泥水平衡顶管施工方案设计文档格式.docx
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木枕
240×
160
20
9
平车
辆
10
吊斗
2m3
个
11
泥浆顶管机
套
12
吊车
130T
13
挖掘机
320
14
装载机
ZL50
15
钠膨润土
20㎜
T
16
水玻璃（化学浆）
17
工字钢，钢板20mm（钢轨分配梁）
公路路面上备用
18
电焊机
19
氧割设备
经纬仪
21
水准仪
22
交通车
23
注浆机
24
拌浆机
25
注浆管
26
钢筋
27
砼，普通水泥
土体注浆按实计量
吨
28
振捣器
29
钢筋弯曲机
钢筋切断机
31
工作井支撑
32
管幕管棚（备选方案）
4、施工劳动组织：
职能
人数
主要工作内容
指挥
涵管顶进的现场组织指挥
技术指导
各种技术方案的制定和施工过程中的技术指导和质量控制
顶进操纵
顶进机械设备操作、检查
测量观测
施工的各种控制测量
综合施工机械设备保障
设备安装、更换顶镐顶铁、机械维修保养、出工、圆管安装、道路维护
安全防护
顶进中各项安全检查及行车防护
物资供应
各项物资供应
治安看守
机械车辆
挖运土机械、吊车车辆操作保养
总指挥
整个工程项目指挥
计划统计
施工计划编制计划统计
调度
工程协调、调度
其他
后勤保障
5、施工工期：
2014年4月20日——2014年6月30日
施工进度计划表：
施工内容
工天数
四月
五月
六月
基坑开挖
工作井后背予制
注浆施工
圆涵顶进
竣工验收
6、工艺流程：
施工准备→测量放线→工作井施工→超前小导管注浆→（管幕施工）安装导轨→千斤顶安装→油泵安装→泥浆顶管机安装→进洞口施工密封→下管→涵管顶进→出土→注触变泥浆→涵管顶进→出土→注触变泥浆→……循环……→土体注浆。
二、工作坑
1、工作坑设置要求：
（1）、位置：
应根据公路平面、堆放材料的场地、公路两侧的地面高程、土质情况和地形、地物等情况全面考虑。
将工作坑放在靠近公路东侧。
（2）、坑深及边坡：
工作坑的挖深为10米；
边坡一般为1：
1.5。
（3）、尺寸大小：
约16×
6.5ｍ。
在降雨季，还需参考四周排水沟及集水井等尺寸。
2、开挖工作坑的测量和放线：
（1）、测设中心线：
工作坑中心线与顶进管涵中心线一致，是顶进施工全过程的标准线，也叫基线。
设置方法是：
在工作坑两侧钉基桩，桩距槽边应不小于1.5米，以防止塌土丢桩。
桩基一定要保护好，竣工前不能移动或丢失。
（2）、设置水准点：
工作坑附近应设临时水准点，坑内设备安装完毕后，在坑内两端也要设1~2个临时水准点。
水准点应妥加保护，竣工前切勿碰撞。
3、工作坑与后背：
采用工作坑的开挖需与后背的修筑一并考虑。
本工程拟采用钢筋混凝土后背,矩形工作井，开挖时将钢筋混凝土后背位置挖出，尽量少扰动后背的原土层，保证后背土壤的密实性,超挖部分分层夯填密实。
4、工作坑的形式：
工作坑不设置马道，采用明挖现灌注钢筋混凝土或喷锚支护，其宽度：
5米，长度16m深约10m、坡度为1：
1.5，高度按检查井设计高度预制,顶进完成后做检查井使用。
5、工作坑的排水：
为了保证顶进施工正常进行，顶进的工作面不塌方,其方法如下：
在开挖工作坑时还应考虑暴雨淹没工作坑的雨季施工排水问题，在基坑顶部挖截水沟，基坑内设集水井，以防影响施工进展，并保证公路的安全。
6、顶管基础修建：
由于本工程管径较大，细沙土壤且二孔间隔约7米并排,拟采用C30钢筋混凝土基础厚30㎝。
7、顶管导轨安装：
导轨是顶进中的导向设备、安装得好坏对顶进质量影响很大，故装导轨时要反复校测，使中线、高程、坡度务必符合设计要求，本工程采用钢导轨。
导轨选用P50钢轨每组两根，每根长5米,共6根。
安装时用道钉固定于枕木上，钉距85厘米，并固定在砼基础内;
管节按内径2600mm、外径3120mm。
导轨安装要求：
（1）、钢导轨用道钉稳定于枕木上并固定在砼基础内。
（2）、下管后管节与轨面之接触应成直线，管外皮与基础面距离为
1厘米。
（3）、高程、坡度、方向线一定要符合设计要求，安装后要在轨前
轨中轨尾左右检查6~8点，允许误差≤3mm，，稳定第一管节后应测量加载后之变化，并加以校正。
8、后背的基本要求：
（1）、要具有一定刚度，压缩变形尽量小。
（2）、具有足够强度和稳定性，不致因顶力大而坍塌。
（3）、后背土壤应一致，压缩均匀，以免顶力大时后背倾斜。
（4）、后背土壁面要求平整，垂直于中轴线，以便安装。
（5）、顶管后背面积为26.5平方米，高为底板下1米底板上3.5米,预留涵管及供水钢管孔洞;
上部及其它三边砼墙厚0.3-0.5米,。
9、千斤顶配置
按顶进长度配置千斤顶，采用4台济南局产200t千斤顶。
三、双液浆注浆施工
1、双液注浆的特点
（1）双液注浆工艺具有良好的流动性、触变性和扩散性。
浆液初凝快且具可调性能，能适时提高强度，可以缩短土体沉降稳定时间，能克服注浆中引起的扰动和软化效应。
（2）根据双液注浆的特性，具有速凝性能，可以调节时间，缩短沉降周期，在瞬时间内能起到强化和加固作用，比单液注浆更能达到控制土层塌陷的效果。
（3）施工安全、简便、快速，工期短，质量好，效果快。
（4）该工法施工设备仪器体积小，调动灵活，比较适用于本工程地面向下进行加固。
根据施工地点和不同深度层次要求的加固，具有对周围环境影响小等优点。
2、双液注浆的原理
双液注浆主要具有克服注浆加固中引起的扰动和软化作用以及缩短固结塌陷，控制沉降和塌陷的特点，因此当双液浆及时充填到土体中的空隙（回填建筑垃圾层、粉质粘土、砂层、流沙层、地下水）。
由于浆液具有速凝并可在瞬时内初凝的特点，因此能起到强化和加固作用。
同时注浆过程中浆液流失少而且有效充填量提高，及时补充了由诸多原因造成的土体损失。
限制了地下水及建筑垃圾等土层间隙被顶进泥浆压力所冲穿，减少土体塌陷和串浆现象发生。
同时当双液浆在充填土体中的空隙达到一定饱和后，会在压力作用下逐渐扩散不断充填空隙，能对周围土体产生挤压并劈入土体的薄弱部位，形成交叉网状凝固体，增强了土的密实度和压缩模量，扩大了应力范围，提高了一定的承载能力，从而减少了最终的沉降量。
3、双液注浆堵漏止水处理
针对粉质粘土、砂层、流沙层、地下水等土体稳定的分析，合理选择浆液配比，以确保灌入浆液有效的扩散半径。
扩散半径控制在1.0m～1.5m以内，混合浆液初凝时间控制在2min以内，注浆孔位布置应遵循“分步，分段，逐步加密”的原则。
4、双液注浆施工工艺流程
5、施工机械及人员配备
采用的主要机械设备如下：
机械名称
数量（台）
钻机
泥浆搅拌机
注浆设备和机具
钻机：
普通小型地质钻探机。
泥浆搅拌机：
高速搅拌机，具有自输送能力。
制备泥浆及时迅速，搅拌浆液均匀，维修方便，耐腐蚀。
搅拌式贮浆桶：
具有过滤杂质和大颗粒作用，能保持浆液均匀和不易离析，结构简捷，维修方便，且贮浆量大。
浆液泵：
液压注浆泵具有无级调速，注浆压力可以设定最高值，不会发生压力无限上升现象，排浆量应能满足最大注入率和双液浆配比调整的要求。
长时间运转不渗漏，密封性好，安全可靠，适用露天作业的机械。
注浆管及接头：
采用花管以及Y型接头。
止浆塞:
有良好的膨胀性和耐压性，在最大的注浆压力下能可靠的封闭注浆孔，并易于安装和卸除。
其他：
发电机组、电焊机、电锤、交通工具等。
6、注浆材料
水泥：
矿渣硅酸盐水泥，选用初凝时间3h以上和终凝时间较长的水泥，受潮变质的水泥不得使用。
采用强度等级为42.5的水泥。
水：
自来水或降水井地下水。
水玻璃：
选用浓度Be′=30～40，模数M=2.8～3.1的水玻璃原液。
氯化钙溶液：
氯化钙溶液的浓度为50%。
浆液的制备
浆液材料按规定的浆液配比计算，计量允许误差为5%。
水泥浆液的搅拌时间应大于3min。
浆液在使用前进行过滤，浆液自制备到用完的时间不超过其初凝时间，且不宜大于2h。
采用就地制浆法制备水灰比1:
0.75的水泥浆液，现场配备比重计进行检测。
输送浆液的管道流速宜为1.4m/s~2.0m/s.在各注浆点根据配比进行调配。
确定水泥浆、水玻璃及氯化钙溶液的设计配比（质量比）为：
1:
0.025:
0.002。
水玻璃和氯化钙溶液按要求分别制备好搅拌均匀以备用。
7、施工工艺
（1）注浆布孔间距：
注浆孔布置方式间距2m，注浆孔直径为7cm。
（2）注浆压力：
为防止过大的灌浆压力破坏土层结构，灌浆过程中严格控制灌浆压力，选用的压力大小根据各层土质结构确定，灌浆压力控制在0.2-0.4MPa左右，根据现场情况适当调整，以不出现跑浆为准。
（3）注浆深度：
双液注浆钻孔总深度为13m，注浆高速度5.6m。
8、双液注浆钻孔符合下列要求：
（1）采用气钻、回转钻进等方法钻孔，钻孔过程不得加水。
（2）钻孔孔位与设计孔位允许偏差为±
50mm，钻孔允许偏差率为1%；
孔径允许偏差为±
5mm，钻孔深度须达到设计深度。
（3）钻进时详细记录孔位、孔深、土层变化等特殊情况及其处理措施。
（4）注浆钻孔完成后，及时埋设注浆管。
护坡止浆塞设置地表外漏10cm外侧，防止杂物将其掩埋，注浆完成后，及时封堵并施做标记，防止被掩盖无法找到。
（5）每次注浆连续进行，若需间断，则间断时间小于浆液的初凝时间。
（6）注浆的过程中，先泵送水泥浆和氯化钙溶液的混合液，再泵送水玻璃溶液。
（7）当注浆压力达到最大注浆压力2倍后仍注不进浆液时，即可结束注浆。
9、质量检查及验收标准
（1）土层双液注浆加固止水质量控制一览表如下表:
双液注浆质量控制一览表
项目
规定值或允许偏差
检查方法和最低频率
备注
原材料
符合设计标准
每天2次
配合比例
测量土层变化
无变化
随时
注浆量
实测记录
（2）双液注浆验收标准：
注浆时，浆液外漏；
地表土层无土体塌陷情况，以及地下水较之前减少。
10、施工过程中注意事项
（1）由于注浆是比较复杂的工程，在现场施工过程中根据地层的变化对工艺进行适当调整。
（2）注浆过程中发现冒浆、漏浆时要采取相应的处理措施，如嵌缝、表面封堵、间歇灌浆的方法。
注浆过程中发现串浆时，如串浆孔具备灌浆条件，可以同时进行灌浆，要求一泵灌一孔。
否则要把灌浆孔用塞塞住，待灌浆孔结束后，串浆孔再行扫孔、冲洗，而后继续钻进和灌浆。
（3）灌浆工作必须连续进行，若因故中断，需及早恢复灌浆。
灌浆过程中出现其他的特殊情况，具体问题具体分析，并采取相应的技术措施。
（4）灌浆工作结束后，及时采取措施进行封孔，封孔后孔口宜与路面和地表平齐，施做标记。
四、管涵顶进
（一）泥水平衡顶管施工概述
泥水平衡顶管施工是继气压平衡顶管之后，土压平衡顶管之前这一阶段所开发成功的一种非常成熟的顶管施工工艺。
它的特点是平衡的精度比较高、施工的速度比较快、适用于在覆土层大于1.5倍管外径的透水系数不很大粘土和砂土土质。
泥水平衡顶管施工的要素有两个：
一个是施工中的泥水管理，它的平衡的精度比较高是与严格的泥水管理分不开的，另外一个是顶管机。
首先，必须认识到清水和泥水的比重是不同的，清水的比重为1，泥水的比重一般1.03～1.30之间，浓泥水的比重在1.30～1.80之间。
由于清水和泥水的比重不同，在同样深度中它们的水压力也不相同，很显然水压力的大小与比重成正比。
比重大的泥水平衡土压力的功能就强，反之则相反。
如图1所示。
图1的纵座标表示深度，横座标表示压力，A、B、C、D四根斜线分别表示比重为1、1.1、1.2、1.3的水压力。
其次，我必须认识到清水和泥水性质是有很大区别的，泥水可在挖掘面上形成一层泥膜，这层泥膜可以防止泥水向外逸出，同时又可防止地下水内渗透。
而清水是不具有这种性质。
由于泥水具有以上的性质所以才可在顶管施工中起到平衡地下水压力和土压力的作，这也是泥水平衡顶管施工的核心。
图1
而泥水管理的难度与土质和所顶管子的直径有关。
直立性好、透水系数小的粘性土和直径比小的管子施工时泥水管理的难度小。
反之，直立性差、透水系数大的砂性土和直径比大的管子施工时泥水管理的难度大，这是由于土的性质所决定的。
如果我们看了下面的实验也许对以上问题的认识就比较深刻些。
实验如图2所示。
实验的第一步如图2--A中所示，左右两边是相同的两个长方形的玻璃容器，且在每个玻璃容器的左侧都盛有相同的砂，中间隔有一层薄板，在左右两个玻璃容器的右侧则分别盛有清水和泥水。
清水的比重为1，泥水的比重为1.2，是由粘土与水经过充分搅拌而成的，且不容易沉淀。
实验的第二步是同时轻轻地抽去两个玻璃容器的中间的一层薄板，只需数秒钟时间，两个玻璃容器就会发生如图2--B中所示情况：
左边盛有清水的玻璃容器中的砂就慢慢地向清水这边下滑，右边盛有泥水的玻璃容器中的砂仍然直立着。
图2
如果再过40秒到60秒，两个玻璃容器就会发生如图2--C中所示情况：
左边盛有清水的玻璃容器中的砂已按一定的角度完全滑向清水这边，而此时右边盛有泥水的玻璃容器中的砂仍然直立着。
清水和泥水的这种性质就可充分说明我们顶管机目前所处的情况。
因为，我们在操作过程中曾经只开排泥泵而不开进水泵，使得顶管机泥水仓内只有地下水，地下水在砂土中不可能是泥水。
于是，挖掘面上坍塌的砂密实的充满顶管机的泥土仓和泥水仓卡死了刀盘，使其无法起动。
我认为刀盘不是被大石块卡死而是被密实的砂卡死的根据有以下几点：
1、刀盘在停止之前是可以转动的，而且其电流又不是很大；
2、刀盘在停止之前有过只开排泥泵而不开进水泵的操作失误；
3、刀盘若是被大石块卡死它应有一定角度可转动。
有的同志也许会认为我们过去顶φ1650mm时用的也不一定是泥水，为什么没有发生类似情况呢？
这是由于φ1650mm的断面不是很大或者是不是在砂中顶进的缘故。
我们都有这样的经验，若用一根φ16mm长2m左右圆钢插入土中，然后慢慢拔出，无论是水平的或是垂直的插入，无论是在粘土中或是砂中，圆钢所成的孔在很长时间里是不会坍塌的。
但在φ2200mm、外径2640mm这样大的断面中，即使一毫米也没有插入，只要你把断面一打开就肯定会产生坍塌。
（二）NPD2200泥水平衡顶管机简介
NPD多边形偏心破碎泥水平衡顶管机是由扬州广鑫自动化设备制造有限公司制造的、目前国内最先进的、有自主知识产权的顶管机。
NPD泥水平衡顶管机以成系列,最大口径为3000毫米，最小口径为400毫米。
不仅用于国内，而且出口到埃及等国家，都得到客户的一致好评。
NPD-A2200多边形偏心破碎泥水平衡顶管机的构造请参见图3，该机主要由要以下几大部份构成：
1--刀盘、2--泥土仓、3--泥水仓、4--纠偏油缸、5--主轴箱、6--前
刀盘是一个多边形的锥体，其中心与主轴有一定的偏心量，刀盘是由六台电动机通过行星减速器、主轴箱减速以后共同驱动，它在泥土仓内做偏心运动。
泥土仓的壳体则呈多边形的喇叭状，刀盘转动时是偏心旋转它对泥块、石块可进行破碎。
图3
另外，刀盘底边的每一个边与泥土仓壳体后的每一个边，在刀盘旋转的过程中，其两者之间的空间一会儿大，一会儿小。
在由大变小的时侯，就象两块压板对泥块、石块进行破碎；
在由小变大的时侯，从其空间通过的泥水可送达到挖掘面，因此，本顶管机能适用一般泥水顶管机不能适用的内聚力很大的粘土。
只有当破碎后的泥块、石块小于隔栅板栅孔的间隙时才能进入泥水仓，尔后通过排泥管排出。
如果泥水仓内堆积有土砂会被刮泥板刮起通过排泥管排出。
其他的一些结构如纠偏等与普通的顶管机大体相同。
此外，本机还具有以下一些特点：
1、NPD多边形偏心破碎泥水平衡顶管机是获得2002年日内瓦国际发明金奖的专利产品，专利号为：
ZL00249400.0。
同时经国家知识产权局检索，证明本专利完全符合专利所具有的新颖性、创造性、适用性。
2、减速机是意大利进口的，噪声低，寿命长。
3、具有破碎顶管机外径1/5粒径、单轴极限抗压强度≤40Mpa卵石的能力。
4、由于隔栅板是跟随刀盘一起旋转的，所以，粘附在隔栅板中的
粘土会被泥土仓壳体的每一个边刮掉，再当其转到进水管附近时相嵌在隔栅板中的粘土又可被进水冲洗掉。
因此，NPD多边形偏心破碎泥水平衡顶管机能适应各种土质，尤其是一般泥水平衡顶管机不能适应的粘土。
NPD多边形偏心破碎泥水平衡顶管机的泥水平衡与普通的泥水平衡顶管机基本相同。
是用一定比重的泥水来平衡地下水压力和土压力的。
四组纠偏油缸为井字形布置，纠偏时每相邻的两组油缸为一组。
编组由操纵台上的十字开关操作，直观、可靠。
纠偏油缸的行程有行程仪指示其伸出长度。
机头俯仰有倾斜仪，机偏转（滚动）有偏转仪，通过这些仪器的观察，对机头的行进状态可一目了然，便于控制。
从而也确保了顶进质量，即可精确控制其高程及左右偏差。
NPD3000顶管机的主要技术参数如下：
1、顶管机外径：
2640毫米；
2、刀盘外径：
2680毫米；
3、刀盘转矩：
1348千牛－米；
4、刀盘转速：
1.34转/分钟；
5、刀盘转矩的经验系数：
2.62；
6、刀盘驱动电机：
30千瓦×
3台；
7、刀盘偏心距：
20毫米；
8、最大纠偏角度：
3度；
9、操作方式：
机内操作；
10、进排泥管外径：
108毫米；
11、装机容量：
约90千瓦。
（三）泥水作业管理
泥水作业管理的主要内容有以下几个方面：
1、挖掘面上的泥水管理
（1）保持挖掘面上的稳定
保持挖掘面上的稳定，是泥水平衡顶管的首要条件。
如果不能保持挖掘面上的稳定，会造成挖掘面上的塌方，这时不仅会造成地面较大的沉降，而且会使顶管机无法正常运转或者使顶管机往上飘而无法控制方向。
严重的会产生开天窗和冒顶现象。
为了保持挖掘面上的稳定，我们必须注意以下两个问题。
①严格控制泥水压力
从理论上讲，顶管机泥水仓内压力应比地下水压力高20Kpa，由于泥水仓内的压力比地下水压力高，就可以防止地下水通过排泥管道而流失，从而也就可以使挖掘面稳定，具体的控制方法是通过调节
进排泥泵的流量、压力来控制。
②进水必须是泥水
在中砂土质条件下，进水必须采用泥水，而且必须把进水的比重控制1.10～1.20左右。
因为采用泥水以后，在中砂组成的挖掘面上会产生一层较为坚实的泥膜，且是不透水的。
也只有这样，才会使泥水仓内比地下水压力高的泥水作用在挖掘面上，才能防止地下水的流失。
由于泥水的比重较大，也可使挖掘面自身保持稳定。
2、进排泥的泥水管理
进排泥的泥水管理是确保挖掘面稳定的条件之一，同时也是确
保泥水能正常输送所不可忽视的一个重要环节，为了对进排泥泥水管理好，我们首先来看看如何测定进排泥泥水水的物理特性。
首先是泥水比重，它可用泥浆比重计来测量，泥浆的粘度，可用漏斗式粘度计来测量。
在泥水管理中，针对不同土质有不同的要求和不同的管理方式，为了便于管理，我把它们分别列成表—1，和表—2。
其中，表—1是对泥水的物理特性的测定方法和使用仪器。
表—2则是不同的渗透系数和不同的颗粒含量的土质所对泥水的要求。
表1
项目
仪器
测定项目
适用土质
比重
泥浆比重计
泥水的比重
所有土质
粘度
漏斗式粘度计
漏斗粘度
砂和砂砾
稳定性
量杯
泥水颗粒的沉降
过滤性
脱水试验器
过滤量与固结厚度
砂
表2
土质
渗透系数
颗粒含量（%）
粘度秒（500/500CC）
地下水少时
地下水多时
粉砂、细砂
10-7—10-5
8—17
1.05—1.10
23—27
28—35
细砂、砂
10-5—10-3
17—33
1.10—1.20
33—40
砂砾
10-3—10-2
33—50
1.20—1.30
30—45
50—65
泥水式顶管工法除了用泥水来保持挖掘面稳定以外，还要用泥水来输送弃土，所以，泥水自身的比重、粘度、稳定性及脱水性等这些特性都应当与挖掘面上的土质以及泥浆输送的特性相吻合。
3、泥水的调配
稳定可靠的泥水配合比请参见表—3和表—4。
表—3是砂性土质的泥水配比，表—4则是砂和砂砾与土混合的土质泥水配合比。
尤其是在砂砾层中顶进，泥水的调配必须十分严格，如果渗透系数比较大，除了用膨润土以外，为了防止泥浆逃逸，还须加入一些增粘剂和防渗剂。
这样，可以防止泥水中的其他材料不被渗漏掉。
优良的泥水材料必须具有以下特征：
（1）具有对土质的适应性广、粘度高、造浆率高、膨胀倍率大等特点。
（2）渗透量少且护壁泥膜薄而且结实，泥水调配成以后与对应的土质相适应。
（3）对盐类等电解质和水泥等所引起的变化小。
（4）受霉菌等细菌的影响小。
（5）材料费、调配费、处理费等成本低。
表3
材料
配合比
（SG）
漏斗粘度（FV）
500/500CC
运动粘度（YV）
颗粒含量
比率
1m3时
200#粘土
13-25%
126-250kg
1.10-1.20
24-35秒
5-13
17-33%
250#膨润土
4-8%
42-83kg
增粘剂
0.1-0.15%
1-1.5kg
清水
933-867kg
表4
比
升级会员 