大直径长距离泥水平衡顶管施工工法.docx

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大直径长距离泥水平衡顶管施工工法

天津市市级工法申报资料

大直径长距离泥水平衡顶管施工工法

天津三建建筑工程有限公司

2013年8月

1、申报表…………………………………………………1

2、工法内容………………………………………………8

天津市建设领域工程建设施工工法申报书

（2013年度）

工法名称大直径长距离泥水平衡顶管施工工法

申报单位天津三建建筑工程有限公司

主管单位天津市建工集团（控股）有限公司

申报时间2013年8月31日

天津市城乡建设和交通委员会

二〇一三年印制

工法名称

大直径长距离泥水平衡顶管施工工法

主要完

成单位

天津三建建筑工程有限公司

通讯地址

河东区八纬北路17号

邮编

300170

联系人

宋红智

电话

24142423

主

要

完

成

者

姓名

职务

职称

所在工作单位

李锦春

总工

高工

天津三建公司

赵淮伟

技术经理

工程师

天津三建公司

何志宏

项目经理

助工

天津三建公司

徐双燕

技术负责人

工程师

天津三建公司

郭岩川

技术负责人

助工

天津三建公司

本工法应用的工程名称及时间

2013年津南污水处理厂（纪庄子污水处理厂迁建）配套进出水管网工程

本工法关键技术名称及鉴定时间

顶管泥水平衡施工工法关键技术于年月日通过天津市建委组织的鉴定。

本工法关键技术获成果奖励的情况

工法内容简述：

本工法为大直径长距离泥水平衡顶管施工工法，原理为：

顶管施工中，采用水力输送弃土，同时利用泥水压力来平衡地下水压力和土压力进行施工。

大直径长距离泥水平衡顶管施工工法理论就是以含有一定量粘土的且具有一定相对密度的泥浆水充满掘进机的泥水舱，并对它施加一定的压力，以平衡地下水压力和土压力进行施工，按照该理论，泥浆水在挖掘面上能形成泥膜，以防止地下水的渗透，然后再加上一定的压力就可以平衡地下水压力，同时也可以平衡土压力。

关键技术及保密点：

（有专利法权的，请注名专利号）：

泥水平衡式顶管施工最大的优点是：

1、适用的土质范围比较广，如在地下水压力很高，以及变化范围很大的条件下，它都适用。

2、可有效地保持挖掘面的稳定，对顶管周围的土体扰动比较小。

因此，采用此方法顶管引起的地面沉降较小。

3、与其它类型的顶管比较，泥水顶管施工时的总推力比较小，尤其在粘土层这种表现得更为突出，所以特别适用于长距离顶管。

4、工作坑内的作业环境较好，作业比较安全，由于它采用泥水管道，输送弃土，不存在吊土，搬运等危险的作业。

5、泥水输送弃土为连续作业，因此进度比较快。

技术水平和技术难度（包括与国内外同类技术水平比较）：

最长顶管长度为400m，管道直径为3m，跨度及直径较大，在天津地区同类工艺中比较少见。

工法应用情况及推广应用前景：

本工程为天津市纪庄子污水处理厂迁建工程，共计10个标段，对此顶管施工做出了专门的工法要求，此工法对今后天津市顶管工程中有相当大的推广作用，比较利于天津市的土层。

经济效益或社会效益：

1．应用本工法达到了设计图纸的设计意图，满足了质量要求，同时使工程施工顺利的进行下去，避免了明开施工的放坡，缩小了施工占地，节约了占地费用以及美化了管线周边的环境。

工法主要完成单位意见

同意申报市级工法

年月日

（公章）

主管单位

推荐意见

同意申报市级工法

年月日

（公章）

专家评审意见

评审组长：

年月日

市建交委审定意见

年月日

（公章）

工法内容

大直径长距离泥水平衡顶管施工工法

天津三建建筑工程有限公司

1、前言

顶管工程分为若干个分部、分项工程，本工程为天津市在施的重点工程之一，我公司承建项目的第六标段，标段全长3200m，工程穿越津港公路及南引河，其中WE7～WE8长度400m为工程顶管距离最长的部位。

大直径长距离泥水平衡顶管施工工法是利用泥水平衡原理通过设置中继站采取泥水触变减阻等技术措施进行400m管道的顶进。

2、工法特点

2.1

2.1泥水平衡顶管可有效地保持挖掘面的稳定，对顶管周围的土体扰动比较小。

因此，采用此方法顶管引起的地面沉降较小。

2.2与其它类型的顶管比较，泥水平衡顶管施工时的总推力比较小，尤其在粘土层这种表现得更为突出，所以特别适用于长距离顶管。

2.3工作坑采用水泥搅拌止水帷幕加冒梁、水平撑支护，坑内的作业环境较好，作业比较安全，由于它采用泥水管道，输送弃土，不存在吊土，搬运等危险的作业。

2.4泥水输送弃土为连续作业，因此进度比较快。

2.5管道直径为3m,是目前天津市污水管道中最大的顶管管道，采用NPD3000型顶管机，千斤顶配备6～10个。

2.6

3、适用范围

适用的土质范围比较广，在地下水压力很高，以及变化范围很大的条件下，都可适用。

4、工艺原理

5、施工工艺流程及操作要点

5.1工艺流程

5.2操作要点

5.2.1顶管工作坑采用灌注桩在基坑周边作防护，水泥搅拌桩进行地下水的拦截，且基坑开挖后制作冠梁对基坑进行支护加固。

水平支撑是什么？

几道？

5.2土体加固、洞口破除、止水：

5.2.1土体加固

工作坑进出洞口位置设计增设了三排Φ850@1200三轴搅拌桩，进行土体加固，三轴搅拌桩深度为嵌入基坑地面以下5m。

？

5.3.2洞口止水

根据《顶进施工技术及验收规范》相关规定，顶管基坑内进出洞口设置一道止水墙。

止水墙与支护灌注桩连接，厚度0.2m；高5m，宽8m，内部设置7Φ25钢筋作为主筋加固并与灌注桩连接，混凝土强度等级C30。

止水圈由四部分组成：

止水墙、预埋螺栓、橡胶止水圈、压板。

l-止水墙；2-预埋螺栓；3-橡胶止水圈；4-压板止水墙配筋示意图

5.3.3洞口破除

顶进基坑：

顶管导轨及机头安装就位后，用风镐对灌注桩进行破除，破除后的洞口应为圆形，圆心与管道中心保持一致，洞口直径大于管道外径10cm。

灌注桩破除到位后，顶进。

5.4开机头：

用吊车将现场的管道吊入基坑内，当机头就位后，首先接通机头刀盘旋转电源，开动刀盘使其向左或向右旋转，再接通进泥泵和排泥泵电源，泥浆由进泥管进到泥水平衡仓，充满泥水平衡仓，由出泥管回到泥浆池，形成循环泥浆管路。

再接通机头刀盘顶进电源，使刀盘主轴向前行进，同时开动基坑内顶镐，推动机头向前行进，当顶进1节管的长度后，关闭机头进泥阀门和出泥阀门，并使用排泥泵将管路中的泥浆抽空，若已顶进3节管后，应在顶进时注入触变泥浆。

卸掉基坑内各种接头软管和电缆管路，使主顶镐回缩，移走顶铁，用吊车将混凝土管下到位，重新快速连接各种接头软管和电缆管路，使顶管就位，重复以上操作步骤循环顶进。

在顶进过程中预先在确定的管道点位向管壁外侧同步注入泥浆，以减少侧壁顶进时的阻力，并支撑周围的土层。

5.5顶管顶进：

5.5.1顶管机头安装到轨道上，复核管道中心与顶管机头后，顶管机头顶进，顶进机头在没有全部进入洞时，在机头中心、高程偏差不大于±20mm，不考虑纠偏，如中心、高程偏差大于±20mm，及时确定纠偏方案，纠偏高程时，轨道上管要加配重，纠偏中心时，轨道管两侧要加支撑。

5.5.2每节顶管吊至坑内导轨上，测量管道中心线及前后端管底高程，检查合格后，顶进至前一节管后端，并与之连接。

在安装顶管时，顶管接口胶圈施工，严格按照设计和规范要求实施。

5.5.3试顶：

本次施工主顶设备均选用1.0m冲程的油缸，前端有环形顶铁连接。

在顶管顶进一段距离后，要加设弧形活动顶铁，做一次顶进再下后一节管时，可将其吊移。

在正式顶进前，对所有机器、电路、油路及其它设备进行最后一次测试。

无误后即开始顶进。

5.5.4洞口封闭安装后，先不转刀盘将机头缓慢平推入洞内。

顶进时进泥流量控制在0.4-0.6m³／min。

此时泥水分两部分流出，一部分由机头外流出井，另一部分由机头出泥管排出。

5.5.5初始顶进的速度控制主要是机头吃土，机头克服刀盘旋转产生的扭矩，靠的是机头重量产生的与轨道的摩擦力，如果盘刀吃土太深扭矩大，机头会旋转，所以顶进速度不要太快，第一节管进洞阶段，刀盘速度控制在10-20mm／min，此阶段重点是找正管子中心、高程，偏差控制在±5mm之内；进泥流量控制在0.6-0.8m³／min，泥浆由顶管机出泥管排入砂水分离设备。

机头全部入土后，高程、中心偏差大于±10mm要纠偏，此时纠偏用机头纠偏设备。

初始顶进最终把中心控制在5mm以内，高程控制在+10mm以内，为后面的掘进打下好基础。

5.5.6当主顶油缸顶进一段距离后，掘进机机头进入止水圈接触到坑外侧土体，机头刀片开始工作，掘进出的土体在切削刀盘内粉碎，进入泥浆舱，在那里与泥浆混合，泥浆通过排泥管输送到地面上。

掘进机完全进入土层后，电缆及泥浆管拆除，下第一节顶管，将其推到掘进机尾套处与掘进机头连接，顶进，每节顶管顶进均安装前一节顶管后连接进行顶进。

顶管施工中，为了使挖掘面保持稳定，必须在泥水舱中充满一定压力和相对密度在1.2左右的泥水，泥水在挖掘面上形成一层不透水的泥膜，它可以阻止泥水向挖掘面里面渗透。

同时，泥水本身具有一定压力，可以用来平衡地下水压力和土压力。

开挖面的泥水平衡是使泥水舱内保持一定压力，使其与地下水压力相平衡。

泥水压力过大，地面隆起；泥水压力过小，地面沉陷。

因此每段顶管施工前根据此段穿越土层及地下水位情况设定泥水舱基准面泥浆压力。

当偏差流量为正值时，顶管机处于“超挖”状态，偏差流量为负值时，顶管机处于“溢水”状态，当发现掘削量过大时，应立即检查泥水密度、粘度和切口水压，查明原因后应及时调整相关参数，确保开挖面稳定。

5.5.7当掘进机或前面几节工作管进入土体后，在安装下一节管子时，主顶油缸回缩，此时由于主动土压力的作用，常会造成掘进机和管子的后退，前端土体也随之滑裂，推进方向出现偏差。

5.5.8顶进机头入土后，机头后方连续放置注浆管，顶进时不断注浆充填水泥浆使浆液在管外壁形成比较完整的浆套，以后再间隔二节管子放置一节有注浆孔的管子用以补浆。

顶进过程中遇到土质变坚硬，向土仓内加水或泥浆，掘进机上设有加泥孔，通过加泥孔向掘进面加泥；顶进过程中遇到土质软，第一节至第三节管及工具头联成一体，以增加整体的刚度，从而可避免机头突然沉陷。

5.5.9由于顶进距离较长，覆土较深，所需顶力较大，须用注浆减摩的办法来减小顶进时的阻力。

本次注浆材料主要采用钠基膨润土，膨润土液具有良好的触变性。

要使膨润土液更适于注灌，更易成为完整的浆套，与管壁之间的摩擦力更小，就需添加一些添加剂，一般用纯碱作为分散剂，用CMC作增粘剂，针对不同土质条件和现场实际情况配制浆液。

注浆效果的好坏，除与选用注浆材料有关以外，还与注浆泵的选用、注浆孔布置，和注浆压力大小都密切相关。

为确保注浆达到最佳效果，顶进前四节顶管都设置注浆孔，以后每隔二节设有注浆孔的管子。

注浆时要连续不断地补充，形成一个完好的浆套。

注浆孔的位置设置在管子的前端，这样注进的浆液先在管外壁与钢环带之间形成浆套，被挤出后，即在土壁上形成较为均匀的浆套；顶管内注浆孔按120度布置，共3个，如右侧注浆孔布置图。

为防止注出去的浆液倒流，每一注浆孔设置单向阀。

另外，注浆时要作好对注浆压力的控制，不宜过高避免发生冒浆，注浆泵选用脉动很小的螺杆泵。

施工中管线布置

5.5.10在长距离顶管中，通风是不容忽视的问题。

在顶进超过40m以上时，操作人员在管子内要消耗大量的氧气，而管内会出现缺氧，还有一些有害气体夹杂其间。

为了操作人员健康及安全，必须靠通风设施来解决