頂管頂進施工工藝和技術措施

頂管頂進施工工藝和技術措施（一）頂管施工方法及推力計算1、方法選定根據(jù)本工程管道所穿過的地層主要為素填土、粉質(zhì)粘土、砂土層；根據(jù)設計圖紙，采用泥水平衡機械頂管工藝。本工程將先安排4套直徑DN800~1350的泥水平衡設備進場施工，然后再根據(jù)現(xiàn)場實際情況增加設備。名稱泥水平衡頂管掘進機電焊機發(fā)電機液壓千斤頂空壓機數(shù)量4臺4臺4臺4套4臺2、設備推力計算在普通泥水頂管施工中，推力計算：Fp=πD0Lfk+NF……………（a）.π4式中：Fp—頂進阻力（KN）；D0—管道的外徑，為1.62（m）；fk—管道外壁與土的單位面積平均摩阻力（KN/m2）查表取fk=8；L—推進長度（m）；NF.π4NF=（Pe+Pw+△P）Dg2………………（b）初始推力：（b）式中：Pe—挖掘面前土壓力(Pe=150kPa)；Pw—地下水的壓力（kpa），Pw=γw（H－h(huán)w），γw—水的重力密度，取10KN/m3，H—管中至路面埋深取6.2m，hw—地下水位取1.0m；△P—附加壓力（一般為20kPa）；Dg—頂管機外徑，為1.62（m）；按DN1350管徑頂程153米計算，所需的最大頂力Fp=6292.65KN考慮地下工程的復雜性及不可預見因素，最終頂力按700t配置設備，小于設計最大頂力8000kN，符合要求。（二）頂管頂進設備頂進設備主要包括導軌、頂鐵、千斤頂（油泵）、后背及后座墻。1、千斤頂千斤頂是頂管頂進的主要設備，本工程擬采用倆臺350t的千斤頂。千斤頂在工作井內(nèi)的布置采用兩臺并列式，頂力合力作用點與管壁反作用力作用點應在同一軸線，防止產(chǎn)生頂時力偶，造成頂進偏差。根據(jù)施工經(jīng)驗，采用機械切削土方，管上半部管壁與土壁有間隙時，千斤頂?shù)闹c作用在管子垂直直徑的1/4～1/5處為宜。2、油泵由電動機帶動油泵工作，選用額定壓力為62MPa的ZB－500柱塞泵，經(jīng)分配器，控制閥進入千斤頂，各千斤頂?shù)倪M油管并聯(lián)在一起，保證各千斤頂活塞的出力和行程一致。3、頂鐵頂鐵是傳遞和分散頂力的設備。要求它能承受頂壓力而不變形，并且便于搬動。根據(jù)頂鐵位置的不同，可分為橫頂鐵、順頂鐵和U形頂鐵三種。4、后背墻沉井施工時,定好后背墻的位置,按施工設計圖在沉井上定好后背墻的位置,預埋Ф12@200的鋼筋,以便焊接后澆的后背墻砼,后背墻采用C25砼,Ф16@100的鋼筋。后背墻厚500mm。（三）機械頂管施工本工程采用泥水平衡法機械頂管施工，總施工管段長度約為3341m。1、頂管施工平面布置、井內(nèi)布置及管內(nèi)布置（1）在工作井范圍內(nèi)實行全封閉隔離施工并布置以下必要的設施，地面指揮監(jiān)測中心、辦公室、倉庫,布局要合理，環(huán)境整潔、衛(wèi)生，污水沉淀池、液壓機組、操縱臺等等，并有專職人員進行管理。（2）現(xiàn)場布置采用16t汽吊，用于吊放頂管機、混凝土、導軌等等設備。（3）井內(nèi)布置工作井井內(nèi)布置主要是后座墻、導軌、鋼制扶梯、激光經(jīng)緯儀等。（4）頂管施工工藝如下圖所示：2、頂管施工順序頂管施工順序見下圖所示：3、頂進施工工作坑內(nèi)設備安裝完畢，經(jīng)檢查各部處于良好狀態(tài)，即可準備進行出土和頂進。首先將管子下到導軌上，就位以后，裝好頂鐵，校測管中心和管底標高是否符合設計要求，合格后即可進行頂進施工。頂進利用千斤頂出鎬在后背不動的情況下將被頂進管子推向前進，其操作過程如下:（1）安裝好頂鐵擠牢，管前端到一定長度后，啟動油泵，千斤頂進油，活塞伸出一個工作行程，將管子推向一定距離。（2）停止油泵，打開控制閥，千斤頂回油，活塞回縮。（3）添加頂鐵，重復上述操作，直至需要安裝下一節(jié)管子為止。（4）下頂鐵，下管，在混凝土管接口處放木墊圈，以保證受力均勻。（5）重復以上操作。4、出土方案泥水平衡式頂管的出土采用全自動的泥水輸送方式，被挖掘的土通過在機艙內(nèi)的攪拌和泥水形成泥漿，然后由泥漿泵抽出，高速排土。在沉井上部砌沉淀池。沉淀的余土外運需按文明施工要求和渣土處理辦法，運到永久堆土點，不得污染沿途道路環(huán)境。（四）進出洞方案進洞施工流程安裝出洞口橡膠密封圈機頭籌備破部分封墻送入泥漿池出水管吸出泥漿頂進至可安裝第一條管進水管壓入高壓水機頭磨削剩余封墻推機頭進密封圈機頭安裝調(diào)試

安裝出洞口橡膠密封圈機頭籌備破部分封墻送入泥漿池出水管吸出泥漿頂進至可安裝第一條管進水管壓入高壓水機頭磨削剩余封墻推機頭進密封圈機頭安裝調(diào)試為防止出洞口及頂進過程中泥水壓力過大涌入工作井內(nèi)，在洞口內(nèi)預先安裝一個單法蘭穿墻鋼套管，用于安裝橡膠止水圈及止水封板，在頂管頂進施工前，對洞口處采用3排高壓旋噴樁進行加固，有效樁長D+2m，加固范圍D+2m。由于頂進距離長，造成管材表面及F型鋼套環(huán)、砂等對橡膠止水圈不可避免的磨損，需經(jīng)常更換橡膠止水圈。因此，我們在洞口里側(cè)增加一道橡膠止水圈，當需更換外部橡膠止水法蘭時，洞口內(nèi)部的橡膠止水圈可防止地下水進入井內(nèi)。沉井制作時,在洞口位置預埋一環(huán)鋼法蘭,沉井下沉封底后,由于洞口標高可能與設計值有誤差,必須使管道標高盡可能符合設計標高,在預埋鋼法蘭上再焊一圈鋼法蘭,法蘭中心與洞口中心錯位,而與實際管道中心保持同心度要求,這環(huán)后焊的法蘭中心就是洞口止水裝置的中心,預埋鋼法蘭應與沉井牢固的錨固在一起,錨固強度與焊縫具有足夠的強度,鋼法蘭中心與管道中心保持同心,誤差不大于5mm。（五）測量以及設備安裝1、測量的方法（1）通視條件下的測量1.1.1使用交匯法引工作井及接收井預留洞口中心至各自的井壁。置經(jīng)緯儀至A點，后視B點，作BA直線的延長線，并在工作井后部定出一點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，在工作井井壁上定出一點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，A，B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，依設計軸線打好角度，既可定出軸線。（2）不通視條件下的測量①引出A、B兩點后可根據(jù)導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后背墻導軌及后頂?shù)陌惭b軸線確定后先安放后靠背，后靠背后部距離井壁100~200mm，調(diào)整后靠背前后以及左右方向，應盡量保證后靠背的中心于軸線相重合，調(diào)整方法見圖：在軸線定好后既可安裝導軌以及后頂，先根據(jù)導軌本身的尺寸計算出導軌頂面至軸線的高差h，置水平儀于井下，在井四周作出4~6個臨水點，保證軸線標高-臨水點高程=h，安放導軌時可用線繩在相對的兩個臨水點拉出一條直線，使導軌頂輕觸于線繩既可，然后根據(jù)軸線調(diào)整導軌軸線在豎直方向上于已知軸線的豎直投影線重合，導軌軸線方向調(diào)整好后再精調(diào)導軌的高程，最后支撐導軌至井壁上。引軸線至井底前后兩側(cè)A、B兩點，分中后靠背，在后靠背上作一分中點C，開始放置后靠背時盡量使C點在AB的延長線上，此值可肉眼鑒定，誤差不應大于10cm，在后靠背邊緣定出任意等高兩點D、D，，測量AD和AD，的距離，只需保證AD的距離約等于AD，的距離既可，誤差不應大于3cm，導軌左右方向確定后既固定下面兩側(cè)各一點，后使用線墜調(diào)整前后方向既可，最后根據(jù)實際情況填塞C15-C30的混凝土至井壁到后靠背的間隙，后方頂?shù)陌惭b在后靠背的安裝完畢后進行，抄平后頂后只要保證所以千斤頂后平面貼實后靠背既可固定。導軌安裝完畢后需在預留洞口內(nèi)安裝副導軌，副導軌的軸線以及高程均要與主導軌保持一至，此副導軌用于防止機頭進洞后低頭，見下圖：增高裝置可根據(jù)機頭重量以及增高量選擇枕木，鋼支架或砼墊層。洞口止水裝置的安裝，應保證除止水圈外最小直徑大于進洞物最大直徑的8cm，防止受到進洞物的剪切而失去止水效果，位置確定后可用水泥砂漿封堵與井壁形成的間隙，防止從間隙處漏水、漏漿。（六）泥水系統(tǒng)的安裝泥漿池應盡量靠近工作井邊，可采用并聯(lián)法，見圖：泥漿池盡量靠近工作井邊，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，防止塊狀物直接進入排泥泵引起排泥泵堵塞和損壞。注漿系統(tǒng)應盡量使用螺桿泵以減少脈動現(xiàn)象，漿液應保證攪拌均勻，系統(tǒng)應配置減壓系統(tǒng)，在泵出品處1米外以及機頭注漿處各安裝一只隔膜式壓力表。（七）頂進過程的方向控制由于TCZ機頭本身所具有的方向誘導裝置，糾偏操作簡單易行，操作員只要通過糾偏動作，始終保證激光點在二號光耙的中心既可。測量與方向控制要點：1、有嚴格的放樣復核制度，并做好原始記錄。頂進前必須遵守嚴格的放樣復測制度，堅持三級復測：施工組測量員→項目管理部→監(jiān)理工程師，確保測量萬無一失。2、布設在工作井后方的儀座必須避免頂進時移位和變形，必須定時復測并及時調(diào)整。3、頂進糾偏必須勤測量、多微調(diào)，糾偏角度應保持在10′～20′不得大于0.5°，并設置偏差警戒線。4、初始推進階段，方向主要是主頂油缸控制，因此，一方面要減慢主頂推進速度，另一方面要不斷調(diào)整油缸編組和機頭糾偏。5、開始頂進前必須制定坡度計劃，對每一米、每節(jié)管的位置、標高需事先計算，確保頂進時正確，以最終符合設計坡度要求和質(zhì)量標準為原則。6、頂進糾偏是采用調(diào)整4臺糾偏千斤頂組的辦法，進行編組操作，若管道偏左則千斤頂采用左伸右縮方法，反之亦然，如果同時有高程和方向偏差，則應先糾正偏差大的一邊，頂進時必須嚴格控制機頭的走向，隨時糾偏，控制好管道的線形。糾偏時應做到在頂進中糾偏，采用小角度分次逐步糾偏，勤調(diào)微糾。糾偏工作尚應在仿真分析的指導下進行。在頂進中頂管機頭發(fā)生旋轉(zhuǎn)時，可采取在管內(nèi)的相反方向增加壓重塊或在中間站提供旋轉(zhuǎn)糾正力矩等方法，直到正常，以防止偏轉(zhuǎn)增大，影響后續(xù)工作。（八）管接口質(zhì)量控制1、選用優(yōu)良管材并處理好管子接口是頂管施工十分重要的。要按有關規(guī)范對管材作現(xiàn)場檢查驗收，如發(fā)現(xiàn)不合格品堅決予以退回。2、管材運送、起吊均應有專用夾具，擱置時應用方木墊高，防止管接口的套環(huán)受壓變形。3、接管前再次檢查管子接頭的承插口尺寸，橡膠圈和襯墊板的外觀和質(zhì)地。確認合格后可在接口處均勻涂抹薄層硅油等對橡膠無侵蝕性的潤滑材料以減少摩阻力。承插接管時要保證與上節(jié)管的鋼套環(huán)同軸度，并且加力要均勻，應保證橡膠圈不移位，不反轉(zhuǎn)，不露出管外。頂管結(jié)束后要按設計要求在管內(nèi)間隙處填充彈性密封膏，并與管口抹成—個光滑的漸變面。密封圈的膠結(jié)應在使用前兩天完成并檢查其牢固性。4、管材供應在頂進過程中，管材的供應是非常重要的，如果供應不及時造成頂進停止，后果是非常嚴重的，由于機頭重量一般較大，長時間的滯留會造成機頭沉降，使軸線發(fā)生偏差；或已頂好的管子和周圍土體固結(jié)，使得摩阻力增大。因此，在開始頂進前，需指定詳細周全的供應計劃，現(xiàn)場應備有足夠余量。（九）觸變泥漿減阻方案頂管隨著距離的增長，管道經(jīng)過不同的土質(zhì)時，摩阻力上升的很快，一旦頂力超過混凝土管所承受的極限時，混凝土管就有可能破壞，因此管壁外的減阻是工程順利完成的必要措施。通常我們采用在混凝土管周圍注觸變泥漿，將混凝土管與土之間的干摩擦變?yōu)闈衲Σ?，達到減阻的目的。一般混凝土管壁與砂層土體的摩擦力達2～3t/m2，而采用觸變泥漿減阻后，摩阻力可以減少到0.3～1.2t/m2。在長距離混凝土管頂進中，必須采取觸變泥漿減阻措施，以增加一次頂進長度。觸變泥漿通過制造、儲存、壓漿系統(tǒng)，從工具頭處壓入觸變泥漿，形成一定厚度（12mm左右）的泥漿套，間距12m設一道補漿孔，使頂管在泥漿套中向前滑行，減少摩阻力，根據(jù)壓力表和流量表，計量桶控制用漿量，壓力控制在自然地下水壓的1.1～1.2倍。制備泥漿的配比須經(jīng)試驗，以確保泥漿性能良好，必要時可加其他外加劑。觸變泥漿是由膨潤土、水和摻合劑按一定比例混合而成。施工現(xiàn)場按重量計的觸變泥漿配比為：水：膨潤土=8：1膨潤土：CMC=30：1本工程擬購置膨潤土袋裝復合材料，在施工現(xiàn)場加水拌和。壓漿數(shù)量和壓力第一次壓漿量為管道外周環(huán)形空隙的1.5~2.0倍，壓注壓力根據(jù)埋設深度和土的天然重量而定，本工程擬采用2γH（kPa），式中γ為土的重量，H為管道的覆土深度。在頂進過程中，還應根據(jù)不同的土質(zhì)條件和覆土厚度變化等適當調(diào)整壓漿量和壓力。壓漿孔的布置每一壓漿斷面設置3個壓漿孔，按圓周120°布置。壓漿孔應在工廠加工好。注漿斷面的位置，擬在機頭及其后面每隔10米均設置。為使泥漿能及時將管壁空隙灌滿，灌漿速度要與頂進速度相適應，注意觀察，防止跑冒，并保證泥漿達到量。為達到良好的減阻目的，在施工操作上必須“先壓漿后頂進、邊壓漿邊頂進、停頂進勤補漿”的辦法維持泥漿套的性能。（十）動力及照明、通風裝置1、管內(nèi)動力及照明管內(nèi)動力主要用來掘進、糾偏、出土、頂進，考慮管內(nèi)工作環(huán)境要求，選擇電力作為動力源。管內(nèi)施工用電必須采用三相五線制，供電線路用線馬固定在管體右上角。管內(nèi)施工屬于潮濕環(huán)境，照明必須采用安全低壓照明，管內(nèi)沿線間距10m，在管體右上角安裝一盞12V60W的燈泡。最遠燈泡離低壓變壓器電源不能超過200米，以保證各燈泡的正常功率。頂管動力配套：序號設備名稱數(shù)量總功率(kw／h)1刀盤電機1222螺旋輸送泵電機15.53糾偏油泵電機144排水泵2155電焊機130(注：以上所列設備，并不都是同時啟動。)動力電線設置：管內(nèi)設置—二路電纜，按其配套動力負載功率，選擇電纜規(guī)格，供電采用TN—S方式，三相五線制移動電線裝