泥水平衡顶管方案.docx
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泥水平衡顶管方案
淞虎河道安乡县城区流域河系综合整治项目黑水段治理工程六标段
泥
水
平
衡
式
顶
管
施
工
方
案
编制人：
汤侃
审核人：
张小兵
编制单位：
长沙市市政工程有限责任公司淞虎河道安乡县城区流域河系综合整治项目黑水段治理工程六标段项目部
一、工程概况
1、工程名称：
淞虎河道安乡县城区流域河系综合整治项目（黑水段治理工程六标段）
2、工程地点：
安乡县深柳社区
3、工程量：
DN1200顶管约80米，工作井（接收井）各一座。
4、工期：
2017年11月30日-2018年2月30日
二、工艺流程
三、施工方案
1.1、机头选型
本工程由于本工程工期紧，周边环境影响要求高，为确保绝对顶管工程及周边建筑物的安全，我公司根据以住施工经验，决定采用镇江宏宇机械有限公司生产的NPD－—DN1200型具有破碎功能的平板刀泥水平衡顶管掘进机进行顶管施工作业。
其基本原理是主轴偏心回转运动而破碎的泥水平衡顶管机，其刀盘的正面，开口比较大，便于大块的卵石等能进入顶管机内，刀盘正面上下两个泥土和石块的进口，其开口的面积约占顶管机全断面的15%～20%。
刀盘由设在主轴左右两侧的电动机驱动。
电动机是通过行星减速器带动小齿轮，然后再带动设在中心的大齿轮。
大齿轮与主轴及轧辊联接成一体。
主轴的左端安装有刀盘。
这样，只要刀盘驱动电机转动，刀盘也就转动，同时轧辊也转动。
在掘进机工作时，刀盘在一边旋转切削土砂的同时还一边作偏心运动把石块轧碎。
被轧碎的石块只有比泥土仓内与泥水仓联接的间隙小才能进入掘进机的泥水仓，然后从排泥管中被排出。
另外，由于刀盘运动过程中，泥土仓和泥水仓中的间隙也不断地由最小变到最大这样循环变化着，因此，它除了有轧碎小块石头的功能以外还始终能保证进水泵的泥水能通过此间隙到达泥土仓中，从而保证了掘进机不仅在砂土中，即使在粘土中也能正常工作。
一般情况下，刀盘每分钟旋转2--3转，每当刀盘旋转一圈时，偏心的轧碎动作达20～23次。
由于本机有以上这些特殊的构造，因此它的破碎能力是所有具有破碎功能的掘进机中最大的，破碎的最大粒径可达掘进机口径的40%～45%之间，破碎的卵石强度可达200Mpa。
本掘进机的优点是：
特点：
A、顶管机、主千斤顶、泥水循环系统和泥水分离装置（DESANDMAN）成套化。
B、带锥形破碎机的条幅刀盘，能破碎小于外径30%，一轴强度196Mpa（2000kg/cm2）的砾石。
C、该机能适用各种土壤条件，如粘质土、砂土、砂砾混合卵石土和软岩上。
D、使用安装在轨道上的主顶油缸。
一次顶进长度超过100m。
E、该机由一人在地面遥控操纵即可。
F、可在控制台上进行电视监测及方向控制，精度高。
带有ISEKI专利的RSG双光靶方向控制系统，有经验的操作人员可以将方向误差控制在10mm之内！
G、使用主千斤顶不间断便可单独顶进一节管子。
H、泥水分离装置DESANDMAN是一种密封性好，操作灵活的分离系统，且能节省安装空间。
此机型在现今使用较广，我们有着成功施工经验、技术成熟、可靠，对土层扰动少的特点。
偏心破碎泥水平衡顶管掘进机是根据含水量较高的沙砾土而专门设计的。
因此特别适应本工地基顶管的施工。
1.2、平面布置、井内布置及管内布置
在工作井范围内实行全封闭隔离施工并布置以下必要的设施，地面指挥监测中心、操作室、仓库、配电间等。
布局要合理，环境整洁、卫生，并有专职人员进行管理。
现场布置采用25t汽吊，设备进场时，采用25t汽车吊车。
管道顶进时，起吊设备采用采用25t汽车吊车。
井内布置
工作井井内布置主要是后靠背、导轨、主顶油缸、油泵动力站、钢制扶梯等。
1.3、出土方案
泥水平衡式顶管的出土采用全自动的泥水输送方式，被挖掘的土通过在机舱内的搅拌和泥水形成泥浆，然后由泥浆泵抽出，高速排土。
在沉井上部砌1只沉淀池。
沉淀的余土外运需按文明施工要求和渣土处理办法，运到永久堆土点，不得污染沿途道路环境。
1.4、顶力计算
顶管受力计算
顶力计算推力的计算：
管径1200mmF=F1十F2其中F—总推力Fl一迎面阻力F2—顶进阻力F1＝PS＝P×π×D2/4（D—管外径1.4mP—控制土压力）P＝K0×γ×H0式中K0——静止土压力系数，一般取0.55H0——地面至掘进机中心的厚度，取最大值7mγ——土的湿重量，取1.9t/m3P＝0.55×1.9×7＝7.315t/m2F1＝PS＝P×π×D2/4=7.315×3.14×1.4/4＝8.04tF2＝πD×f×L式中f——管外表面平均（根据顶进距离平均淤泥土）综合摩阻力，取0.8t/m2D—管外径1.4mL—顶距，80mF2＝3.14×1.4×0.8×80＝281.344t。
因此，总推力F=8.04+281.344＝289.384t。
根据总推力、工作井所能承受的最大顶力及管材轴向允许推力比较后，取最小值作为油缸的总推力。
工作井设计允许承受的最大顶力为500t，管材轴向允许推力500t，主顶油缸选用2台250t（2500KN）级油缸。
每只油缸顶力控制在200t以下，这可以通过油泵压力来控制，千斤顶总推力300t之内。
因此我们需无增加额外的顶进系统方可满足要求。
1.5、出洞方案
为防止出洞口及顶进过程中泥水压力过大涌入工作井内，在洞口内预先安装一个单法兰穿墙钢套管，用于安装橡胶止水圈及止水封板。
由于顶进距离长，造成管材表面防腐层磨损、因此，我们在洞口里侧增加一道橡胶止水圈，当需更换外部橡胶止水法兰时，洞口内部的橡胶止水圈可防止地下水进入井内。
1.6、测量以及设备安装
测量的方法
（1）、通视条件下的测量1.1.1使用交汇法引工作井及接收井预留洞口中心至各自的井壁。
置经纬仪至A点，后视B点，作BA直线的延长线，并在工作井后部定出一点C。
保证C、A、B在一条轴线上，置经纬仪在C点上，后视A点，在工作井井壁上定出一点A，，置激光经纬仪基座于井下D点，并抄平固定激光经纬仪架，置经纬仪于A点，后视B点，在激光经纬仪器架上定出D点，D点同A，，A，B点在竖直方向上成一直线，安装激光经纬仪于仪器架上，对中D点，后视A，点，依设计轴线打好角度，既可定出轴线。
（2）、不通视条件下的测量
2.1引出A、B两点后可根据导线法以及平移法定出C、D、A，，其余步骤同通视条件下测量定位。
2.2后靠背导轨及后顶的安装
轴线确定后先安放后靠背，后靠背后部距离井壁100~200mm，调整后靠背前后以及左右方向，应尽量保证后靠背的中心于轴线相重合，调整方法见图：
在轴线定好后既可安装导轨以及后顶，先根据导轨本身的尺寸计算出导轨顶面至轴线的高差h，至水平仪于井下，在井四周作出4~6个临水点，保证轴线标高-临水点高程=h，安放导轨时可用线绳在相对的两个临水点拉出一条直线，使导轨顶轻触于线绳既可，然后根据轴线调整导轨轴线在竖直方向上于已知轴线的竖直投影线重合，导轨轴线方向调整好后再精调导轨的高程，最后支撑导轨至井壁上。
引轴线至井底前后两侧A、B两点，分中后靠背，在后靠背上作一分中点C，开始放置后靠背时尽量使C点在AB的延长线上，此值可肉眼鉴定，误差不应大于10cm，在后靠背边缘定出任意等高两点D、D，，测量AD和AD，的距离，只需保证AD的距离约等于AD，的距离既可，误差不应大于3cm，导轨左右方向确定后既固定下面两侧各一点，后使用线坠调整前后方向既可，最后根据实际情况填塞C15-C30的混凝土至井壁到后靠背的间隙，后方顶的安装在后靠背的安装完毕后进行，抄平后顶后只要保证所以千斤顶后平面贴实后靠背既可固定。
导轨安装完毕后需在预留洞口内安装副导轨，副导轨的轴线以及高程均要与主导轨保持一至，此副导轨用于防止机头进洞后低头，见下图：
增高装置可根据机头重量以及增高量选择枕木，钢支架或砼垫层。
洞口止水装置的安装，应保证除止水圈外最小直径大于进洞物最大直径的8cm，防止受到进洞物的剪切而失去止水效果，位置确定后可用水泥砂浆封堵与井壁形成的间隙，防止从间隙处漏水、漏浆。
1．7．泥水系统的安装
泥浆池应尽量靠近工作井边，可采用并联法，见图：
泥浆池尽量靠近工作井边，可以减少排泥管路过长而且产生的管路摩阻力，沉石箱的配置可沉淀块状物，防止块状物直接进入排泥泵引起排泥泵堵塞和损坏。
注浆系统应尽量使用螺杆泵以减少脉动现象，浆液应保证搅拌均匀，系统应配置减压系统，在泵出品处1米外以及机头注浆处各安装一只隔膜式压力表。
1．8．顶进开始调试阶段以及土体取样：
顶管下井前应作一次安装调试，油管安装先应清洗，防止灰尘等污物进入油管，电路系统应保持干燥，机头运转调试各部分动作正常，液压系统无泄漏。
机头下井后刀盘应离开封门1米左右，放置平稳后重测导轨标高，高程误差不超过5mm，既可开始凿除砖封门，砖封门应尽量凿除干净，不要遗留块状物，同时可进行土体取样工作，使用Ф100，L=500mm的两根钢管在洞口上下部各取长400mm的土样，取样工作完成后随既顶机头，使机头刀盘贴住前方土体。
机头属于刀盘不可伸缩型，土压力表所显示的土压力为泥仓土压，显示的土压力与实际顶进的土压力存在一个压力差ΔP，此值一般取15-30T，由于进泥口是衡定的，TCZ机头的土压控制主要通过顶速来调节，每次初顶时先调节好送水压力，然后打开机内止水阀，转动刀盘，关闭机内旁道，待流量达到额定值的80%时既可开始顶进，送水压力可通过机内压力调节既可完成。
1.8.1、顶进过程中的方向控制
由于机头本身所具有的方向诱导装置，纠偏操作就变的简单易行了，操作员只要通过纠偏动作，始终保证激光点在二号光耙的中心既可。
测量与方向控制要点
（1）有严格的放样复核制度，并做好原始记录。
顶进前必须遵守严格的放样复测制度，坚持三级复测：
施工组测量员→项目管理部→监理工程师，确保测量万无一失。
（2）布设在工作井后方的仪座必须避免顶进时移位和变形，必须定时复测并及时调整。
（3）顶进纠偏必须勤测量、多微调，纠偏角度应保持在10’～20’不得大于0.5°。
并设置偏差警戒线。
（4）初始推进阶段，方向主要是主顶油缸控制，因此，一方面要减慢主顶推进速度，另一方面要不断调整油缸编组和机头纠偏。
（5）开始顶进前必须制定坡度计划，对每一米、每节管的位置、标高需事先计算，确保顶进时正确，以最终符合设计坡度要求和质量标准为原则。
1.9、顶管动力、照明配套
1.9.1、顶管动力配套DN1000（一套）以下设备不是同时启动
序号
设备名称
数量
总功率
（kw／h）
1
刀盘电机
2
30
2
输送泵电机
2
37
3
纠偏油泵电机
1
3
4
液压系统电机
2
30
5
注桨电机
1
15
6
桨液搅拌机
1
11
7
电焊机
2
22
8
排水泵
2
15
9
合计
163
动力电线设置：
管内设置—二路电缆，按其配套动力负载功率，选择电缆规格，供电采用TN—S方式，三相五线制移动电线装接。
1.10．管接口质量控制
1.10.l 本工程所用管材为国标‘F钢承口‘三级钢筋混凝土管，管材受力性能好，接头采用止水橡胶圈柔性接口工艺，稳定性高接口处止水密封性能好。
1.10.2 选用优良管材并处理好管子接口顶管施工是十分重要的。
要按有关规范对管材作现场检查验收，如发现不合格品坚决予以退回。
1.10.3 管材供应
在顶进过程中，管材的供应是非常重要的，如果供应不及时造成顶进停止，后果是非常严重的，由于机头重量一般较大，长时间的滞留会造成机头沉降，使轴线发生偏差；或已顶好的管子和周围土体固结，使得摩阻力增大。
因此，在开始顶进前，需指定详细周全的供应计划，现场应备有足够余量。
1.10.4、设备维修及保养
在本工程项进过程中，特别需要对掘进机进行维修和保养，使掘进机始终处于优良的使用状态，从而顺利完成本工程实施。
1.11 液压系统
当液化油出现乳化时，说明液压油己严重氧化，应予以更换，更换液压油之前须把油箱内清洗干净。
加油必须用精滤车过滤后方可加入。
另外，一旦发现油管老化应予以更换。
电气系统
电气系统应保持干燥，保持指示灯及各仪表正常。
1.12 纠偏系统
纠偏系统要经常检查是否漏油、油液质量、油压情况，如发现不正常情况及时更换。
2.1、注浆减磨
顶管的推力就是顶管过程管道受的阻力，包括机头切土正压力、管壁摩擦阻及管外壁气水压力。
管外壁正压力与土层密实度、土层含水量有关。
根据有关工程统计资料，软土层一般为20-30t/m2，硬土层通常在20-60t/m2。
大于40t/m2时表明土质较好。
F1=S1×K1
F1----顶管正阻力（t）
S1----顶管正面积（m2）
K1----顶管正阻力系数（t/m2）
F1=S1×K1=πr2×k1
管磨擦阻力：
管壁与土间磨擦系数及土压力大小有关。
根据有关工程统计资料，管壁磨擦阻力一般在0.1-0.5t/m2之间。
F2=S2×K2
其中
F2—顶管侧磨擦力（t）
S2—顶管侧面积（m2）
K2—顶管侧阻力系数（t/m2）
F2=S2×K2=πDL×k2
为了减小顶压进阻力，增大顶进力，并且为了防止出现塌方，顶管过程中，应采用在管壁与土壁的缝隙间注入触变泥浆，形成泥浆护套，减少管壁与土壁之间的摩擦力。
泥浆在输送和灌注过程中具有流动性、可泵性。
a、触变泥浆的材料
触变泥浆的主要成份是膨润土、掺入碱和水配制而成。
为了在顶进完毕后使触变泥浆固结增强，可掺入石灰膏。
但为了施工使用时保持流动性，还必须掺入缓凝剂和塑化剂。
b、触变泥浆的拌合程序
将定量的水放入搅拌罐内，并取其中的一部分水来溶化碱；
3.1顶进测量控制
3.1.1初始顶进后500mm，顶进测量开始，测量仪器使用经纬仪，每顶进300mm做一次中心、高程记录，并及时向技术负责人汇报，以便采取措施。
每次下管后对工作井中心线校测，同时人工测量机头后第一管口、第二管口中心、高程，与计算机中记录数据对照，同时绘制机头、第一节管、第二节管中心、高程测绘曲线，作为纠偏方案的依据。
3.1.2管道纠偏本工程使用的顶管机带自动纠偏功能，纠偏原理是：
经纬仪发出不可见光，到机头中心光靶，光靶把偏移反应到控制台，控制台控制纠偏千斤顶工作。
经纬仪测量高程、中心误差百万分之二，顶管机纠偏误差2cm之间。
就顶管机本身而言，高程、中心控制在±30mm是没问题的
四、安全措施
顶管施工中，应遵照国家、省市颁发的有关安全操作规程，及施工用电、机械设备安全规程，建立完善的安全保证体系，加强施工中的安全检查，发现隐患及时排查，确保作业标准化、规范化。
4.1.1顶管施工前，应查明顶管沿线地下障碍物的情况，对管道穿越地段的管线及上部建构筑物等做好安全保护措施。
4.1.2在施工现场周围有警示挡板，悬挂警示牌。
工作井上部设安全平台，周围设护栏杆，井下作业戴好安全帽。
4.1.3顶管后座安装时，如发现后背墙面不平或顶进时枕木压缩不均匀，必须调整加固，方可顶进。
顶进过程中，不得站在顶铁两侧操作，以防止崩铁伤人。
4.1.4吊装顶铁或管道时，严禁吊臂工作半径内停留。
往工作坑内下管时，应穿保险钢丝绳，并缓慢的将管子送入导轨就位，防止滑脱坠落。
五、环保措施
5.1.1工程施工过程中严格遵守国家和地方政府下发的有关环境保护的法律、法规和规章，加强对施工燃油、工程材料、设备、废水、生产生活垃圾的控制和治理，遵守有防火及废弃物处理的规章制度，做好交通环境疏导，认真接受城市交通管理，随时接受相关单位的监督检查。
5.1.2施工中采取有效措施控制施工过程中的扬尘、噪声，尽量减少对周围居民的干扰。
5.1.3合理规划使用施工场地，按施工平面布置图布置设备、设施和材料。
规范围挡，设置围栏，做到标牌清楚、齐全，各种标识醒目，施工场地整洁文明。
5.1.4定期清运沉淀泥砂，做好泥砂、弃渣及其它工程材料运输过程中的防散落与沿途污染措施，废水除按环境卫生指标进行处理达标外，并按当地环保要求的指定地点排放。
弃渣及其它工程废弃物按工程建设指定的地点和方案进行合理堆放和处治。
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