管道顶进施工方案.docx

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管道顶进施工方案

管道顶进施工方案

1、顶管施工的总体设想

⑴、本工程将根据具体的地质条件，对触变泥浆材料，顶管注浆工艺，管接口和中继间密封，顶管进出洞口措施等进行优化，使本工程的施工质量达到更有效的控制。

⑵、本工程顶管将采用泥水平衡顶管掘进机。

此类机头适合本工程地质条件下的顶管，并具有顶进速度快、沉降易控制、便于操作，施工可靠性好等特点。

2、本工程难点及针对性措施

（1）、本次顶管距离为90m，且管道轴线主要位于粉质粘土层之间，含水率低，土质较硬，势必会造成顶力的迅速增加，如何减小顶进阻力是本次顶进急需解决的重要问题。

（2）、针对性措施

顶进过程中的偏差与管道顶进阻力，地面沉降，管道接口水密性及管道水力条件有很大关系，所以下面的控制及测量方法是必不可少的。

在工作井后靠前中间设置牢固的测量平台。

平台高度与轴线标高相匹配，激光经纬仪设置在平台上，调整红外线激光方向，高度与设计轴线一致，在机头后壳体圆心处设有一激光靶，光靶上的光点位置读数就是机头的实际偏差，现场施工时结合仰俯倾斜仪判断机头的水平状态，可根据光靶上光点位置来判断纠偏数据，从而确定纠偏动作。

在机头将要到达接受井时，要精确测出机头姿态位置，满足预留孔与机头同心的要求。

针对顶管施工的特点，我们在顶进施工过程中将采取下列措施：

针对长距离的顶管，首先要严抓顶进时的触变泥浆减摩的管理工作，在采用机尾压浆的常规手段的同时，做好沿线补浆和洞口补浆工作，且严格保证控制压浆量，确保减阻浆套的形成和完整。

顶进时勤纠偏，微纠偏，小动作，尽可能在一定程度上减小顶力。

3、顶管施工工艺

工艺流程图

⑴、顶管基本工艺

整个顶管过程大致可分为三个阶段：

出洞前准备阶段，正常顶进阶段，进洞及后期收尾阶段。

a.出洞前准备阶段

本阶段工作包括：

起重设备就位，顶管设备进场，洞口止水装置安装，轴线放样，立后靠，机坑导轨、主顶油缸组测量安装就位，泥水系统及管道系统安装就位、操纵平台搭建。

电气控制线路布置、储水箱及泥水泵安装就位、压浆系统及其管道安装就位、顶管机头下井就位、各部分设备调试运行、联机总调试、触变泥浆搅拌储存。

b.出洞及正常顶进阶段

打开洞门、机头顶入洞口后下设备段。

转接油管、电缆及泥水管后继续顶进。

油缸顶到位后，拆除泥水管和电缆，第一节砼管下井，设备段与第一节砼管合拢，接通泥水管和电缆继续顶进。

重复上述过程。

在顶进过程中每顶一节管子对顶进轴线作一到二次测量，确定纠偏的方向和时机；并对机头前10米，后20米的地面沉降监测点作一测量，以便当班施工人员能及时采取相应措施，控制沉降幅度。

整个顶进过程中须在压浆孔向管壁外注入触变泥浆，以便顶进的定量定点压浆，减小顶进时管外壁阻力，填充扰动土中空隙，减小地面沉降。

严格执行班长交接班一小时衔接制度，交待上班各类情况，共同观察工作现状，以保证全顶程的连续无间断。

c.进洞及后期收尾工作

本工程包括：

接收导轨就位，洞口止水装置安装，机头偏差复测，井位复测，打开洞门，机头进洞，管道内清理，洞口井壁与砼管节间连接处理，水泥浆液置换外壁减阻泥浆，机坑内设备拆除和吊运。

管道清洗，管节偏差测量记录。

⑵、顶管机的选用

我方将选用适合于本地区土质，较易于控制沉降量的全封闭大刀盘Ø1200泥水平衡式顶管机，部分管线采用土压平衡顶管机。

我公司曾用这两种设备参与了大量的顶管工程施工，并取得了较好的效果。

主要组成部分及功能：

a.机壳

为两段一铰形式，前后壳体通过纠偏油缸联接，纠偏缸的各种组合动作可使前后壳体按需要的方向产生折角，在顶进过程中产生纠偏效果。

前后壳体间有橡胶止水圈确保壳体外泥水不渗入机体内。

b.大刀盘

大刀盘以设定的压力正面平衡土体，并通过VVVF变速调节正面土体切削量。

是种可靠直观的机械平衡顶管机。

c.动力系统

通过电动机、减速箱等部件为大刀盘提供足够的转矩。

1）纠偏油缸

组合动作、在需要方向上使前后壳体产生折角，在顶进过程中产生纠偏效果。

2）主顶进系统设置

主顶进系统由油缸组、顶进环、钢后靠及液压泵站等组成，其主要功能是完成管节顶进，是顶管设备系统的主要组成部份。

主顶系统的顶进速度由VVVF控制可实施无级变速、启动和停止由电气系统联动控制。

①油缸组

油缸组由4只油缸分两列左右对称布置，每列各2只油缸叠积而成，并用可分式结构的支座固定，用联接梁连成一体。

油缸选用国产的双冲程、双作用等推力液压千斤顶，每只油缸最大推力为2000KN，装备最大推力为8000kN，满足顶管最大允许顶力的要求。

②液压泵站

选用2台A2F28RP2斜轴式柱塞油泵，配备Y200L—6型电机。

通过调速阀可改变油泵的流量，据顶进时的工况要求及时控制主顶油缸的顶速。

以满足开挖面土压平衡的条件，从而起到控制地面沉降的作用。

③后靠

管节顶进时油缸的反力，通过后靠均匀地传递到工作井井壁上，避免井壁受力不均或局部受力过大造成井壁结构破坏。

后靠安装时，应与顶进轴线保持垂直，与井壁间的空隙应用素混凝土填实，确保整体接触。

④主顶进装置主要技术参数

油缸数量：

4只

油缸尺寸：

D×d×L＝φ250×φ220×3500mm

油缸行程：

S=2800mm

限定油压：

P额＝25MPa

限定推力：

F额＝1500kN

最高油压：

Pmax＝31.5MPa

最大推力：

Fmax＝2000kN

顶进速度：

V=0-80mm／min

油泵型号：

A2F28RP2Pmax=31.5MPaQ=28L/min

电机型号：

Y200L—6N=18.5KWn＝1000rpm

d.泥水系统

以一定水压、流速的水流稀释、搅拌泥水舱泥浆，并将泥浆带至地面沉淀池。

该水流水压比地下水压略高，精度为0.2米水头，以平衡地下水压，这是本顶管机又一确保控制地面沉降的又一特点。

管道及送排泥泵为4寸系统。

e.电气控制系统

传递各种操纵指令；调节各执行元件的状态；在顶管机机头内设有监听、监视、通讯、对话系统，顶管机的各部件工作情况均可通过电视及PLC互控传递至地面操作台，全部操作均可在地面完成。

f.机内液压

接受控制系统的指令，为机内各系统液压执行元件提供液压能。

4、顶管进出洞口措施

管道所在土层不良，顶管难度高，顶管进出洞口时除采取安装洞口止水装置外，还需采取防止机头进洞磕头措施。

⑴、洞口止水装置

制井时顶管井洞口预埋钢板，在圆周上均布M24螺栓，顶进施工前安装双道橡胶止水带及止水带钢压板，并将压板螺丝紧固。

⑵、机头进洞止沉

机头进洞时，机头后5节管材预埋钢板，每节管道头尾处焊接钢法兰，利用M20螺杆将每节管道依次连接，使其形成10m长半刚体共同抵抗机头重力引起的洞口磕头现象，同时延长工作坑内导轨也可克服部分磕头现象，洞口土体加固及开洞凿桩有效控制标高同样对止沉起相应作用。

5、管材控制措施

⑴、卸车

卸车采用专用吊具卸管材，以确保管口质量。

⑵、验收

本段顶管管材尺寸精度越高，关节间间隙越小，由此造成的水土流失越少，周边环境的沉降量就越小，因此控制好管材的质量是本段顶管施工的一个重要环节。

我方将严格按照国家顶管用管材质量验收标准分别进行厂内和现场验收，逐节检查管节质量。

①、厂内验收

我方将在管材进场前到管材厂内进行管材验收，着重对管材的外表和尺寸进行检查。

管身外观无裂缝、无蜂窝麻面。

承插口圆度、端面垂直度、平面度；钢套环圆度、内径尺寸、壁厚、长度；橡胶圈宽度、高度等尺寸精度要求将偏差控制在0.75mm，若有达不到此要求的管材，一率退还厂家，不得运往现场投入使用。

②、现场验收

a、管身外观裂缝、蜂窝麻面情况。

b、对承插口圆度、端面垂直度、平面度；钢套环圆度、内径尺寸、壁厚、长度；橡胶圈宽度、高度等尺寸进行复核，确保运输过程中无磨损。

c、对质量有问题的管节做好标记，通知工程师代表或厂方，及时采取修补或更换措施。

⑶、管材堆放安装

①、管节堆放于平整场地上，并采用方木固定防止滚动，管节排列整齐，避免管接口相互碰撞，管节堆放一层。

②采用25吨起重机，用专用吊具吊起,以保护承插口，安放于顶管基坑轨道上，就位后用顶铁顶进。

6、减摩注浆措施

顶管时所遇到的摩擦力主要分为机头摩擦力和管壁摩擦力，为了减少摩擦力确保顺利顶进，因此采取润滑浆减摩措施，根据实际情况，润滑浆减摩又分为顶进时的机尾同步压浆和管道补浆。

从机头后第一节管至管道最后一节管布置注浆阀管，整段管道每隔5米设置一圈压浆阀管，每圈设4个压浆孔，每个压浆孔上安装一只l寸球阀，由橡胶软管与压浆总管相连，压浆总管是一根2寸白铁管，连接压浆泵，以上压浆系统上设有流量、压力调节阀。

⑴、浆液配制重量比：

膨润土:

CMC:

纯碱:

水=104:

1.05:

3.05:

800

⑵、浆液拌制完成后，存放与储浆筒内储存发效24小时以上方可使用。

⑶、机尾同步压浆：

以形成原始浆套，填充固有间隙和机头纠偏间隙，一次注浆量控制在100L/m左右。

⑷、沿线管节补浆：

因地下水作用，根据经验，一般情况每顶进10m浆液损失10%左右，因此每顶10m管道全断面沿线补充适当浆液量10L/m，以补充管道沿线浆套缺损。

⑸、定点压浆：

根据地面沉降测量反馈数据，对沉降过大处补偿性压浆，以支承地表荷载。

7、主要方法

⑴、顶管阻力的估算：

根据顶管理论，顶管时总推力R为顶管机头迎面阻力N与管壁四周摩擦阻力F之和。

顶管阻力的计算：

本工程顶进长度以最长一段计算，工作井段顶管计算取205米：

F=F1+F2

 其中F—总推力

 F1—迎面阻力    F2—顶进阻力  

F1=π/4*D2*P（D—管外径1.8mP—控制土压力）  

P=KO×R×HO

式中KO--静止土压力系数，一般取0.55

HO--地面至掘进机中心的厚度，取最大值5.0m

γ--土的湿重量，取1.9T/m3

P=0.55×1.8×5.0=4.95T

F1=3.14/4×1.82×4.95=12.59T

F2=πD×f×L

    式中：

f—管外表面综合摩阻力，取0.4T/M2（本次工程位于粉质粘土，管外壁采用触变泥浆减阻，使用优质膨润土，故取值为0.4）

    D—管外径1.8m

    L—顶距90m

F2=3.14×1.8×0.40×90=203.47T

F=F1+F2=12.59+203.47=216.06T

经计算得知顶管的总推力为216.06T，小于设计后靠最大承载力（5000KN，即500T）.满足施工要求。

（2）、进出洞措施：

①、顶管能否顺利出洞是顶管得以成功的基础，我们充分考虑到本工程的土质条件，管道埋设较深和地下工程的不可预见性和危险性，结合我们的成熟经验，提出以下出洞措施：

进出洞口地基加固用压密注浆法进行。

②、为使顶管出洞口不发生水土流失，导致工程受损，在出洞口安装可靠的止水装置是十分必要的，本工程采用的洞口防水装置为双道橡胶法兰形式，具有以下特点：

a、具有良好的水密性能；b、安装简便易行。

为使进出洞口止水装置发挥良好的水密性，必须在安装该装置时满足与设计轴线同轴的要求。

这样橡胶法兰便会被四周均匀压缩，达到止水效果。

③、触变泥浆减阻：

顶力的控制关键是最大限度地降低顶进阻力，而降低顶进阻力最有效的方法是注浆。

我们设想在管外壁与土层形成一条完整的环状的泥浆润滑套，改变原来的干摩擦状态，就可以大大减轻顶进阻力，为要达到这一目的，要做到以下几点：

A、选择优质的触变泥浆材料，膨润土取样测试，其主要指标为造浆率、失水率和动态塑性指数比，这些指标必须满足设计要求。

B、在管子上预埋压浆孔，压浆孔的位置要有利于浆液形成环状。

C、浆液的配置、搅拌、膨胀时间，都必须按照规范要求执行。

D、压浆方法要以与顶进同步注浆为主，补浆为辅，在顶进过程中，要经常检查各推进段的浆液形成情况，还可以通过各中继间和主顶装置的油压值推算出各段的注浆减阻效果，从而及时加以改进。

E、注浆设备和管路要可靠，具有足够的压力和良好的密封性能。

F、注浆工艺必须由专职人员进行操作，质检员定期检查。

压注触变泥浆又分为三类，分别控制：

a、同步压浆，以形成原始浆套，填充固有间隙和纠偏间隙。

b、沿线（及洞口）压浆，以补充管道不成直线形成的沿线浆套缺损。

c、定点压浆，根据沉降测量反馈数据，对沉降过大处补偿性压浆，以支撑地表。

在顶管施工中，要做好压浆量、点的记录，以确保压浆工作到点，以降低管外壁摩擦阻力，提高顶管质量。

地面沿线有专人巡视，防止压浆打穿地层造成浆套损坏。

触变泥浆的配比选料中，对膨润土应选择膨胀倍率较大、杂质小、颗粒在150目以上的优质膨润土较好。

石膏具有使泥浆保持其减摩擦效果持久的功能，同时有提高浆液的胶凝强度。

从机头后第1节至第8节管道每节设置注浆孔，以后每隔3节设置一圈压浆孔，每个压浆孔上安装一只1寸的球阀，由橡胶管和压浆总管连接，压浆总管是一根1.5寸白铁管，连接压浆泵，压浆泵选用螺杆泵。

以上压浆系统上设有流量、压力调节阀，触变泥浆选用标准的浆料，在搅拌筒内按一定的比例兑水充分搅拌后方可使用。

配置的触变泥浆要求粘滞度高、失水量小、稳定性好、还要求静切力低以满足长距离输送需要，理论要求：

比重为1.06——1.10，黏度为20～30S

静切力80～130mg/cm2,含砂率<4%

胶体率>90～95%，失水率<14ml/30min

8、纠偏控制措施

机头前、后两只钢壳相套而成，为二段一铰的焊接钢结构圆筒，

纠偏油缸设置在前、后壳体之间，可使前、后两壳在三维作相对折角为2°左右及轴向为5㎝左右的变化。

顶进轴线的偏差与管道顶进阻力、地面沉降、管道接口的水密性及管道水力条件有很大关系，根据测量的机头位置数据，结合机头的前后壳体间折角、机头滚动角,倾斜仪读数,即可算出机头的现存偏差及发展趋势。

根据发展趋势确定是否需要纠偏，决定纠偏时动作不要过大，根据管道行程可逐渐放大，如偏差较大时不可在同一节管道内完成纠偏动作，应根据机头偏移值计算其偏离角度同纠偏最大机头折角比较，估算纠偏油缸深出量，通过一段管道长度修正偏移值。

9、顶管通讯监控措施

本段顶管顶进必须保证信息交换渠道的畅通，同时对施工操作人员要进行监护，防止发生安全事故，因此需要设置通讯、监控系统。

通讯采用数字程控交换机，各联络点之间可以通过电话联系，由于管道内空气潮湿，应使用防潮、防爆的矿用电话机，以保证通话质量。

监控采用了两台监视器，分别对工具管操作面和主顶操纵台进行监控。

这样地面人员能及时了解施工情况，发生问题可以及时解决。

为了解决传输信号长距离输送衰减的问题，将信号通过放大器放大后再送上地面，保证图像的清晰。

10、顶管内排风及气体监测措施

为了改善管道内的工作环境，施工时对管道进行强制通风，由地面空压机提供的经过滤清、除湿、降温的新鲜空气通过气管送到施工作业面，管道内的浑浊空气则由作业面向工作井自然流通。

⑴、风机参数：

型号:

高压离心式通风机

流量：

1174～2504立方/小时全压：

4603～4112PA

转速：

2900r/min功率：

5.5KW

⑵、通风管道内径Ф200MM，塑料导风管

⑶、管道内空气体积

V=1/4×3.1415×1.52×330=584立方

约1小时可循环一次空气

由于顶管覆土较深，地层中可能存在有毒气体等，在施工中，这些气体可能会从管道的缝隙处渗入管道内，危及施工人员的安全。

为此，每次下井时，都由施工人员携带便携式可燃性气体监测仪器进行测试，确保安全才能进行施工，否则必须进行强制通风，待气体浓度恢复正常后，再进行顶进施工。

11、管道接口防渗漏措施

管口渗漏的主要原因为橡胶圈错位或管口不圆，因此管材进场后严格检查管材的圆度和将橡胶圈粘牢并避免其扰动为主要措施。

橡胶圈粘结采用厂内加工，避免因施工紧张而出现的橡胶圈粘结后胶水风干氧化时间不足而产生的质量问题。

管道顶进安装之前在橡胶圈上均匀涂抹硅油，保证橡胶圈顺利滑入接口钢圈内不受外力影响错位变形。

12、管道外置换触变泥浆措施

机头管道顶进时，须压注润滑浆以减少摩擦。

在管道周围的土体因浆液的渗透，机头削切土体所产生的扰动，而存在很多裂缝空隙。

扰动范围以管外壁0.3m范围尤为严重，而触变泥浆仅能临时填充这些空隙，随着地下水流作用将带走触变泥浆，将引起水土流失，引起地面沉降。

为此，顶进后须从注浆孔向管外注水泥固化浆，减少土体的后期沉降，避免管道周围构筑物损坏。

⑴、管材浆孔布置

管材触变浆压浆孔管节，每道压浆孔管上设置4个浆孔。

⑵、注浆材料：

水泥采用425#普通硅酸盐水泥，材料配合比选择如下：

水:

水泥:

水玻璃:

膨润土=0.6:

1.0:

0.05:

0.05,水灰比0.6。

浆液用量为加固土体的15~20%。

⑶、施工机械：

注浆泵：

SYB50/50-11台

拌浆桶：

SM-100-11台

⑷、施工步骤：

井上拌浆、压浆设备安装就位后，把压浆软管接入管道内压浆孔，压浆顺序，跳孔注浆、先上后下，由管内浆孔向管外注入水泥浆；拔管后在管道内所留的压浆孔用水泥沙浆封堵。

注浆终止条件以灌浆浆量控制，约100L/m3土体。

13、安全技术措施

（1）、认真贯彻执行“安全第一，预防为主”的生产方针，严格执行国家关于劳动生产和安全的有关规程、法规、政策，把安全工作放到第一位，并落实的实处。

对员工进行“三级”教育，学习有关安全操作规程。

健全各种规章制度，制定各种安全操作规程，警示牌要醒目挂在作业现场处，重要岗位、特殊工序制定专项安全措施，特殊工种，必须持证上岗。

（2）、用电安全

a、一切电器设备、路线等安拆，必须是有证的电工操作，任何人不得擅自安拆。

严禁电路超负荷工作。

杜绝各种安全事故发生。

b、露天的配电箱其底离地面应符合规范要求（60cm），装置牢固，配电箱应有防雨漏电装置，有接地装置。

经常检查电器设备和线路，以确保施工的正常进行和杜绝安全事故的发生。

c、加强用电管理，电工应按操作规程施工，上岗时必须随带所必须的防护用品，严禁带电操作，同时必须普及职工用电和触电抢救知识，清除隐患、杜绝事故。

3、施工安全

a、施工人员进入现场必须戴好安全帽，严禁赤脚、穿托鞋进入工地。

b、施工现场和其他有危险的地方要设立明显的警示标志，基坑和沟槽四周要设护栏或隔离措施，晚间有警示灯，晚间施工要有足够的灯光照明。

c、起重作业要有专人统一指挥，操作前对各种工具、设备，特别是钢丝绳进行仔细检查，并进行试运转，严禁起重臂下站人。

4、机械安全

a、各种机械设备操作人员必须持证上岗，按操作规程操作，严禁无证操作，且要定机定人操作。

辅助作业人员必须安全培训后上岗。

b、大型机械：

起重机、挖土机等各制动器、离合器动作要灵敏可靠，各种仪表完好，机械连接件必须紧固、油路系统正常、钢丝绳规格、强度符合要求、吊环、吊钩无裂纹、变形、破旧、织补焊磨损不超标，灯光、喇叭、雨刷、倒车镜等需完整无损。

c、中、小型机具：

搅拌机、振动器等，整机安装要平衡牢固，轮轴要有防锈措施，工作场地排水良好，各种传动部分防护要齐全，传动离合器要灵活可靠，接地保护要安全、可靠，电源上均应安置漏电保护装置，机貌清洁。

作业区有醒目的警示标志，另外要搭设机棚。

14、文明施工措施

为创造良好的工作环境，养成良好的文明施工作风，增进职工身体健康施工区域和生活区域应有明确的划分。

现场材料堆放整齐。

保护现场施工环境。

施工现场污染防止：

（1）、噪声防止：

严格遵照《中国建筑施工场界噪音限值》制定降噪的相应制度和措施。

对现场的机械设备采取降噪措施，作好周围群众的工作。

（2）、水污染防止：

设置泥浆沉淀池，使工地的泥浆严禁流入到马路上。

（3）、施工现场应设置防护栏，工地现场、道路设置警示标志、警示灯。