泥水平衡頂管施工工法

1、泥水平衡頂管施工工法工藝原理1.泥水平衡頂管機(jī)工作原理泥水平衡頂管機(jī)施工以泥水平衡原理為基本，通過改變泥水倉的送、排泥水量和頂進(jìn)速度來控制排土量，使泥水倉內(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)到開挖面的穩(wěn)定。2.泥水平衡功能泥水平衡輸送系統(tǒng)有兩項主要功能，一是通過泥水來平衡頂管機(jī)施工時土體和地下水對其產(chǎn)生的壓力，穩(wěn)定開挖面，其二是將刀盤切削下來的土體在泥水倉內(nèi)進(jìn)行混合后，將其由經(jīng)過泥水管路輸送到地面。圖1中右側(cè)為泥水平衡頂管機(jī)。正常頂進(jìn)過程，MV1閥、MV2閥打開，MV3閥關(guān)閉。泥水由泵經(jīng)送泥管送入，與進(jìn)入泥水倉的切削土混合后，通過排泥泵經(jīng)排泥管送至地面。同時送入的泥水需在泥水倉內(nèi)

2、建立一定的泥水壓力，此壓力需比頂管機(jī)處的土層的地下水壓力高Ap,通常為0.0150.02MPa頂管機(jī)上部的泥水平衡壓力是P3,底部的泥水平衡壓力是自。如果設(shè)丫w為清水比重，丫為泥水比重，則有如下關(guān)系式：Pi=TwXh2P2=ywX(h2+Ah)P3=TwXhlP4=YwX(h1+Ah)P5=P4+丫xh=ywX(hi+Ah)+丫xh3圖1泥水平衡原理Pl-頂管機(jī)頂部的地下水壓力，P-頂管機(jī)頂部的泥水壓力，P3-基準(zhǔn)面上的地下水壓力，P4-基準(zhǔn)面上地下水壓力R+Ap的水壓力，P5-頂管機(jī)內(nèi)泥水壓力與地下水壓力相加的壓力。泥水平衡頂管機(jī)通常在DEBC梯形壓力區(qū)域內(nèi)工作。在設(shè)定泥水控制壓力時，取泥水

3、倉頂部和底部壓力和平均值，即：T3.泥水控制原理泥水平衡控制運用調(diào)節(jié)器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)（調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速和控制閥開度）與被控制對象構(gòu)成閉環(huán)負(fù)反饋。根據(jù)被控參數(shù)的測量值與給定值之間的偏差，PID調(diào)節(jié)規(guī)律，對執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制，以達(dá)到泥水平衡控制目的。在停上掘進(jìn)狀態(tài)，用切口泥水壓調(diào)節(jié)器控制CV閥開度或Ph泵轉(zhuǎn)速，使切口水壓達(dá)到設(shè)定值。在“旁路”狀態(tài)，切口水壓調(diào)節(jié)器根據(jù)控制Pi泵的轉(zhuǎn)速，使送泥水壓達(dá)到設(shè)定值。在掘進(jìn)狀態(tài)，切口水壓調(diào)節(jié)器根據(jù)測得的切口水壓與設(shè)定值進(jìn)行比較，如果泥水倉壓力大于設(shè)定值，則切口水壓調(diào)節(jié)器輸出值降低，Pi泵轉(zhuǎn)速下降，進(jìn)入泥水倉的送泥水量減少，使泥水倉壓力降低，反之亦然。同時切口水壓調(diào)節(jié)器與

4、送泥水壓調(diào)節(jié)器的輸出值互為跟蹤，是解決過渡狀態(tài)轉(zhuǎn)換的擾動，一旦轉(zhuǎn)換完成，切口水壓調(diào)節(jié)器屏蔽跟蹤信號，送泥水壓調(diào)節(jié)器僅起信號傳送作用。在掘進(jìn)狀態(tài)，排泥水密度的變化將導(dǎo)致排泥水流量的變化，這種變化會增加切口水壓調(diào)節(jié)器的泥水平衡控制負(fù)擔(dān)。因此，由排泥水流量調(diào)節(jié)器穩(wěn)定排泥水流量，起到間接控制泥水平衡的作用。排泥水流量調(diào)節(jié)器控制P2泵的轉(zhuǎn)速，使排泥水流量達(dá)到設(shè)定值。四、工藝流程及操作要點工程開始測量放樣操作要點：1. 測量放線頂管工作坑使用的中心和水準(zhǔn)點,要引入坑下的牢固地點.為確保工程質(zhì)量,必須對中心及高程嚴(yán)格控制.測量的方法（ 1）通視條件下的測量使用交匯法引工作坑及接收坑預(yù)留洞口中心至各自的坑壁。

5、置經(jīng)緯儀至A點，后視B點，作BA直線的延長線，并在工作坑后部定出一點C。保證C、A、B在一條軸線上，置經(jīng)緯儀在C點上，后視A點，在工作坑井壁上定出一點A',置激光經(jīng)緯儀基座于井下D點，并抄平固定激光經(jīng)緯儀架，置經(jīng)緯儀于A點，后視B點，在激光經(jīng)緯儀器架上定出D點，D點同A'、AB點在豎直方向上成一直線，安裝激光經(jīng)緯儀于儀器架上，對中D點，后視A'點，依設(shè)計軸線打好角度，既可定出軸線。（ 2）不通視條件下的測量引出A、B兩點后可根據(jù)導(dǎo)線法以及平移法定出C、D、A'，其余步驟同通視條件下測量定位。2. 工作坑作法（ 1）主工作坑外側(cè)做雙排水泥攪拌樁止水帷幕，防止因排除

6、地下水而形成的沉降。水泥攪拌樁樁長12ml樁徑70cmi咬合20cmi咬合形成止水帷幕。后背采用密排36#工字鋼樁，樁長12m其它三側(cè)采用36#工字鋼打間隔樁，樁與樁間隔0.8m。工作坑采用人機(jī)配合開挖，工作坑內(nèi)用36#工字鋼橫向焊二道支撐框架，每道支撐由兩根工字鋼組成，四角用36#工字鋼與框架焊牢，以確保工作坑支撐牢固。挖至1m做第一道支撐框架，挖至管頂上40cm做第二道支撐框架。（2）主工作坑基礎(chǔ)做法：底板澆筑C10混凝土，厚100mm,基礎(chǔ)內(nèi)預(yù)埋鐵板，規(guī)格：20cmx30cm,共16塊，具上焊接滑道。（ 3）副坑外側(cè)打雙排水泥攪拌樁止水帷幕，內(nèi)側(cè)采用36#工字鋼打間隔樁，樁與樁間隔0.8

7、m。工作坑加固做法同主坑。工作坑采用人機(jī)配合開挖，工作坑內(nèi)用36#工字鋼焊二道支撐框架，四角用36#工字鋼與框架焊牢，以確保工作坑支撐牢固(見示意圖一)。挖至1m做第一道支撐框架，挖至管頂上40cm做第道支撐框架，決不允許超挖后作框架。（ 4)主、副工作坑排水措施工作坑內(nèi)對角設(shè)直徑0.5m>71m集水井兩座，井內(nèi)設(shè)水泵抽水，坑內(nèi)四周設(shè)30cm<30cmffi水溝，1喊度流向集水井。（ 5)工作坑尺寸計算工作坑寬：W=D+2.43.2)mD:被頂進(jìn)管子外徑(項工作坑長：L=Li+L2+L3+L4+L5Li：管子頂進(jìn)后，尾端壓在導(dǎo)軌上的最小長度，混凝土管一般取0.3mL2：每節(jié)管子的長

8、度(mL3：出土工作間隙，根據(jù)出土工具確定，一般為1.01.5mL4：千斤頂長度L5：后背所占工作坑厚度3.洞口密封止水頂管過程中，無論是管子從工作坑中出洞還是在接收坑中進(jìn)洞，管子與洞口之間都必須留有一定的間隙。此間隙如果不把它封住，地下水和泥砂就會從該問隙中流到工作坑內(nèi)，會造成洞口上部地表的塌陷，甚至?xí)斐墒鹿?，殃及周圍的建筑物和地下管線的安全。因此，頂管過程中洞口止水是一個不容忽視的環(huán)節(jié)，必須認(rèn)真、仔細(xì)地做好此項工作。工作坑中，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1.5洞口止水圈的構(gòu)造是由混4.

9、5m。然后再在前止水墻的預(yù)留孔內(nèi)安裝橡膠止水圈凝土前止水墻、預(yù)埋螺栓、鋼壓環(huán)及橡膠圈組成。4.后靠墻在工作坑內(nèi)，后坐墻是承受和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)配小1412眼向鋼筋，碎標(biāo)號為C25,待碎強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度的75%T可頂進(jìn)。后背墻的受力分析潮濕程度類別0<Sr<0.5（稍濕）0.5<Sr<0.8（很濕）0.8<Sr<1（飽和）種植土400300350250淤泥350200150亞砂土、亞粘土、粘土400450300350200250反力R應(yīng)為總推力F的1.21.6倍，以確保安全R=aB（YH2Kp/2+2cH

10、VKp+ThHK）式中：R-總推力之反力（kn）a-系數(shù)（取1.5）b-后座墻的寬度（m>Y-土的容重（KN/rm）19KN/mH-后座墻的高度（mi）Kp-被動土壓系數(shù)為tg2(450+8/2)(9=400)c-土的內(nèi)聚力(取200kPa)h-地面到后座墻頂部土體的高度(m5、導(dǎo)軌安放基坑導(dǎo)軌時，其前端靠近洞口，左右兩邊用槽鋼支撐，在底板上預(yù)埋好鋼板的情況下，導(dǎo)軌和預(yù)埋鋼板焊接在一起，導(dǎo)軌的水平狀態(tài)與所設(shè)計的管子坡度相一致?；訉?dǎo)軌鋪設(shè)應(yīng)注意管線軸線、導(dǎo)軌標(biāo)高和導(dǎo)軌支撐穩(wěn)定性幾個方面的問題。(1)管線軸線：根據(jù)管線軸線測量結(jié)果，鋪設(shè)軌道時，將軌道中線與管線軸線重合。(2)管線標(biāo)高：由于

11、采用的是復(fù)合型軌道，因此鋪設(shè)軌道時必須了解軌道的基本結(jié)構(gòu)。復(fù)合型軌道詳見下圖：導(dǎo)軌傾斜面是與管子接觸的。設(shè)計時，導(dǎo)軌上水平面與鋼筋混凝土管內(nèi)底標(biāo)高在一個水平面，因此在鋪設(shè)導(dǎo)軌時，根據(jù)設(shè)計測得的管內(nèi)底標(biāo)高以調(diào)整導(dǎo)軌標(biāo)高即可。導(dǎo)軌與井底的間隙應(yīng)用鋼板墊牢或用混凝土澆注，不宜用木板找平。(3)當(dāng)導(dǎo)軌標(biāo)高和軸線確定好后，即可進(jìn)行導(dǎo)軌的支撐。由于導(dǎo)軌在頂管頂進(jìn)時，不允許位移，因此支撐必須穩(wěn)固，一般在導(dǎo)軌與工作井井壁間用多根型鋼支撐，同時把型鋼與導(dǎo)軌焊牢。6 .穿墻從打開封門，將掘進(jìn)機(jī)頂出工作井外，這一過程稱為穿墻。穿墻是頂管施工中的一道重要工序，因為穿墻后掘進(jìn)機(jī)方向的準(zhǔn)確與否將會給以后管道的方向控制和井

12、內(nèi)管節(jié)的拼裝工作帶來影響。穿墻時，首先要防止井外的泥水大量涌入井內(nèi)，嚴(yán)防塌方和流沙。其次要使管道不偏離軸線，頂進(jìn)方向要準(zhǔn)確。(1)防止泥水涌入坑內(nèi)的措施：為防止坑外泥水涌入坑內(nèi)，用鋼板樁加雙排水泥攪拌樁止水帷幕進(jìn)行維護(hù)圍護(hù)-cEOcWOc。(2)當(dāng)掘進(jìn)機(jī)準(zhǔn)備出洞時，應(yīng)先破除磚封門并將雜物清理干凈，將掘進(jìn)機(jī)刃進(jìn)工作井井壁中，當(dāng)止水橡膠法蘭與掘進(jìn)機(jī)充分結(jié)合后，撥除鋼板樁。鋼板樁撥除數(shù)量一定要與實際數(shù)量相符，否則導(dǎo)致頂管掘進(jìn)機(jī)的損壞。(3)頂管出洞時，掘進(jìn)機(jī)要調(diào)零。(4)要防止掘進(jìn)機(jī)穿墻時下跌。下跌的原因一是穿墻初期，因入土較少，掘進(jìn)機(jī)的自重僅由兩點支承，其中一點是導(dǎo)軌，另一點是入土較淺的土體。這時

13、作用于支撐面上的應(yīng)力很可超過允許承載力，使掘進(jìn)機(jī)下跌；二是工作井下沉?xí)r擾動洞口土體且掘進(jìn)機(jī)較重。為防止掘進(jìn)機(jī)下跌，可采取土體加固、加延伸導(dǎo)軌、保留洞口下部預(yù)留縫隙的磚墻、頂力合力中心低于管中心(約R/5-R/4)或?qū)⑶安抗茏?一般3節(jié)左右)同掘進(jìn)機(jī)用連接件連接成整體，同時掘進(jìn)機(jī)頭亦可抬高一些。(5)防止掘進(jìn)機(jī)和前幾節(jié)管子后退。產(chǎn)生這種現(xiàn)象主要是因為掘進(jìn)機(jī)的主頂面上主動土壓力大于掘進(jìn)機(jī)和管子的周邊摩阻力和它們與導(dǎo)軌間摩阻力的總和。一般采取在主頂油缸回縮前，用螺旋出土機(jī)部分土適當(dāng)卸壓，或在洞口兩側(cè)安裝手拉的產(chǎn)拉住，或用木(鋼)柱將管子頂住，使其不向后退。7 .泥水系統(tǒng)的安裝泥漿池應(yīng)盡量靠近工作坑邊

14、，可采用并聯(lián)法，見圖：泥漿池盡量靠近工作坑邊，可以減少排泥管路過長而且產(chǎn)生的管路摩阻力，沉石箱的配置可沉淀塊狀物，防止塊狀物直接進(jìn)入排泥泵引起排泥泵堵塞和損壞。注漿系統(tǒng)應(yīng)盡量使用螺桿泵以減少脈動現(xiàn)象，漿液應(yīng)保證攪拌均勻，系統(tǒng)應(yīng)配置減壓系統(tǒng)，在泵出品處1米外以及機(jī)頭注漿處各安裝一只隔膜式壓力表。8 .注漿減摩長距離頂管施工中，頂力控制的關(guān)鍵是最大限度地降低頂進(jìn)阻力，而降低頂進(jìn)阻力最有效的方法是進(jìn)行注漿。注漿使管周外壁形成泥漿潤滑套，從而降低了頂進(jìn)時的摩阻力。注漿程序：必須遵守“先壓后頂，隨頂隨壓”的原則。管道在頂進(jìn)過程中不允許停止注漿，若因故停止注漿時，必須先停止頂管，再停止注漿。我們在注漿時做

15、到以下幾點.(1)選擇優(yōu)質(zhì)的觸變泥漿材料，對膨潤土取樣測試。主要指標(biāo)為造漿率、失水量和動塑比。(2)在管子上預(yù)埋壓漿孔，壓漿孔的設(shè)置要有利于漿套的形成。(3)膨潤土的貯藏及漿液配制、攪拌、膨脹時間，聽取供應(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。一般性能見下表：膨潤土純堿摻加藥劑漏斗粘度視粘度CF失水重ml終應(yīng)力比重穩(wěn)定性8%4%oCmcPHPl'19"22112.6801.04800.001(4)壓漿方式要以同步注漿為主，補漿為輔。在頂進(jìn)過程中，要經(jīng)常檢查各推進(jìn)段的槳液形成情況。(5)注漿設(shè)備和管路要可靠，具有足夠的耐壓和良好的密封性能。在注漿孔中設(shè)置一個單向閥

16、，使?jié){液管外的土不能倒灌而堵塞注漿孔，從而影響注漿效果。(6)注漿工藝由專人負(fù)責(zé)，質(zhì)量員定期檢查。(7)注漿泵選擇脈動小的螺桿泵，流量與頂進(jìn)速度相應(yīng)配。(8)由于頂管線路長，為使全程注漿壓力不致相差過大，在中間還將每隔400mt曾設(shè)壓漿泵以增大壓力。(9)注漿流程圖膨潤土-注漿池一注漿泵f注漿五、材料泥水材料1 .水生活用水即可。2 .膨潤土一一主要成分是蒙脫土，它具有形成泥壁等多方面的優(yōu)越性，但由于這種土的分離和經(jīng)濟(jì)上的存在的問題，僅限于部分使用。3 .粘性土一一是易于采集的粉砂土、粘土和膠狀現(xiàn)場土，具有形成泥壁等特性，得到廣泛使用。4 .砂一一在形成泥壁時，作為填縫料十分有效，特別是處理團(tuán)

17、聚化土?xí)r，作為過濾器填縫料，略加入一些會更有效。5 .CMC-能增加粘度和提高泥壁形成性能。六、機(jī)具設(shè)備主要機(jī)具設(shè)備泥水平衡掘進(jìn)機(jī)(NSPO1臺泥水輸送(平衡)系統(tǒng)主頂進(jìn)裝置1套泥水處理系統(tǒng)1套4臺裝載機(jī)1臺打（拔）樁機(jī)1臺吊車2輛電焊機(jī)2臺潛水泵4臺七、質(zhì)量控制（一）技術(shù)管理由施工技術(shù)員負(fù)責(zé)，具體職責(zé)為：監(jiān)督施工參數(shù)的實施及處理施工時發(fā)生的臨時變更情況，及時與設(shè)計單位聯(lián)系。（二）質(zhì)量管理由操作班長與操作員建立QC、組，操作班長負(fù)責(zé)監(jiān)督實施設(shè)計施工參數(shù)，嚴(yán)格按照操作規(guī)程操作，并作好當(dāng)班記錄；發(fā)現(xiàn)問題，及時與技術(shù)員聯(lián)系解決，定期進(jìn)行QC舌動，保證施工質(zhì)量。（三）主要質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)1.頂管允許偏差和檢驗

18、方法序號項目允許偏差（mrm檢驗頻率檢驗方法范圍頻率1中線位移LW100m50每節(jié)管1經(jīng)緯儀檢測L>100m1002管底高程L<100mD<1500+30,-40水準(zhǔn)儀檢測D>1500+40,-50L>100mDW1500+40,-60D>1500+60,-803相臨管錯口鋼筋混凝土管>20鋼尺檢查注：（1）表中L為管道頂進(jìn)距離，以兩井軸線距離計算；（2）表中D為管道內(nèi)徑；（3）、特殊情況下采用對頂工藝時，對頂兩端錯口不大于50mm2.頂管工作坑允許偏差和檢驗方法序號項目允許偏差檢驗頻率檢驗方法(mm)范圍頻率1混凝土抗壓強(qiáng)度符合設(shè)計要求按附錄B的規(guī)定檢驗2中線位移15每座2經(jīng)緯儀檢測或掛中心線鋼尺檢查3后普目垂直度1%H1垂直與鋼尺檢查水平線與中線偏差1%H4導(dǎo)軌高