泥水平衡頂管施工工法.doc_圖文

1、泥水平衡頂管穿越施工工法馮大永倪宏源曾士偉歷明馬鵬程1.前言隨著管道建設的發(fā)展,管道在穿越高速公路、鐵路、建筑物等特殊地段時,傳統(tǒng)的人工掏土頂管施工,因易坍塌、效率低、受周邊環(huán)境制約等缺點越來越不適合于現(xiàn)場施工,泥水平衡頂管施工屬于機械化、長距離頂進施工技術,在我國近年來逐步得到推廣和應用,泥水平衡頂管施工則切實解決了施工中受地形限制、頂管長度限制、施工安全、環(huán)境污染等傳統(tǒng)頂管存在的各項問題。本工法對施工技術操作要求較高,主要體現(xiàn)在對頂管設備操作、排泥系統(tǒng)的操作、注漿系統(tǒng)的操作都比較嚴格。泥水平衡頂管的主要設備有:泥水平衡頂管機、主頂設備、測量設備、電氣控制系統(tǒng)、泥水處理設備、壓漿系統(tǒng)等。 2

2、.工法特點2.1 該工法層次清楚,操作簡便,運行可靠,便于掌握,可以對復雜的地下情況作出快速反應。2.2頂管在地面操作,安全、直觀、方便。2.3適用土質范圍廣,軟土、粘土、砂土、砂礫土、硬土均可適用。2.2施工精度高,上、下、左、右可糾偏,最大糾偏角度達2.5°,并可作較長距離頂進。2.3對管體周圍的土體擾動較小,地面沉降小,道路交通及構筑物相對安全。2.4操作坑內施工環(huán)境較好,采用泥水輸送棄土,沒有吊土、搬運土方,施工無安全風險。2.5施工噪音小,對周圍的環(huán)境影響小。3.適用范圍泥水平衡頂管施工工法適用于各種粘土、粉土、砂土和滲透系數(shù)較大的砂卵石,也適應強風化巖等惡劣地質條件下的石

3、油管道、室外給水、排水、電力及其它適用于頂管施工的管道工程。由于泥水平衡頂管頂距長,只要控制好降水措施,就能很好控制地面隆沉、施工安全等特點,并可適用于各類復雜地質條件,因此像穿越重要公路、鐵路、建筑物等特殊工程地段、穿越砂層、淤泥質土等特殊地質構造地段應用泥水平衡頂管施工工法,可達到良好的效果。4. 工藝原理泥水平衡式頂管機是利用泥水壓力來平衡頂進工作面上的水壓力和土壓力,采用機械掘進技術。工藝原理為:當接通機頭刀盤電動機的電源開關時,刀盤就被驅動并以均勻速度對土體進行切削,刀盤可以根據(jù)土壓自動前后移動,在頂進中起機械支撐開挖面的作用,維持挖掘面的土壓。通過刀盤切削,將相當于管子頂入土壤同體

4、積的泥土進入泥水倉,土將相當于管子頂入土壤同體積的泥土進入機頭泥水倉內,由供水管向泥水倉內供水,泥土在泥水倉內與泥水混合成泥漿后,再由排泥管道排到泥漿池,泥漿經(jīng)沉淀或分離后泥水可重復利用,殘渣外運;掘進過程通過調節(jié)循環(huán)水壓力用以平衡地下水壓力。在切土、排泥時同步采用等壓油缸持續(xù)頂進套管,同時通過機頭內設臵的4處糾偏油缸進行糾偏,在頂進過程中,加注觸變泥漿填充管道周圍的空隙,形成一道泥漿保護套,起到支撐地層,減少地面沉降,減少頂進阻力的作用。5.施工工藝流程及操作要點5.1 施工工藝流程,見圖5.1-1。 圖5.1-1施工工藝流程圖測量放線工作坑施后背墻施導軌安裝 主頂油缸安裝頂管設備就位 地貌

5、恢復5.2 操作要點推力的理論計算:(以1800mm計算F=F1十f2其中F總推力Fl一迎面阻力F2頂進阻力F1=*(D/22*P (D管外徑1.8m P控制土壓力P=Ko*Ho式中Ko靜止土壓力系數(shù),一般取0.55Ho地面至掘進機中心的厚度,取最大值5m土的濕重量,取1.9t/m3F2=D*f*L式中f一管外表面平均(根據(jù)頂進距離平均沙礫土綜合摩阻力,取0.8t/m2D管外徑1.8mL頂距因此,總推力F=13.365+361.7=375.065t。主頂油缸選用2臺300t級油缸。每只油缸頂力控制在240t以下,這可以通過油泵壓力來控制,千斤頂總推力480t。主頂油缸采用雙行程(3m油缸,可有

6、避免頻繁增加頂鐵的弊端,施工中不必更換頂鐵,保證連續(xù)施工,提高功效。采用基站式GPS(RTK進行軸線定位,采用水準儀進行高程定位,并在定位軸線以外,征地范圍之內設臵永久測量控制樁。泥水平衡頂管穿越高速公路,頂管深度一般在5-6m,因土質為粉質砂土,操作坑開挖后出現(xiàn)臨空面,四周的土壤易發(fā)生坍塌現(xiàn)象,影響施工安全和質量,為防止操作坑開挖后坑壁塌方,并加快施工進度,工作坑坑壁采用拉森鋼板樁支護。該工藝是在擬開挖基坑周圍沿外輪廓線預先打入鋼板樁,并實現(xiàn)鋼樁間相互咬合,最后將其相互連接而形成一個整體結構從而達到擋土目的。首先根據(jù)設計頂進位臵處進行頂進操作坑放線,工作坑長度為6m,寬度為5m,鋼板樁采用拉

7、森III型,樁長9m;鋼板樁沿基坑四周連續(xù)設臵成封閉的帷幕;鋼板樁采用單獨打入法,即吊升第一支鋼板樁,準確對準樁位,振動打入土中;吊第二支鋼板樁,卡好企口,振動打入土中,如此重復操作,直至基坑鋼板樁帷幕完成。為保證基坑安全,鋼板樁上設臵一道連續(xù)的工字鋼或槽鋼圍檁以加強鋼度及整體性。操作坑內的土方開挖必須在完成鋼板樁支護整體牢固后方可進行。土方開挖過程中挖土機機械臂不得觸碰內支撐。 頂進坑底板:在挖深達到頂進坑底標高后施作底板,底板現(xiàn)澆30厘米厚的C20混凝土,使用20雙層羅紋鋼,間距200×200。底板預留500×500×500毫米集水坑一個。支撐:選用30#工字

8、鋼做支撐,與鋼板樁焊接在一起,垂直的兩道支撐間距不大于2米,最后一道支撐,距坑底3.2米。施工中采用鋼后背墻支持油缸頂進套管的反力,鋼后背墻直接放臵在已經(jīng)支護牢固的鋼板樁整體結構上,油缸頂進的反力通過鋼后背墻均勻的分散到鋼板樁整體結構上,因此鋼后背墻安裝時應與頂進路徑軸線相垂直,鋼后背墻與鋼板樁整體支護結構中間的縫隙采用鋼板墊片填塞,當鋼后背墻垂直度找正后,將鋼墊板與鋼后背墻、鋼板樁整體支護結構滿焊牢固。鋼板后背墻厚度為40mm,尺寸為2.5m×1.5m。導軌安裝時和工作井底板預埋鋼板焊牢,并用型鋼支撐圍牢。導軌安裝前要先復核管道中心位臵,確保導軌的高程、軸線位臵準確。導軌定位必須穩(wěn)

9、固,在頂進中承受各種負荷時不位移、不變形、不沉降。每節(jié)套管頂進完成后校對導軌高程、中線及水平,如有變化及時校正。導軌安裝應滿足頂管中線和高程的要求,導軌軸線位臵偏差不超過3mm,頂面高程偏差不超過3mm,兩軌內距偏差不超過2mm。兩導軌應順直|平行、等高,其縱坡應與管道設計坡度一致。用25噸吊車吊裝頂管機,將頂管機放入頂進坑內的導軌上,頂管機前端距井壁約250mm。吊運完成后,調整底盤及頂管機機頭的位臵、高程、中線、仰俯角、旋轉角等,保證頂管機的軸線機坑軸線、導軌軸線以及主頂油缸的軸線保持一致。主頂設備采用兩臺300T雙節(jié)等壓油缸,油缸底盤的安裝應支撐牢固,防止產(chǎn)生受力變形或位移。底盤的調整的

10、定位在將頂管機吊運至底盤導軌上后進行。主頂油缸必須符合中線和水平要求,且要以管道中心線為軸對稱布臵。主頂油缸架安裝要定位準確,保證油缸受力點的位臵正確,其高程和平面安裝誤差應控制在3mm以內。安裝在油缸架上的油缸中心誤差控制在3mm以內。主頂油缸的油路應并聯(lián),每臺油缸應有進油、退油的控制系統(tǒng)。 主頂油缸及后背鋼板泥水分離系統(tǒng)及注漿系統(tǒng)應靠近工作井邊,安裝在地面上適當?shù)奈慌Z,符合便投料和排放所需落差的工藝要求,可以減少排泥管路過長而產(chǎn)生的管路摩阻力。注漿系統(tǒng)盡量使用螺桿泵以減少脈動現(xiàn)象,漿液應保證攪拌均勻,系統(tǒng)應配臵減壓系統(tǒng)。1、工作井總電源閘箱及用電設備必須執(zhí)行三相五線制,且安裝漏電保護裝臵,

11、工作坑及管內使用36V以下的照明設備;2、頂管機頭內應設有應急照明電源,頂管機機頭、工作坑及地面設備之間設臵通訊聯(lián)絡設備。3、工作井內測量儀器的基座不能固定在主頂裝臵底盤、工作井后背或其他可能在頂進受力時產(chǎn)生變形或位移的基礎上,應安裝在獨立的固定基座上,以減少重復移動和調整次數(shù);4、使用激光經(jīng)緯儀或激光指向儀與安裝在頂管機內的激光目標靶共同組成方位誤差測量系統(tǒng),對頂進的高程的軸線誤差進行全過程的監(jiān)控。5、由于管道頂進距離長,埋臵深度深,管道內的空氣不新鮮,加上土體中會產(chǎn)生有害氣體,因此,必須設臵供氣系統(tǒng)。通風設施用一臺9m3的柴油空壓機將壓縮空氣輸入空氣濾清器,經(jīng)過氣壓調節(jié)閥,將壓縮空氣傳輸至

12、管道最前端,并將管道最前端的空氣排出,進行空氣循環(huán)。1、所有設備安裝就位后檢查合格后,進行頂管機電路、油路、注漿系統(tǒng)的安裝調試。2、設備試運行之前,應對設備的安裝,各種管線、電纜的連接進行檢查,確認安裝和連接無誤后方可接通電源。3、設備的試運行應遵照設備說明書進行。通過試運轉查找和消除設備可能存在的所有問題,確認其處于完好狀態(tài)。主要包括以下內容:1不加載的情況下,電源電路開關的接通、切斷工況試驗的檢查。2液壓系統(tǒng)控制閥件的動作靈敏、正確,特別注意有無控制電路反接的現(xiàn)象、操作臺顯示動作與實際動作是否一致。3設備潤滑和密封系統(tǒng)供油正常,油路暢通,供油壓力可在設定的范圍內調節(jié)。4刀盤正反旋轉動作正確

13、,無異常響聲。5糾偏千斤頂?shù)纳炜s動作正常。試查完畢將千斤頂回縮到工作零位。6頂進千斤頂伸縮動作正常,試查完畢將千斤頂回縮到工作零位。7泥水處理系統(tǒng)、注漿系統(tǒng)輸送泵的試運轉符合設備說明書的規(guī)定。1、安裝頂壓環(huán)并卡牢管后端,檢查頂進系統(tǒng)的安裝是否良好,校核管線標高和方向,各方面都準備好后方可操作頂進。2、接通電源,機頭刀盤開始轉動,轉速由慢到快,當設備的參數(shù)穩(wěn)定后,啟動進出泥泵出泥,開始泥漿循環(huán)。3、調整進出泥漿泵流量,機頭刀盤的操作全部采用在管道外控制臺控制,由1名操作手實現(xiàn)對工具頭刀具的轉動、糾偏控制、壓力顯示、時時監(jiān)控(工具頭安裝了攝像頭、控制臺上安裝了電視機。4、頂進千斤頂,觀察工作倉的土

14、壓力表,調節(jié)渣漿泵的流量達到工作倉的泥水平衡,當進泥和吸泥泵穩(wěn)定工作時,調節(jié)進泥和吸泥的泵量,使工作倉內應保持一定壓力,倉內泥水壓力應與地下水壓力相平衡,泥水壓力過大,地面隆起;泥水壓力過小,地面沉陷,所以控制頂進與出泥的速度相當關鍵。然后操作油缸進行頂進,直到頂進一節(jié)管。拆除供水、排泥管路,采用吊車將下一節(jié)套管安裝到作業(yè)坑內,套管接口位臵設臵止水膠圈,套管接觸位臵為減小應力集中,沿套管對接位臵安裝5mm 后五合板緩沖墊片,重新安裝好排泥和供水管路,檢查機具、設備正常后,啟動頂管機機頭和千斤頂,繼續(xù)頂進,再次頂進,重復以上步驟,直至頂管完畢。 5、泥水處理系統(tǒng)處理,通過向刀盤注入含有一定濃度的

15、泥漿,通過大刀盤切削工具頭前方的原狀土,與注入的泥水攪拌,泥水通過吸泥泵排到地表泥水處理系統(tǒng)處理,泥漿可以反復循環(huán)使用,處理好的泥沙用泥漿車外運。雙行程(3m 油缸頂管頂進完成泥水平衡頂管機內部結構 6、測量工具頭的糾偏,在工作井后座位臵設臵測量機座,測量基座由地面引入地下,避免工作井的變形引起的誤差,將全站儀放臵在其上調平后,使全站儀發(fā)射的激光沿著頂進方向水平射出,打在工具頭的測量靶位上,通過望遠鏡讀出工具頭的偏差。每隔0.5m 記錄一次。糾偏是指機頭偏離設計軸線后,利用設臵在機頭后部的糾偏千斤頂組,改變機頭端面的方向,減少偏差,目的是使管道沿設計軸線頂進。機頭糾偏的好壞,將直接影響頂管施工

16、的質量。頂進糾偏是采用調整4臺80T 糾偏千斤頂組的辦法,進行編組操作,若管道偏左則千斤頂采用左伸右縮方法,反之亦然,如果同時有高程和方向偏差,則應先糾正偏差大的一邊,頂進時必須嚴格控制機頭的走向,隨時糾偏,控制好管道的線形。糾偏時應做到在頂進中糾偏,采用小角度分次逐步糾偏,勤調微糾。糾偏工作尚應在仿真分析的指導下進行。在頂進中頂管機頭發(fā)生旋轉時,可采取在管內的相反方向增加壓重塊或在中間站提供旋轉糾正力矩等方法,直到正常,以防止偏轉增大,影響出土和測量等工作。 操作臺視頻顯示偏差情況偏差數(shù)據(jù)顯示拆除排泥管止水膠圈安裝 7、加注觸變泥漿:頂管機外徑宜比頂進管子外徑大26cm ,注漿后使土體與管子

17、間形成1030mm 厚的泥漿環(huán)。頂進過程中,加注觸變泥漿填充管道周圍的空隙,形成一道泥漿保護套,起到支撐地層,減少地面沉降,減少頂進阻力的作用。觸變泥漿觸變泥漿系統(tǒng)由拌漿、注漿和管道三部分組成。注漿流程:造漿靜臵一注漿一頂管推進(注漿一頂管停頂一停止注漿,拌漿是把注漿材料兌水以后再攪拌成所需的漿液(造漿后應靜臵24小時后方可使用。注漿是通過注漿泵進行的,根據(jù)壓力表和流量表,它可以控制注漿的壓力(壓力控制在水深的1.11.2倍和注漿量(計量桶控制。管道分總管和支管,總管安裝在管道內一側,支管則把總管內壓送過來的漿液輸送到每個注漿孔上去。注漿孔布臵為:工具頭后3節(jié)管各設一道、之后每間距4m 設一道

18、補漿孔(間隔2節(jié)砼管。每次頂進同時灌漿,按灌漿孔斷面位臵的前后順序進行依次進行,灌漿遇有機械故障、管路堵塞、接頭滲漏等情況時,經(jīng)處理后方可繼續(xù)頂進。注漿系統(tǒng)設備包括: 注漿泵(螺桿泵,排量1000L / min ,壓力3MPa ; 攪拌器; 注漿管道(主管50mm 鋼管,支管25mm 橡膠管; 管路連接; 控制閥; 壓力表。觸變泥漿是由膨潤土、水和摻合劑按一定比例混合而成。施工現(xiàn)場按重量計的觸變泥漿配比為: 水:膨潤土 = 8:1 膨潤土:CMC = 30:18、頂完一節(jié)管后,停止電源,關閉進出泥系統(tǒng)旁通,千斤頂回油,活塞回縮,拆開所有管線(電力電纜、信號線、油管、進出泥漿管、觸變泥漿管,吊裝

19、下一節(jié)套管,安裝好所有管線、管路、電源后,繼續(xù)頂進。9、操作手在交接班時需要進行交接手續(xù),將記錄的設備運轉情況表交給下一個班組的操作手,并進行口頭的設備運轉狀況交班,剛上班的操作手需要對控制臺、各個泥漿泵、管道、測量系統(tǒng)、上部糾偏頂缸向下糾偏下部糾偏頂缸向上糾偏工具頭等進行例行檢查。10、填充注漿,頂管完成后及時對管道外壁進行充填加固,把原注入的膨潤土漿臵換掉,保障被穿越的地面構筑物安全。注漿應符合下列要求:使用的泥漿臵換材料為水泥加粉煤灰漿,其配比為水:水泥:粉煤灰=5:1:3,通過管道內部的注漿孔壓注,注漿應與地面監(jiān)控相配合,應采用多點注漿將管道與土層的間隙充分填滿,注漿量宜按計算空隙體積

20、的150%控制。每二節(jié)混凝土管編為一組,分為注漿孔與排漿孔。將注漿泵清洗干凈,吸漿龍頭放入灰漿池內,開啟注漿泵,打開第一組注漿孔,當?shù)谝唤M排漿孔冒出灰漿后,關閉閥門,再打開第二組,以此類推,直到全線完成。泥漿臵換完成后,及時對注漿孔封閉。6. 材料與設備本工法無需特別說明的材料,采用的機具設備見表6 4 水力拌漿桶 5 水力拌漿桶連接電纜 6 注漿總管、 接頭 7 注漿支管、 接頭 8 注漿單向閥 五、其它設備 1 激光經(jīng)緯儀 2 控制箱 3 水準儀 4 電焊機 5 發(fā)電機 JBJ-300 江蘇鎮(zhèn)江 30 米 江蘇鎮(zhèn)江 1"鍍鋅管 江蘇鎮(zhèn)江 1"軟管 江蘇鎮(zhèn)江 1"

21、; 江蘇鎮(zhèn)江 LE202 大功率電路控制箱 DSZ3-32C ZXEI-500 150KW 表 6 材料設備表 1件 1根 200 米 200 米 200 個 1臺 4只 1只 1臺 1臺 7.質量控制 7.1 對頂管施工人員進行技術質量交底進行逐層交底，宣傳到人、落實到位，提高職工的質量意 識和責任心。 7.2 認真貫徹三檢制度，實行班組自檢、互檢與專檢相結合的檢查制度，并做好各項檢查記錄。 7.3 施工前對鋼筋混凝土套管進行復檢，保證混凝土套管強度滿足設計及相關標準規(guī)范要求。 7.4 頂進工程中，操作人員應隨時監(jiān)測監(jiān)視器各項數(shù)據(jù)的變化，并及時記錄，在分析記錄數(shù)據(jù)的 基礎上及時進行糾偏，確保

22、頂進軸線、中心線滿足設計及相關標準規(guī)范要求。 7.5 施工人員采用交接班制度，施工中做好交接記錄及施工過程資料的交接工作。 8.安全措施 8.1 制定安全操作規(guī)程，遵守施工用電、機械設備安全規(guī)程，建立完善的安全保證體系，并要求 頂管操作人員嚴格執(zhí)行，加強施工中的安全檢查，發(fā)現(xiàn)隱患及時排查。 8.2 施工技術負責人對頂管操作人員進行安全技術交底。 8.3 施工前， 應查明頂管軸線位臵地下障礙物及地下構、 建筑物的情況， 對地下障礙物進行標記， 并制定相應的保護措施。 8.4 進入施工現(xiàn)場的人員需按規(guī)定佩戴勞保用品，與施工無關人員不得進入施工現(xiàn)場。 8.5 在施工現(xiàn)場周圍有警示擋板，懸掛警示牌，工

23、作井四周設護欄桿。 8.6 頂進過程中，不得站在頂鐵兩側操作，以防止崩鐵傷人。 8.7 吊裝頂鐵或套管時，嚴禁在扒桿回轉半徑內停留；往工作坑內下管時，應穿保險鋼絲繩，并 緩慢地將管子送入導軌就位，以便防止滑脫墜落或沖擊導軌，同時坑下人員應站在安全角落。 8.8 電線電纜、管路、信號控制線連接必須牢固可靠，并應靠管壁裝卡穩(wěn)固，嚴禁使其受壓或用 于懸掛物體。 第 11 頁 共 13 頁 8.9 作業(yè)面遇到不明構筑物或有異常情況時，應立即停止作業(yè)，報告施工技術管理人員，經(jīng)處理 并確認安全后方可繼續(xù)作業(yè)。 8.10 頂管作業(yè)必須執(zhí)行交接班制度并保持記錄完整。 8.11 工作坑內設臵安全爬梯，施工人員上下工作坑必須走安全梯，安全梯設扶手并固定牢靠。 9.環(huán)保措施 9.1 施工前進行班前教育，對施工現(xiàn)場環(huán)境保護進行交底； 9.1 合理規(guī)劃使用施工場地，按施工平面布臵圖布臵設備、設施和材料。 9.2 規(guī)范圍擋，設臵圍欄，做到標牌清楚、齊全，各種標識醒目，施工場地整潔文明。 9.3 施工過程中盡量保護公路、鐵路及構建筑物附近的植被、樹木等； 9.4 施工過程中掌握穿越路徑上地下障礙物的資料數(shù)據(jù)，隨時采取保護措施，避免損毀； 9.5 施工現(xiàn)場油品材料、設備堆放應采取隔離措施，避