精品泥水加压平衡式顶管工法.docx
《精品泥水加压平衡式顶管工法.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《精品泥水加压平衡式顶管工法.docx（9页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
精品泥水加压平衡式顶管工法
泥水加压平衡式顶管工法
泥水加压平衡式顶管工法
顶管施工是一种先进的非开挖管道铺设施工手段。
随着城市规模的不断扩大，地面构筑物的迅速增多，为在建设过程中最小限度地影响城市建筑物和交通道路，各类引水、排污、煤气、电缆铺设的管道施工越来越多的采用了顶管施工技术，我们经过近几年的施工实践，消化和吸收了国内外多种形式的顶管技术，如手掘式、挤压式、土压平衡式，而自已基本撑握了最先进的泥水加压平衡式顶管工艺。
该工艺能有效控制地面沉降，克服多种复杂地质条件，提高顶进速度，实现长距离顶管，通过不断地更新改造相关设备，规范化施工，我们已形成了有特色的泥水加压平衡式顶管工法。
一、工法特点：
泥水加压平衡式顶管与其它顶管形式相比，具有平衡效果好，施工速度快，对土质适应性强等特点。
采用此工法，施工控制得当，地表最大沉降可小于3cm；如Φ1000口径顶管，淤泥质、粉质粘土、砂质粉土等土质情况，每日顶进可达50~75m（视单节管长度，越长则越快）。
粘土土质情况，每日可顶进20~35m（需是带二次破碎功能的顶管机）；同时，采用地面遥控操作，施工人员在顶进不必进入管道，管道轴线的测量采用激光经纬仪连续进行，地面操作台摄像头观察，能做到及时纠偏，顶进质量容易控制。
二、适用范围：
泥水加压平衡式顶管适用于各种粘性和粉砂性土层、管道口径适合于Φ800~Φ1500砼管和Φ1000~Φ1850钢管。
如现场能解决大量泥水排放问题，更大口径同样适用。
由于先进的平衡方式和很高的工作效率，适用于解决长距离穿越，对沉降要求高的地段。
如房屋群、河流和公路。
目前我们最长的一次顶进距离为330m。
三、工艺原理：
泥水加压平衡式顶管机，机头没有大刀盘切削土体，同时起稳定土体作用。
刀盘后的密封舱中接入有一定含泥量的加压泥水，一方面加压泥水平衡切削面的地下水，减少渗透，稳定前方土体。
一方面又运走刀盘切削下来的泥土，送水泵将泥水送入密封泥水舱，排泥泵又将舱内的泥土泵和送水泵的流量，使泥水舱内形成一定的压力差（0.1~0.2Mpa）平衡地下水压力，从而达到顶管机前方土体稳定，避免地面沉降和隆起。
我们具体是根据机内土压力表，送水压力表、排泥压力表、刀盘转距表、排泥流量计，、液压站压力表和油泵流量表等监测仪表和实现平衡控制的。
四、施工工艺流程：
泥水加压平衡式顶管由顶管机、纠偏系统、泥水系统、主顶系统、操作系统和压浆系统组成。
主机包括切削土体的大刀盘及传动、动力系统、纠偏系统在主机内，有纠偏油缸、油泵、激光靶、校正指针、井内的激光经纬仪组成。
泥水系统由送水泵、排泥泵、泥浆箱、变频柜、泥水管路组成。
主顶系统由主顶油缸、液压站及轨道、顶铁、后背等机具组成。
操作系统由操作台、机内控制箱、摄像机和连接电缆组成，压浆系统包括拌浆器、储浆筒、注浆泵及管路，其总的工艺流程如下：
五、施工要点：
5.1地质与环境调查工作：
5.1.1确保施工场地的设备管材摆放及车辆进出需要，约200m2左右，保证吊车运行空间（高压线，各类电线、通讯电缆不影响吊装）。
5.1.2确认工作井周围水源（如河流、湖泊、消防水等），水质不限，如无需安排水罐车排泥浆和土方车弃渣土。
5.1.3实际了解顶管作业层土质，除查看地质资料外，有条件的应提前在工作井开挖时复核各层土质情况和地下水情况，如土质与勘探有较大出入，需重新论证施工方案。
5.1.4实地了解顶管轴线上地表构筑物（房屋、道路、桥梁等）地基情况以及地下管线标高，避免顶进时遇到地下障碍物，最小安全距离为50cm。
复测所穿越河床的底标高，保证足够的管顶覆土（H=1.5D，D为管道外径），最小不低于2m ,否则应采用临时覆土措施满足。
5.1.5保证用电正常，泥水平衡顶管所用设备较多，总功率应满足90kw以上。
如采用柴油发电机供电，应100kw以上，同时应降低噪音，不影响周围环境。
5.1.6了解工作进、接收井强度是否达到要求、无搅拌桩护壁的倒筑井应要求有600mm以上的钢筋砼厚度，C30以上，同时应了解预留洞口标高是否与设计相符，如不符合应等上道工序施工单位解决后进场。
5.2顶管工作井的设置
顶管施工需设置两种形式的井，一是供顶管机安装、出坑、顶管用的顶管工作井。
一是供机头进坑和吊出用的顶管接收井。
工作井由于需承受巨大的顶进后座力有很高的强度要求，又受土质、地下水位和周围环境限制，目前有各种形式，如沉井、柱列式钻孔灌桩桩井、钢板桩井、SMW工法井、倒筑井，常见的是沉井和SMW工法井。
工作井和接收井的形状多为圆形和矩形（有时为了节省，接收井没有做，等机头顶到位后开挖带做井）。
目前国内的顶管设备基本已标准化，因此为了满足顶管需要，工作井和接收井的平面尺寸已基本确定。
如下表：
顶管内径
（mm）
矩形工作井
（长*宽）
矩形接收井
（长*宽）
圆形工作井
（直径）
圆形接收井
（直径）
φ800~φ1200
7500*3500
4500*3500
φ8000
φ4000
φ1350~φ1500
8000*4000
5000*4000
φ9000
φ5000
在矩形工作井顶管时，如顶井轴线与井中心线有夹角（一般<10°）则需在油缸后背与井壁之间打素砼后背墙，宽度和高度为3m和2.5m（大口径顶管时适当放在），在圆形工作井顶管时，油缸后背与井壁间的弧形区域需用素砼填实。
另外，当此段总顶力≤200t时，允许用槽钢或工字钢做后背支撑，代替素砼。
为避免工作井预留洞口打开后，地下水和四周土体沿管道和洞之的间隙涌入工作井内，应进行必须的防水处理，我们的措施是橡胶止水圈和钢压板组合，如果洞口外是流砂层，需采用洞口外侧井点降水或地基加固措施。
另外，需要特别注意的是，工作井和接收井的顶标高应满足防汛要求，为防止暴雨季节施工时地表水大量涌入工作井淹没设备。
工作井井口应设置足够高度的挡水围堰，井四周地面也应适当铺高，防止大量积水。
同时有工作井内设置集水坑，便于施工排水。
关于各工作井的施工顺序，我们目前遵循的原则是先顶短的，再顶长的，先顶难度低的，再顶难度高的。
先从整段管线一端开始，再往另一端顶进。
两边顶的工作井，先顶前端的等。
这样做的目的是为了逐渐适应土质和环境，减小转场距离。
5.3泥水加压平衡顶管的顶力估算：
为保证油缸提供的顶力能满足克服顶管最大阻力的需要，施工前应进行顶进阻力最大值估算，以便采用必要的技术措施，如后背支撑加强，增设中继间，配置高效泥浆减阻。
根据顶管理论，顶管的阻力R包括机头迎面阻力N和管壁与外周土体的摩擦力F，
即R=N+F
A机头迎面阻力N决定于机头断面面积和迎面土体的被动土压力。
N=πD12/4*Pt
D1----顶管机外径（m）
Pt----机头底部以下1/3D1处的被动土压力（KN/m2）
Pt=ν（H+2/3D1）tg2（45°+ψ/2）
ν----土的天然重度（KN/m3）
H----管顶覆土厚度（m）
ψ----土的内摩擦角（°）
B）管壁外周摩擦力F决定于管外径顶进长度和在各种土质中的摩擦系数f，即F=fπDL
D----管外径（m）
L----顶进长度（m）
f----管壁与土的摩擦系数（KN/m2），根据施工经验取值。
经过我们多年的施工实践，针对淤泥质土、粉质粘土、砂质粉土和粘土，在注浆减速阻效果下，已得出了经验值（均比其它施工单位要小），列表如下：
土质
淤泥质粘土
粉质粘土
砂质粉土
粘土
f值（KN/m2）
1.6~1.9
2.6~3.1
4.8~5.2
2.0~2.5
根据各项顶管施工案便分析和相关书籍理论，采用触变泥浆减阻后管壁外周摩阻力与覆土深度关系不大，与土质有关，因为针对不同土质所配的触变泥浆在实际中仍达不到同样的减阻效果。
另外，实际施工中，由于管道存在弯曲，也会使管道经过弯曲处时对土体产生额外挤压阻力。
5.4触变泥浆减阻
在长距离顶管中，机头迎面阻力占顶进阻力的比例较小，为尽可能长的顶进或是减小总顶力，使后背墙面、管节和主顶机具受力变小，减小设备、管材受损风险和工程成本，降低顶进中的管壁外周摩阻力是最好的办法。
为达到此目的，采用管壁外周间隙加注触变泥浆，在土层与管道间形成一定厚度的泥浆环，使管节有泥浆环中向前滑移，是减阻的理想方式。
为形成间隙，一般使顶管机处径1~2cm。
在泥水加压平衡式顶管中，由于顶管机切削的前方土体失圆，又有高压泥水填充间隙及易与后方管节外周间隙相通造成触变泥浆的流失。
为此，我们将注浆断面设置在机头后8~10m处，造成与高压泥水隔率，以后每6m设一注浆断面，机头30m后每20m设补浆断面。
每个断面设置球阀便于各断面单独注浆。
顶进过程中，每顶进0.5m注浆一次，注浆量为理论间隙体积的1.5~2倍。
注浆采用的材料为复合型泥浆土，主要成份为钠基膨润土，纯碱等。
目前已商品化，成份控制不赘过。
因为是干粉，使用前需掺水后充分搅均后发酵24小时，土质为粘性土时干粉含量控制在10~20%，砂性土时含量控制在20~30%，使用时需用螺杆泵加压至0.4~0.6Mpa后通过压浆管路输送到各注浆断面。
5.5顶进
5.5.1管机吊入工作井，在轨道上摆放平衡，接通动力、控制、视频电缆，校正倾斜仪，修正纠偏油缸，调整激光经纬仪竖直角激光束，使之与顶进轴线同轴，并对准顶管机内激光靶。
5.5.2拆除洞口封墙，迅速清理干净水泥砖块后，立即推进机头各插入进外土体，调整紧固洞口止水圈压板，使机头与压板同心。
5.5.3接通进排泥软管，开动大刀盘、进排泥泵，推进机头。
5.5.4机头推进至能吊下砼管节时停止推进，推开所有电缆、进排泥软管，缩回推进油缸。
5.5.5将安装好密封环的管节吊入井内轨道，垫好管端垫板，对准插入就位。
5.5.6启动顶管机、进排泥泵，主顶油缸推进管节。
5.5.7随着管节推进，操作员不断观察操作台各仪表数据，调整泥水压力差，根据激光靶上激光位置，纠正管道轴线偏差，并调整油缸速度，保证前方土体稳定。
5.5.8当一节管推进结束后，重复以上4）—7）继续推进。
5.5.9顶程超过25米时，可以在顶进时开动注浆泵间断式注浆。
5.5.10当长距离顶管，设置中继环时，推进顺序为：
中断油缸推进→主顶油缸推进→中继油缸推进
每次行程以中继油缸行程为限。
5.6顶进到位：
5.6.1顶进即将到达接收井时，放慢顶进速度，复测顶进轴线，如因工作井受较大顶进后座力产生位移，通过最后顶程修正。
5.6.2机头距接收井洞口半米时，停止顶进，在接收井内安放好接引导轨或枕木，拆除接收井洞口封墙。
5.6.3转动刀盘，不送水，推进机头入接收井。
5.6.4拆除机头内动力、控制、视频电缆，用吊车将顶管机与管节分离，后吊出机头。
5.6.5将管节顶到预定位置，拆除管节内所有电缆、泥浆管、注浆管并运至地面。
5.6.6拆除工作井内设备，进行管节内嵌缝和工作井接收井洞口封堵。
5.6.7清理管内、井内泥土和场地垃圾转场。
5.7纠偏
管道偏离轴线主要是作用于顶管机的外力不平衡造成的，而外力不平衡是因为顶进阻力和油缸推动不在同一轴线上，以及土质不匀造成的，为保证管道按预定的轴线前进，就需进行纠偏。
泥水平衡式顶管的纠偏与其它顶管形工的原理基本相同。
由于通过激光不间断地观察，偏差容易控制，一般在3cm范围内就能纠正，就里不赘述、方法上要求勤观测、勤纠偏，幅度尽量小，偏差不发展后缓慢纠回。
六、主要施工机械设备：
采用泥水加压平衡顶管所需主要施工机械设备如下表
序号
设备名称
规格
单位
数量
备注
1
起重设备
16~30t
台
1
吊车或行车，吊装机头出下井口时需大吊车
2
泥水加压平衡顶管机
台
1
包括操作系统电缆
3
主顶油缸
200t/1.5Mpa
3.5m行程
只
2~4
包括配套液压站、油管
4
主顶机具
套
1
包括轨道、顶铁、后背
5
渣浆泵
2m3/min
台
2
带变频柜、可调速
6
泥浆箱
24m3
只
2
贮清水、泥浆
7
运浆车
8m3
台
1~2
泥浆外运
8
压浆泵
0.6Mpa
套
1
注浆
9
激光经纬仪
J2-JDB
台
1
放轴线及纠偏
10
激光水准仪
S3-J
台
1
定轨道
11
潜水泵
3吋
台
若干
引水及井内排水
12
电焊机
台
1
安装设备
13
空压机
0.6m3
台
1
拆除洞口封堵
七、劳动力组织及安全：
7.1劳动组织（以单班施工为例）
工程
操作工
起重工
吊车司机
辅助工
压浆工
总计
人数
1
1
1
3
1
7
7.2安全
顶管施工时，必须严格遵守《施工生产安全技术操作规程》。
7.2.1所有电器、机械设备实行定人定岗专人操作。
7.2.2吊装管节和设备时，工作区域内严禁站人。
7.2.3工作井口周围杂物需清理，防止坠物至井内伤人。
7.2.4井内辅助工拆除电缆时须经操作工确认断电。
7.2.5顶进时主顶油缸两侧不得站人。
八、质量标准：
8.1顶进不偏移，管节不错口，管底坡度不得有倒落水。
8.2顶管接口套环应正对管缝与管端外周、管端垫板无脱落。
8.3管节嵌缝填料和顺、不流淌，橡胶圈安放正确。
8.4管节不得有裂缝，不渗水，管内无杂物。
8.5顶管允许偏差
序号
项目
允许偏差
检验频率
范围点数
1
中线位移
D<φ1500
50
每节1点
2
D≥φ1500
100
每节1点
3
管内底高程
D<φ1500
+30，-40
每节1点
4
D≥φ1500
+60，-80
每节1点
5
≤15
每节1点
九、经济效益分析:
泥水平衡顶管与其他顶管方式的成本内容基本相同，有进出坑费、电费、吊车租赁费、人工费、泥浆弃置费、设备折旧费、零星材料费等构成。
纯利润率15~25%。
但由于市场需求大，施工速度快，顶进质量好。
如Φ800，Φ1000口径每米单价在800—1000元，每月顶进300—500米，经济效益可观。
十、工程应用实例：
工程实例一：
上海市闵行区莲花南路Φ800砼管顶管工程，全长1650米，土质为淤泥质粘土，管线全在新建公路下4.5米，沉降控制要求高。
我们使用了DH-800泥水加压平衡式顶管机，沉降控制在1.5cm内，工作井均顶进量80m/天，3个月完成工期，管道顶进质量优良。
工程实例二：
广东省汕头市新河沟污水截流工程Φ1000砼管顶管工程。
土质为砂质粉土，地下水位高，覆土5m，穿越河流和公路，我们采用TCC-1000泥水加压平衡式顶管机，地面沉降控制在2cm以内，日顶进量40m/天，顶进质量优良。
工程实例三：
云南省昆明市东郊污水管网工程Φ1000砼管顶管工程，全长2000m，土质为干硬粘土，覆土4m~6m，穿越各处房屋群和公路，采用TCC-1000顶管机，沉降5mm以内，日均顶进量25m/天，管道质量优良。
以上三例，充分说明了泥水平衡式顶管方法能适应各种地质情况，且平衡能力好，工作效率高，管道质量好，是一种先进的顶管工法。
升级会员 