確定。觸變泥漿可按如下標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置:減阻泥漿采用觸變泥漿,該漿液性能穩(wěn)定,且有良好的觸變性,又有一定的稠度(漿液配比見(jiàn)下表。膨潤(rùn)土 水 純堿 CMS100 600 3.5 1.5 膨潤(rùn)土的貯藏及漿液配制、攪拌、膨脹時(shí)間,聽(tīng)取供應(yīng)商的建議但都必須按照規(guī)范進(jìn)行,使用前必須先進(jìn)行試驗(yàn)。一般性能見(jiàn)下表:膨潤(rùn)土 純堿 摻加藥劑 漏斗粘度視粘度CP失水量ml終應(yīng)力比重 穩(wěn)定性14% 5 Cms l19”221 12.6 80 1.048 00.0011.對(duì)砂性土,含水量高,滲透性強(qiáng)時(shí),采用漿液的粘度要高,失水量要小,并對(duì)土層要起一定支承作用

14、。頂管出洞后管節(jié)周圍能迅速形成泥漿環(huán)套。2.對(duì)粘性土,采用的漿液相對(duì)要小些。注漿主管采用50mm鋼管,從泥漿站直通機(jī)頭,主管沿線每間隔9m,設(shè)一個(gè)三通連接注漿支管,每條支管采用25mm橡膠管,沿頂管橫斷面弧形布置,支管上設(shè)34個(gè)三通,連接管壁上預(yù)留的注漿孔。頂管過(guò)程中,應(yīng)專人控制、交替打開(kāi)注漿孔閥門,不斷地向管外壁注漿。機(jī)頭尾端要緊隨管道頂進(jìn)同步壓漿,后方各注漿點(diǎn)位必須跟蹤補(bǔ)漿。1.儲(chǔ)漿池內(nèi)的觸變泥漿由地面上的壓漿泵通過(guò)管路壓送至管道內(nèi)的壓漿總管,并到達(dá)連通各壓漿孔的軟管內(nèi),通過(guò)控制壓漿孔球閥來(lái)控制壓漿。3.注漿量可視具體頂進(jìn)過(guò)程中摩阻力變化而采取勤注調(diào)整。4.在地面壓漿泵的出口處,裝置壓力表

15、,便于觀察和調(diào)節(jié)、控制壓漿的壓力。在頂進(jìn)距離長(zhǎng),一次壓漿無(wú)法到位,需要接力輸送。為此在管道內(nèi)設(shè)置泥漿接力站,每隔200300m 設(shè)一站,解決了頂進(jìn)時(shí)同步跟蹤壓漿和沿線補(bǔ)壓漿的難點(diǎn)。頂進(jìn)施工中,減阻泥漿的用量主要取決于管道周圍的空隙的大小及周圍土層的特性,由于泥漿的流失及地下水等的作用,泥漿的實(shí)際用量要比理論用量大得多,一般可達(dá)到理論值的45倍,但在施工中還要根據(jù)土質(zhì)情況、頂進(jìn)狀況、地面沉降的要求等做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。5.10正常頂進(jìn)正常頂進(jìn)工藝流程見(jiàn)下圖。注漿泵 注漿5.11關(guān)鍵技術(shù)1.機(jī)頭配有主頂速度檢測(cè)儀、頂管機(jī)本體傾斜儀等可對(duì)頂進(jìn)速度、機(jī)頭旋轉(zhuǎn)、水平傾角自動(dòng)進(jìn)行測(cè)量,隨時(shí)進(jìn)行方向糾偏2.在頂進(jìn)

16、過(guò)程中,經(jīng)常對(duì)頂進(jìn)軸線進(jìn)行測(cè)量,檢查頂進(jìn)軸線是否和設(shè)計(jì)軸線相吻合。在正常情況下,每頂進(jìn)1節(jié)混凝土管節(jié)測(cè)量1次,在出洞、糾偏、到達(dá)終點(diǎn)前,適當(dāng)增加測(cè)量次數(shù)。施工時(shí)還要經(jīng)常對(duì)測(cè)量控制點(diǎn)進(jìn)行復(fù)測(cè),以保證測(cè)量的精度。3.隨著頂進(jìn)距離的不斷增長(zhǎng),軸線偏差測(cè)量需接站觀測(cè),從而產(chǎn)生接站誤差。4.指示軸線在頂進(jìn)工程中,必須利用聯(lián)系三角形法定期進(jìn)行復(fù)測(cè),以保證整個(gè)頂進(jìn)軸線的一致頂管工種:頂管機(jī)機(jī)械工兼測(cè)量工泥漿工 電工 電焊工 起重工 雜工 頂管管內(nèi)管道:A 電纜管B 觸變泥漿管C 進(jìn)泥漿管D 出泥漿管E 信號(hào)線F 油管性。5.為了較好地解決測(cè)量用時(shí)問(wèn)題,要盡可能減少測(cè)量接站數(shù)。工具管出洞后的軸線方向與姿態(tài)的正

17、確與否,對(duì)以后管節(jié)的頂進(jìn)將起關(guān)鍵的作用。實(shí)現(xiàn)管節(jié)按頂進(jìn)設(shè)計(jì)軸線頂進(jìn),做好頂進(jìn)軸線偏差的控制和糾偏量的控制是關(guān)鍵,要認(rèn)真對(duì)待,及時(shí)調(diào)節(jié)工具管糾偏千斤頂和中繼間千斤頂,使其能持續(xù)控制在軸線范圍內(nèi)。要嚴(yán)格按實(shí)際情況和操作規(guī)程進(jìn)行,勤出報(bào)表、勤糾偏,每次糾偏角度不得大于0.22°。即嚴(yán)格控制工具管大幅度糾偏造成頂進(jìn)困難、管節(jié)剪切破裂。1.頂管引起地層形變的主要因素有:1工具管開(kāi)挖面引起的地層損失,2工具管糾偏引起的地層損失3工具管后面管道外周空隙因注漿填充不足引起的地面損失,管道在頂進(jìn)中與地層摩擦而引起的地層擾動(dòng)4管道接縫及中繼間滲漏而引起的地層損失。2.在頂管施工中可采取如下措施:1及時(shí)調(diào)

18、整土壓平衡值根據(jù)不同土質(zhì)、覆土深度和地面沉降的情況,配合測(cè)量報(bào)表的分析,及時(shí)調(diào)整土壓平衡值,同時(shí)要求坡度保持相對(duì)的平穩(wěn),控制糾偏量,減少對(duì)土體的擾動(dòng)。2調(diào)整注漿壓力和注漿量根據(jù)頂進(jìn)速度,控制出土量和地層變形的信息數(shù)據(jù),及時(shí)調(diào)整注漿壓力和注漿量,從而將軸線和地層變形控制在最佳的狀態(tài)。1.頂管機(jī)姿態(tài)的復(fù)核測(cè)量工具管進(jìn)入接收井前需進(jìn)行貫通測(cè)量復(fù)核,復(fù)核時(shí)應(yīng)測(cè)量頂管機(jī)所處方位,用以確認(rèn)頂管狀態(tài)、評(píng)估工具管出洞時(shí)姿態(tài),擬定工具管進(jìn)洞的施工軸線,使工具管在此階段的旌工中始終按預(yù)定的方案實(shí)施,以良好的姿態(tài)進(jìn)洞,使其正確無(wú)誤地進(jìn)入接收井內(nèi)。當(dāng)工具管逐漸靠近洞口時(shí),必須控制好頂進(jìn)時(shí)的土壓力,在工具管切口距接收井11.5m時(shí),停止頂管頂進(jìn)。并盡可能降低切口正面的土壓力。2.頂管機(jī)出洞在接收井封門被破壞后工具管應(yīng)迅速、連續(xù)頂進(jìn)管節(jié),盡快縮短工具管進(jìn)洞時(shí)間。工具管整體進(jìn)洞后應(yīng)盡快把工具管和混凝土管節(jié)分離,并把管節(jié)和接收井的接頭按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行處理,減少水土流失。