土壓平衡式頂管主要施工方法方案

1、土壓平衡式頂管主要施工方法方案頂管機(jī)前方為帶合金刀頭的條幅式大刀盤，可對開挖面進(jìn)行全斷面切削。出土由螺旋 輸送機(jī)和砂土泵傳輸至地面集中堆放點(diǎn)。頂管機(jī)端面裝有壓力傳感器，能顯示出頂管機(jī)所 承受的正面土壓力，地面操作者應(yīng)密切注意壓力變化，控制螺旋輸送機(jī)的取土速度與千斤 頂?shù)捻斶M(jìn)速度，避免土體超挖和頂管機(jī)的過量擠進(jìn)，前方取土與后方頂進(jìn)密切配合，以保 持開挖面的穩(wěn)定，使頂管機(jī)承受的正面壓力與計(jì)算土壓力保持平衡。頂管機(jī)內(nèi)設(shè)置糾偏油 缸可控制頂進(jìn)方向。正常頂管進(jìn)行中，頂管機(jī)及管道內(nèi)的操作均由地面操作者完成，所有的操作元件均由 電纜、油管集中至地面操作室進(jìn)行控制，所有運(yùn)行數(shù)據(jù)由電纜傳輸信號至地面操作室以便

2、操作者監(jiān)控并發(fā)出操作指令。頂管機(jī)能持續(xù)自動地記錄其各種狀態(tài)及管道線路的位置等數(shù) 據(jù)。自動記錄系統(tǒng)包括泥土和地下水壓力，機(jī)頭傾斜、旋轉(zhuǎn)，糾偏狀態(tài)，前進(jìn)速度，頂進(jìn) 長度，刀盤扭矩，頂進(jìn)負(fù)荷，及中繼間動作等。此系統(tǒng)在自動系統(tǒng)出現(xiàn)故障時應(yīng)能手動監(jiān) 測，以保證管道在自動系統(tǒng)的修復(fù)過程中能繼續(xù)前進(jìn)。每段頂進(jìn)開始后則應(yīng)連續(xù)工作，當(dāng)進(jìn)行設(shè)備保養(yǎng)維修而暫停頂管施工時，必須采取措 施確保開挖面的穩(wěn)定。頂進(jìn)時管道內(nèi)采用低壓照明和管道風(fēng)機(jī)通風(fēng)，并保持管道內(nèi)的清潔。土壓平衡頂管工藝圖土壓平衡頂管施工現(xiàn)場3.2頂管主要施工方法3.2.1測量控制網(wǎng)及井下測量平臺的建立根據(jù)業(yè)主提供的測量控制點(diǎn)布置整個工程的控制網(wǎng)，在井周圍布

3、設(shè)一個高精 度的控制網(wǎng)，用以測放、檢查和修正工作井井區(qū)和井下的測量點(diǎn)，如軸線點(diǎn)、井 下的測量起始點(diǎn)和后視點(diǎn)等。測量平臺置于井下頂管軸線上，靠近后靠背處，通過控制網(wǎng)將頂管測量起始 點(diǎn)測放其上，并在井中布設(shè)23個穩(wěn)固的后視點(diǎn)，以便互相校核。起始點(diǎn)對頂 管測量精度至關(guān)重要，故井下測量平臺要單獨(dú)設(shè)置，不與管道、設(shè)備、后靠背接 觸，不受頂管操作影響，以保持其穩(wěn)定性。直線頂管軸線與標(biāo)高控制頂管方向與高程控制可直接用置于井下測量平臺起始點(diǎn)上的激光經(jīng)緯儀對 頂管機(jī)上方的光靶即可。激光經(jīng)緯儀發(fā)射的激光束偏離光靶中心的距離，即頂管 的偏差值，但方向相反。為消除頂管機(jī)旋轉(zhuǎn)而偏差值的顯示誤差，光靶設(shè)計(jì)為可 調(diào)式，使其

4、始終在頂管機(jī)的垂直中心線上，如圖所示。光靶盤 滑槽連接桿頂管機(jī)外殼滑槽光靶盤 墊片說明：旋轉(zhuǎn)指針懸掛在光靶盤上，始終指向垂直位置，松動調(diào)節(jié)螺母，可使光靶盤沿滑槽滑動，始終位于頂管機(jī)垂直中心線上。頂管機(jī)可調(diào)式光靶結(jié)構(gòu)示意圖3.2. 2頂管出洞、進(jìn)洞技術(shù)頂管出洞頂管出洞是指頂管機(jī)和第一節(jié)管子從工作井中破出洞口封門進(jìn)入土中，開始 正常頂管前的過程，是頂管的關(guān)鍵工序，也是容易發(fā)生事故的工序。本工程頂管軸線均在地下水位以下，頂管出洞前必須采取措施防止地下水滲 入井內(nèi)。為此，頂管機(jī)出洞前，先在洞口外圍土體進(jìn)行防滲注漿施工。同時，在 洞口內(nèi)壁安裝出口器，出口器由內(nèi)徑略小于管節(jié)外徑的橡膠密封圈和內(nèi)徑略大于 管

5、節(jié)外徑的鋼法蘭組成。在洞口外側(cè)一定范圍內(nèi)打入一排鋼板樁，以支護(hù)土體。頂管機(jī)頭在井內(nèi)管床就位，調(diào)試完畢，作好出洞的一切準(zhǔn)備后，便可用氣割 割除洞口內(nèi)的鋼封門，將機(jī)頭穿進(jìn)橡膠密封圈頂入土中，同時在機(jī)頭與洞口的縫 隙中注滿膨潤土泥漿，以潤滑管道，支護(hù)土體。如果洞口外側(cè)有鋼板樁，則應(yīng)在 頂管機(jī)進(jìn)入出口器后方可拔出。頂管出洞對操作者要求也很高，這是因?yàn)槌龆磿r頂管機(jī)未被土體包裹，處自 由狀態(tài)，而使頂頭出洞的主千斤頂頂力是巨大的，因此，控制操作哪怕出現(xiàn)少量 不均勻或土質(zhì)不均勻，使各千斤頂?shù)男谐滩坏?，也足以使頂頭和第一節(jié)管子偏離 設(shè)計(jì)軸線。此時的土體難以對機(jī)頭產(chǎn)生較大反力，難以對機(jī)頭起到導(dǎo)向約束作用， 故此時

6、產(chǎn)生的偏差很難糾正，甚至是糾不過來的。因此，出洞頂進(jìn)時一定要十分 小心，用激光經(jīng)緯儀隨時測量監(jiān)控，保證頂頭和第一節(jié)管子位置正確。采用上述洞口結(jié)構(gòu)和周密的操作技巧，可避免出洞這一關(guān)鍵工序中可能出現(xiàn) 的諸多問題，確保頂管出洞萬無一失。頂管機(jī)下方兩側(cè)設(shè)有止退插銷，在頂管機(jī) 出洞時，當(dāng)千斤頂松開時應(yīng)插入止退插銷，防止頂管機(jī)被土壓力向后推回。頂管進(jìn)洞頂管進(jìn)洞，是指一段管道頂完，頂管機(jī)破進(jìn)洞口封門進(jìn)入接收井，并作好頂 管機(jī)后一節(jié)管與進(jìn)洞口的密封聯(lián)接的過程。頂管機(jī)進(jìn)洞前也應(yīng)對洞口外土體進(jìn)行防滲注漿，并留有足夠的固化時間。頂 管機(jī)進(jìn)入加固土體并到達(dá)洞口外側(cè)時，割除鋼封門，將頂管機(jī)頂入接收井。3.2.3膨潤土泥

7、漿減阻及置換優(yōu)質(zhì)膨潤土泥漿具有良好的觸變性與潤滑性，將其壓到管外壁，包裹住管子， 可大大減小管外壁與土壤間的摩阻力。若壓漿技術(shù)得當(dāng)，壓漿管分布合理，膨潤 土質(zhì)量好，摩阻力可大為降低。關(guān)于膨潤土泥漿拌制與壓漿，我公司有專門的技 術(shù)操作規(guī)程（企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)），可在本工程中應(yīng)用。注漿孔應(yīng)合理分布，機(jī)頭及其后面10節(jié)管每節(jié)都設(shè)有注漿孔，使泥漿及時 填充管壁與土間的全部空隙（機(jī)頭外徑比管節(jié)外徑大20mm，故有空隙），其后逐 步過渡到每3節(jié)管加設(shè)一節(jié)帶有注漿孔的管節(jié)，及時補(bǔ)漿，使全線管壁都包裹在 泥漿套中。注漿管節(jié)分為四孔出漿的A型管和三孔出漿的B型管兩種，間隔布置。注漿管節(jié)分布如圖所示。頂管機(jī)A、B管間隔，共

8、10節(jié)標(biāo)準(zhǔn)管 A管 標(biāo)準(zhǔn)管 B管注漿管節(jié)分布及注漿口布置圖頂力在控制值之內(nèi)十分重要。若頂力過大，會帶來一系列問題，各方面的控 制都會困難，故膨潤土泥漿壓漿絕不可輕視。每段頂完后，用摻入適量粉煤灰的水泥砂漿置換觸變泥漿，置換后管道上的 注漿孔封閉嚴(yán)密，并將全部設(shè)備清洗干凈。3.2.4掘進(jìn)及出土頂進(jìn)面前方的土體由頂管機(jī)前端刀盤上的合金刀齒切削，然后由螺旋輸送機(jī) 將切削下來的土體送入頂管機(jī)后方的砂土泵土斗內(nèi)，經(jīng)沿管道內(nèi)鋪設(shè)的泵管泵送 至地面，并卸入自卸汽車中，運(yùn)至指定棄土場排放。運(yùn)土車運(yùn)土?xí)r避免泄漏和遺 撒。土的泵送速度要與頂管機(jī)的頂進(jìn)出土速度相配，必要時土壤中可加入適量的 水或泥漿，以方便泵送。泵

9、管接頭處要注意防止壓力過大造成泄漏。3.2.5設(shè)備現(xiàn)場安裝井下設(shè)備安裝包括出口器安裝、導(dǎo)軌安裝、千斤頂安裝、后背墻安裝及頂管 機(jī)井下就位等，其中出口器安裝在“頂管出洞”已作介紹。3.2.6導(dǎo)軌安裝導(dǎo)軌用型鋼和P38以上鋼軌制作，鋼軌焊于型鋼上，型鋼用螺栓緊固于鋼橫 梁上，以便裝拆。鋼橫梁置于工作井底板上，并與底板上的預(yù)埋鐵板焊接，使整 個導(dǎo)軌系統(tǒng)成為在使用中不會產(chǎn)生位移的、牢固的整體。如圖所示。砼管節(jié)導(dǎo)軌及千斤頂支架系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡圖導(dǎo)軌安裝在頂管中至關(guān)重要，其安裝精度甚至決定管道是否可頂好，故須達(dá) 到如下要求：兩導(dǎo)軌應(yīng)順直、平行、等高，其縱坡應(yīng)與管道設(shè)計(jì)坡度一致導(dǎo)軌軸線偏差W3mm;頂面高差0+

10、3mm;兩軌間距2mm。3.2.7千斤頂安裝主頂站千斤頂固定在型鋼制作的千斤頂支架上，支架焊在井底的橫梁上，千 斤頂著力點(diǎn)應(yīng)在與水平直徑成45的頂管圓周上，即與管道中心的垂線對稱， 其合力的作用點(diǎn)在管道圓心上，如上圖所示。每個千斤頂?shù)目v線坡度應(yīng)與管道設(shè) 計(jì)坡度一致。3.2.8后背墻安裝工作井雙向工作井，故選用周轉(zhuǎn)使用的裝配式后背墻，如下圖所示。后背墻 用20號工字鋼焊成一堵墻，為頂管的反力提供一個垂直的受力面，正面焊一塊 4cm厚鋼板，使各工字鋼受力更均勻。工字鋼墻的空隙中灌滿自密砼，形成一道 由厚鋼板、工字鋼和砼組成的、牢固的、剛度很大的復(fù)合后背墻，承受千斤頂傳 來的頂進(jìn)反力。后背墻安裝無誤

11、后，在后背墻與圓弧形井壁間澆筑砼，并墊一層反向頂進(jìn)洞口20工字鋼焊接砼填充8cm厚的木板，以使井壁受力均勻。裝配式后背墻結(jié)構(gòu)簡圖3.2.9頂管機(jī)下井井下設(shè)備安裝完后，用汽車吊將經(jīng)保養(yǎng)、檢查、調(diào)試好的頂管機(jī)吊下工作井， 置于涂滿潤滑黃油的導(dǎo)軌上。因?qū)к壈惭b精度是嚴(yán)格控制的，故頂管機(jī)座上導(dǎo)軌 就已準(zhǔn)確定位。井下設(shè)備和頂管機(jī)安裝完畢后，啟動油泵，伸縮千斤頂，檢查千斤頂與后背 墻的配合，頂管機(jī)與出口器及分壓環(huán)的間隙等。準(zhǔn)確無誤后即可開始出洞頂進(jìn)。3.3頂管施工中可能出現(xiàn)的問題及采取的措施3.3.1頂管機(jī)旋轉(zhuǎn)頂管機(jī)在頂進(jìn)過程發(fā)生旋轉(zhuǎn)幾乎在每條頂管中都會出現(xiàn)，將影響管內(nèi)設(shè)備 的使用，甚至使液體外溢等?？刂?/p>

12、旋轉(zhuǎn)的方法很多，本工程將采取兩種措施：一是頂管時控制刀盤的旋轉(zhuǎn)方向，將刀盤向機(jī)體旋轉(zhuǎn)的反向轉(zhuǎn)動，使頂管機(jī) 受反向扭矩，從而糾正機(jī)體，頂進(jìn)過程中，不斷正、反轉(zhuǎn)刀盤，頂管機(jī)的旋轉(zhuǎn)就 可得到有效控制。二是采取配重法，頂管機(jī)內(nèi)的設(shè)備布置注意了重量對稱分布，以防頂管機(jī)旋 轉(zhuǎn)，但頂進(jìn)中的機(jī)體旋轉(zhuǎn)仍常有發(fā)生，處理方法是在頂頭內(nèi)擺放配重，若頂管機(jī) 左旋，即在機(jī)內(nèi)右側(cè)擺放配重，若右旋，配重就擺左邊，效果良好，因頂管機(jī)內(nèi) 設(shè)備已考慮了重量對稱分布，故所用配重的數(shù)量較小，配重一般用廢鐵板、鋼筋 等。方法一方法二控制頂管機(jī)旋轉(zhuǎn)示意圖此外，中繼站千斤頂稍微傾斜放置也是糾正管道旋轉(zhuǎn)的一種措施，此法僅作 為備用保證措施。3

13、.3. 2管節(jié)接頭漏漿管節(jié)接頭滲漏很少出現(xiàn)，出現(xiàn)位置多在膨潤土壓漿孔處（因膨潤土泥漿壓漿 壓力過大擠入管內(nèi)），施工中應(yīng)予避免。萬一出現(xiàn)，可用專用止水鋼環(huán)止水（如 下圖所示）。管縫止水鋼環(huán)結(jié)構(gòu)圖專用止水環(huán)用三片120園弧鋼環(huán)組成，外貼止水橡膠片，之間用螺桿連接。 擰緊螺母，圓環(huán)直徑會增大，使止水鋼環(huán)外橡膠片緊貼管縫，制止泥漿滲入，頂 管結(jié)束時再作永久性止水處理。3.3.3地面沉降或隆起、穿越地面障礙物本工程頂管線路需穿越房屋、道路等地面構(gòu)筑物，施工中如果不注意對地面 構(gòu)筑的保護(hù)，不但會對構(gòu)筑物造成損壞，甚至于使頂管機(jī)無法正常工作，從而造 成更為嚴(yán)重的后果。另外一方面，地面沉降或隆起值的大小，體現(xiàn)

14、了頂管水平的 高低。我公司直線頂管的沉降隆起值已可控制在不影響地面、地下結(jié)構(gòu)的水平。 控制沉降與隆起的主要技術(shù)措施有：精心操作，控制挖土與頂進(jìn)的量與速度，避免土體超挖和頂管機(jī)的過量擠 進(jìn)，使挖土與頂進(jìn)始終處在動態(tài)平衡狀態(tài)。量測每頂進(jìn)1m所挖出的土的方量，進(jìn)尺與挖土量相當(dāng)，沉降隆起就可控 制。頂管穿建筑物前，必須使頂頭調(diào)至正位，并保養(yǎng)好機(jī)頭。穿建筑物頂管時， 加密測量密度，控制好方向，避免在建筑物下作過大的糾偏操作（過大糾偏是地 面沉降原因之一），并且連續(xù)作業(yè)、一氣可成，機(jī)頭不得在建筑物下停滯，保養(yǎng) 等。同時還要加強(qiáng)現(xiàn)場值班，現(xiàn)場資料分析與決策等管理工作，并加強(qiáng)對建筑物 的沉降觀測，確保建筑物安

15、全。加強(qiáng)膨潤土泥漿壓漿。泥漿在頂管中起潤滑與支護(hù)雙重作用，在管外壁與 土間始終充滿膨潤土泥漿，支護(hù)著管周土體不擠向管外壁，是減小沉降的措施之 一一 0在離管線較近的地表建筑物地段，防止地表沉降或隆起較大，而造成建筑 物的損壞，我方將采取地表注漿措施施工。(6)在頂管施工覆土層較薄(小于1米)處，采用填土、壓路機(jī)壓高、壓厚處 理。3.4管道頂進(jìn)及糾偏管內(nèi)的測量儀器采用激光經(jīng)緯儀進(jìn)行，施頂過程中，應(yīng)勤測，每天68次， 檢查管道的偏差。管道的偏差是通過布置在機(jī)頭的四組糾偏千斤頂來進(jìn)行調(diào)整， 若機(jī)頭偏左，則千斤頂采用左伸右縮的調(diào)整方法，反之亦然。施工時應(yīng)嚴(yán)格控制 管頭走向，隨時糾偏，控制好管道的線型，

16、另夕外，在頂管中還可采用挖土校正法、 強(qiáng)制校正來對特殊情況進(jìn)行糾偏處理。3.5管道頂進(jìn)注意事項(xiàng)1、螺栓聯(lián)結(jié)橡膠止水環(huán)及安放軌道，一定要確保安放精度，保證軸線和標(biāo) 高的誤差在+5mm以內(nèi)；2、管道作業(yè)井內(nèi)嚴(yán)禁使用明火和抽煙，以防止可能產(chǎn)生的沼氣等可燃性氣 體被引燃爆炸；3、保證頂管的質(zhì)量，要做到勤頂、勤測量、勤出土、勤糾偏，切忌悶頂；4、在頂管頂進(jìn)過程之前要開挖管線樣槽，詳細(xì)了解地下管線及障礙物，作 到心里有數(shù)，必要時可通過曲線頂進(jìn)方式繞過障礙物。3.6監(jiān)測為防止管道頂進(jìn)對地表構(gòu)筑物產(chǎn)生影響，施工中須對經(jīng)過沿線的建筑物進(jìn) 行監(jiān)測。以便及時采取有效措施。正在頂進(jìn)之前，在頂進(jìn)軸線上每隔10m設(shè)置一個

17、沉降觀測點(diǎn)，另外在可能 會造成破壞的建筑物墻角下也設(shè)置沉降觀測點(diǎn)，定期進(jìn)行水準(zhǔn)測量，一般每天測 量兩次，特殊情況下應(yīng)增加測量次數(shù)。3.7中繼間的配置由于頂管隨著管道頂進(jìn)距離的加長，頂力也隨之增加。管道能夠承受的頂力 是有一定范圍的，再者沉井的后坐力也不能無限制增加，為解決長距離頂管所出 現(xiàn)的頂力過大問題。采用中繼間接力頂進(jìn)很好的解決了長距離頂進(jìn)阻力過大問 題。中繼間頂進(jìn)原理就是通過中繼油缸和泵站將長距離頂管分解成若干個階段， 在主頂泵站和后面的油缸都處于施力狀態(tài)的條件下，首先頂進(jìn)靠近頂管機(jī)的第一 個中繼站。頂進(jìn)一段距離后(一般為30-50cm)，收回該中繼站的油缸，再通過 第二個中繼站頂進(jìn)。依次類推逐段向前頂進(jìn)。通過中繼站的接力，將頂力分解為 若干段，以達(dá)到減小頂力和防止地面隆起的作用。本工程中繼站采用50液壓千斤頂配油泵組成，千斤頂一次性最長頂進(jìn)距離 為 50cm。3.8施工進(jìn)度計(jì)劃及保證措施本工程DN1000砼頂管363m。施工進(jìn)度計(jì)劃見施工進(jìn)度計(jì)劃網(wǎng)絡(luò)圖保證措施頂管施工為本工程的關(guān)鍵線路和施工控制難點(diǎn)和重點(diǎn)，因此施工時應(yīng)重 點(diǎn)加以控制，首先配備足夠數(shù)量