长距离大口径泥水平衡式顶管施工工法.pdf

1、 长距离、大口径泥水平衡式顶管施工工法长距离、大口径泥水平衡式顶管施工工法 中冶天工上海十三冶建设有限公司中冶天工上海十三冶建设有限公司 2013 年年 目目 录录 1 前言.1 2 工法特点.1 3 适用范围.1 4 施工工艺原理.1 5 施工工艺流程及操作要点.2 5.1 泥水平衡工艺流程图.2 5.2 操作要点.4 5.3 施工准备.3 5.4 中继间设置.5 5.5 施工方法.5 5.6 顶管施工技术措施.13 6 材料与设备.15 6.1 管材加工运输.15 6.2 劳动力配置.15 6.3 机械设备配备.16 7 质量控制.17 7.1 质量控制标准.17 7.2 顶管施工质量保证

2、措施.18 8 安全措施.18 9 环保措施.19 10 效益分析.19 11 应用实例.20 长距离大口径泥水平衡式顶管施工工法长距离大口径泥水平衡式顶管施工工法 第 1 页 共 20 页 长距离大口径泥水平衡式顶管施工工法 中冶天工上海十三冶建设有限公司基础分公司 郝鑫 1 前言 随着城市化进程的加快和地下管线的普及率提高，对城市供水系统要求越来越高，原有的地下给排水管道已远远不能满足城市发展的需要。但由于地上有铁路、公路、河流、建筑物等障碍物，顶管施工越来越受到重视。这种施工不需要开挖面层，且能够穿越公路、铁道、河川、地面建筑物、地下构筑物以及各种地下管线，降低施工成本。泥水平衡式顶管掘

3、进机利用泥水把切削下的泥土转化成泥浆，使用排泥泵排出工作井外，这种方法可以进行连续不断的作业。所以，泥水平衡式顶管在长距离大口径顶管中应用较为广泛。广州番禺前锋净水厂总管工程、东莞市第四水厂二期给水管道工程均采用泥水平衡施工方法。2 工法特点 2.0.1 本工法是一种非开挖施工技术，施工进度快，对周围地层扰动少，地表面变形小。2.0.2 本工法顶进施工时的连续作业性能好，。2.0.3 采用本工法施工时总顶力小，在黏性土层中的长距离顶进，优于其他类型顶管工法。2.0.4 无需进入管道内部施工，采用地面操作系统，安全、直观、方便。2.0.5 施工噪音小，不破坏道路、不影响交通，环境污染小，施工精度

4、高，技术先进。3 适用范围 3.0.1 本工法适应于各类大中型地下管道施工（管径大于 1200 毫米），通常包括混凝土管道、钢管、玻璃钢夹砂管、球墨铸铁管道等等。3.0.2 本工法适用各种地质条件，尤其对地下水位高、压力变化较大的地层更具有优越性。4 施工工艺原理 泥水平衡式顶管是一种专业的非开挖施工技术，它主要是将含有一定的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。泥浆水在挖掘面上形成一层泥膜，加上一定的压力就可以平衡地下水压力和土压力，长距离大口径泥水平衡式顶管施工工法长距离大口径泥水平衡式顶管施工工法 第 2 页 共 20 页

5、从而防止地下水的渗透，借助主顶油缸的推力将掘进机头推入洞口的止水圈，穿过土层往接收井的方向，电动机提供能量，转动切削刀盘，通过切削刀盘进入土层，最终掘进机和工具管被推到接收井内吊起，同时把紧随掘进机和工具管的管道埋设在两坑之间，设计管道铺设完成。顶管机主机示意图见图 4-1。切削刀盘切口封板纠偏千斤顶壳体前后倾斜仪切土口控制 电动机吊盘测量仪器液压泵电视摄像仪垫板旁通阀法兰接头排泥浆软管橡胶垫板密封圈排泥浆软管减速装置图图 4-1 顶管机主机示意图顶管机主机示意图 5 施工工艺流程及操作要点 5.1 泥水平衡工艺流程图 工艺流程如图 5.1-1 所示，5.2 操作要点 1 当掘进机停止工作时，

6、一定要防止泥水从土层或洞口及其他地方流失。不然掘进面就会失稳，尤其是在进洞这一时间内更应防止止水圈漏水。2 无论何时要注意管缝的密封性，管缝密封性不好时注入管外壁与土层之间的减磨泥浆从管缝漏出，管壁与土层之间无法形成良好地浆套，反而会增加顶管的阻力，影响管道的顶进长度。3 在掘进过程中，应注意观察地下水压力的变化，并及时采用相应的措施和对策，只有这样才能保持挖掘面的稳定。4 在顶进观察中，随时要注意挖掘面是否稳定，不定时的检查泥水的浓度和相对密度是长距离大口径泥水平衡式顶管施工工法长距离大口径泥水平衡式顶管施工工法 第 3 页 共 20 页 否正常，还要注意进排泥泵的流量和压力是否正常。应防止

7、排泥泵的排量过小造成排泥管的淤泥和堵塞现象。5 后背墙的承载力，因为顶力较大，要计算好后背墙的承载力。一旦顶力大于后背墙的极限承载力，后背墙破裂将导致顶管作业较长时间停顿，长时间停顿直接导致阻力增大，势必影响工程顺利实施。5.3 施工准备 5.3.1 施工资料准备 1 工程施工前应由设计单位进行设计交底及图纸会审，发现问题及时向设计单位提出变更修改。2 工程施工前应掌握管道沿线的地形、地貌、建筑物、各种管线及设施情况，熟悉工程地质勘察报告、水文地质资料、气象资料。3 结合工程实际，编制施工组织设计，制定保证安全质量的措施。5.3.2 施工测量 根据测量控制点的坐标和高程，布臵现场的测量控制点，

8、并设永久性测量控制桩。5.3.3 工作井与接收井施工 工作井必须满足在顶力和周边水土压力作用下的强度和变形要求，结构形式应根据顶力大小和地下水情况因地制宜地选择。5.3.4 顶力估算 1 施工前，应对总顶力进行估算，以验算设备及材料承受力和确定工艺。2 顶力计算参考给水排水工程顶管技术规程CECS 246:2008 F=D L fk+NF 式中：F 总顶力标准值（kN）；D 管道的外径（m）；L 管道设计顶进长度（m）；fk 管道外壁与土的平均摩阻力（kN/m）；NF 顶管机的迎面阻力（kN）。NF=(/4)Dg Rs Hs 式中：Dg 顶管机外径（m）；Rs 土的重度（kN/m）；长距离大口

9、径泥水平衡式顶管施工工法长距离大口径泥水平衡式顶管施工工法 第 4 页 共 20 页 Hs 覆盖层厚度（m）。顶管准备顶管准备顶管掘进机就位顶管掘进机就位后座顶板安装后座顶板安装泥浆房、水泵房搭设泥浆房、水泵房搭设行车安装行车安装顶进设备进场顶进设备进场导轨拼装导轨拼装 机头调试 机头调试安装止水闷板安装止水闷板后座顶进后座顶进工具头进行试运转工具头进行试运转安装出泥系统安装出泥系统压浆压浆出土出土供气供气测量测量供电供电管道顶进管道顶进砼管节拼装砼管节拼装加入中继环加入中继环顶进至掘进位置顶进至掘进位置管道试压管道试压拌浆拌浆出泥系统出泥系统通风系统通风系统轴线高程控制网轴线高程控制网配电间

10、配电间止水橡胶安装止水橡胶安装钢筋混凝土验收钢筋混凝土验收后座千斤顶安装后座千斤顶安装井内其他设备安装井内其他设备安装 电器自动化控制 电器自动化控制顶管掘进机穿墙管顶管掘进机穿墙管顶管掘进机顶进顶管掘进机顶进验收验收防腐防腐中继千斤顶安装中继千斤顶安装中继泵站安装中继泵站安装管内设备拆除管内设备拆除 图图 5.15.1-1 1 泥水平衡工艺流程图泥水平衡工艺流程图 长距离大口径泥水平衡式顶管施工工法长距离大口径泥水平衡式顶管施工工法 第 5 页 共 20 页 5.4 中继间设臵 5.4.1 中继间设臵 为保证工作井和钢筋砼管材受力不超过规定，主顶油缸合力达到 600 t 时，设臵一套中继间。

11、中继油缸为 20 个，环向均布，缸径 100mm，行程 300mm，工作压力 31.5Mpa，额定推力合力 1000t，许用推力 600t。中继间为两钢制中继环套接而成。中继油缸动力由井内主液压站供应，高压软管连接，电磁阀井内控制。5.4.2 设备检查和调试 1 检查设备各系统指示灯是否正常；2 检查刀盘的电机，正、反转的方向控制是否符合标示，是否有异常音响；3 启动油泵车，检验液压系统是否正常，有无泄漏；4 检查纠偏油缸是否已经缩到极限位臵；5 检查各类压力表；6 检查顶管机安放在导轨上的位臵、水平度等数据。5.5 施工方法 5.5.1 顶管设备操作方法 1 在使用之前，对操作人员进行培训。

12、2 顶进分初始顶进和正常顶进两个阶段。初始顶进是顶进机从顶进开始到第一节管子接上之前的顶进过程。在此以后就是正常顶进。3 刀盘全部旋转且泥浆注入后，方可用主顶油缸徐徐顶进。顶进速度要小于 35mmmin。一有异常立即停止顶进。4 在初始顶进阶段不可以进行纠偏。同时要始终注意观察顶管机与基坑导轨的接触情况是否正常，还要经常观察倾斜仪数据的变化，如果数据有变化必须马上分析原因，决定是否继续顶进或采取其它措施。5 正常顶进中要随时进行纠偏。要做到勤测勤纠。避免偏差大时难以纠正。因此一定要做到微纠和看趋势进行纠偏。如果上下和左右同时发生偏差，一般应先纠上下、后纠左右，因为上下比左右难纠。6 顶进中，特

13、别是在硬土中顶进时，尽量减少把刀盘停下来，刀盘如果不能起动，可正反多次起动，不可一个方向长时间启动，以免烧毁电机。7 在顶进过程中，应始终密切观察各电压、电源表是否在常规范围内，一旦发现不正常长距离大口径泥水平衡式顶管施工工法长距离大口径泥水平衡式顶管施工工法 第 6 页 共 20 页 应立即停机检查。8 泥水平衡式顶管，在起始推进的 50m 范围内，在地面布臵沉降控制桩，以测得各断面的地表沉降量，再与相应的掘进机参数进行比较，从而对推进时机头土压力值，推进速度进行优化，用以指导以后的操作和控制。根据以往施工经验，本工程地表沉降值对泥水平衡顶管可控制在 30mm。9 根据施工经验，定期做好设备

14、维修和保养工作。5.5.2 泥水输送 泥浆输送系统是由一根 6送泥管、一根 6排泥管、送泥泵和排泥泵等部分组成。经处理后的泥水由调整槽通过 P1-1 泵或 PH 泵由地面送至井下，顶管内排出的高密度泥水，经安装在地面和隧道内的接力泵送回至地面泥浆沉淀池，见图 5.5.2-1。5.5-1 泥水输送系统流程图泥水输送系统流程图 5.5.3 顶管主要施工参数的设定与调整 1 切口水压设定 泥水平衡顶管顶进时，开挖面不断被刀头切削，此时泥膜被刀头切削并将泥水压力传递给土体，由于刀头的介入使传递给土体的外力增加，因此开挖面处于动态平衡之中。切口水压的上、下限值设定可根据常用土体力学计算公式计算得到。长距

15、离大口径泥水平衡式顶管施工工法长距离大口径泥水平衡式顶管施工工法 第 7 页 共 20 页 实际顶进过程中的切口水压是根据切口水压设计设定值、实时的土砂量和干砂量积算值等重要参数设定。其中切口水压设计设定值可根据近 1050m 掘进过程中较佳的设定值回归所得，见图 5.5.3-1。图图 5.5-2 50100m设定切口水压与理论计算关系图设定切口水压与理论计算关系图 2 顶进速度 顶进速度的控制过程中，应注意以下几点：1)主顶启动时，必须检查千斤顶是否靠足，开始顶进和结束顶进之前速度不宜过快。每节顶进开始时，应逐步提高顶进速度，防止启动速度过大。2)在利用中继间(一级或多级)作接力顶进时，必须

16、确保后级中继间及主顶所用千斤顶充分均匀受力，避免顶管机后退造成切口水压剧降，从而影响开挖面的稳定。待前级中继间顺利顶进到位后依次将后级中继间及主顶顶进到位。3)一节顶进过程中，顶进速度值应尽量保持恒定，减少波动，保证切口水压稳定和送、排泥管的畅通。4)顶进速度的快慢必须满足每节润滑泥浆注浆量的要求，保证润滑泥浆系统始终处于良好工作状态。5)根据实际施工经验，正常顶进条件下，顶进速度应设定为 2.53.5cm/min；如正面遇到障碍物或地基加固土，顶进速度应低于 1cm/min。3 泥水质量控制 1)密度 长距离大口径泥水平衡式顶管施工工法长距离大口径泥水平衡式顶管施工工法 第 8 页 共 20 页 根据实际施工和室内实验结果表明，适用于本工程的泥水密度范围应在1.121.20g/mm3。下限为 1.12g/mm3，而上限需根据顶管机中心轴所能承受的最大扭矩来定。2)粘度 泥水粘度的范围应在 2025S，考虑到粘度的调整有一个过程，应在泥浆粘度为 22S 时(调整槽粘度)，即可逐渐添加 CMC，添加量的多少视粘度下降的趋势而定。3)析水量 泥水的析水量应小于 5%，降低土颗粒和提高泥浆的