小管徑泥水平衡頂管掘進機施工技術(shù)

1、小管徑泥水平衡頂管掘進機施工技術(shù)中鐵隧道集團第五建筑有限公司2017.11.18目錄一、前言二、技術(shù)特點三、適用范圍四、工藝原理五、施工工藝流程及操作要點六、材料與設(shè)備七、質(zhì)量控制八、安全措施九、環(huán)保措施十、效益分析十一、應(yīng)用實例 隨著我國非開挖技術(shù)的廣泛應(yīng)用，機械頂管施工技術(shù)日趨成熟，特別是泥水平衡機械頂管工藝已成為較為常用的頂管施工方法。然而，頂管施工本身就是一項受地下不確定因素和外界困擾較多的高風(fēng)險作業(yè)，成功率并非十分圓滿。從以往的頂管施工情況來看，小管徑、長距離、復(fù)雜地質(zhì)情況下泥水平衡機械頂管經(jīng)常會出現(xiàn)各種各樣的技術(shù)、質(zhì)量、安全問題。泥水平衡機械頂管在復(fù)雜地質(zhì)情況下進行小管徑、長距離施

2、工在國內(nèi)屬于比較成熟的施工工藝；但在中隧所建項目應(yīng)用較少，我們有責(zé)任，有義務(wù)進行研發(fā)，填補企業(yè)專業(yè)領(lǐng)域空白。一、前言1、 高安全：采用泥水管道輸送棄土，不存在吊土、運土方等容易發(fā)生危險的作業(yè)；泥水機械頂管采用全封閉式頂進，可有效的保持挖掘面的穩(wěn)定，對管道周圍的土體擾動小，能很好的控制地面沉降，相對于其他頂管更好的保證周邊建筑物、管線的安全。2 、低污染：采用泥水管道輸送泥漿，并經(jīng)泥水處理系統(tǒng)處理后再進行棄土，環(huán)境污染小。3、 高工效：施工工效高，泥水加壓平衡工具管與其他工具管相比，具有平衡效果好，結(jié)構(gòu)緊湊，由于出土方式是用水力機械化連續(xù)出土，頂進速度快，對土質(zhì)的適應(yīng)性強。無論是粘性土還是砂性土

3、，均能收到良好的效果。4 、長頂進：與其它類型頂管相比，單項頂進距離最大，在不加中繼間的情況下，泥水平衡頂管施工的總推力較小，單段頂進長度可達250m。5、有不足：遇到地層有巖石或地下構(gòu)筑物等硬性物質(zhì)時，不宜使用。二、技術(shù)特點 適用于地下水壓力高、非堅硬的的地層條件，如砂質(zhì)土、粘土等。三、適用范圍 頂管施工前，先建造一個工作井和一個接收井。在工作井內(nèi)的頂進軸線后方，按需要對稱布置2-6只主千斤頂，將需敷設(shè)的管節(jié)，放在千斤頂前面的導(dǎo)軌上，主千斤頂推進時，以機頭開路將管節(jié)壓入土中，與頂進相配合，刀盤將切入泥倉的土體攪拌成泥漿后，通過管道送出井外。一根管節(jié)被壓入土中后，吊入下一管節(jié)連接，繼續(xù)頂進，反

4、復(fù)循環(huán)頂進至預(yù)定長度，管道敷設(shè)完成。 在泥水式頂管施工中，為使挖掘面上保持穩(wěn)定，必須在泥水倉中充滿一定壓力的泥水，泥水在挖掘面上可以形成一層不透水的泥膜，它可以阻止泥水向挖掘面里面滲透。同時該泥水本身又有一定的壓力，可以用來平衡地下水壓力和土壓力，從而保證周圍地層和建筑物的穩(wěn)定與安全。四、工藝原理五、施工工藝流程及操作要點施工工藝流程步驟一：工作井及接收井施作施工工藝流程步驟二：泥水平衡頂管機操作臺施工工藝流程步驟二：頂管進洞準(zhǔn)備泥漿池砌筑泥漿攪拌施工工藝流程步驟三：頂管機設(shè)備安裝與調(diào)試導(dǎo)軌及靠背安裝頂管機安裝及調(diào)試施工工藝流程步驟四：管節(jié)用吊車下吊施工工藝流程步驟五：頂管機頂進施工工藝流程步

5、驟五：接頭安裝管材之間襯墊板安裝管材之間橡膠圈安裝施工工藝流程步驟六：水平推進環(huán)形頂鐵安裝馬蹄形中間頂鐵安裝施工工藝流程步驟七：頂管機順利出洞施工工藝流程步驟八：頂管成型后效果圖施工工藝流程步驟九：檢查井施工施工工藝流程（一）NPD泥水平衡頂管掘進機NPD泥水平衡頂管機由切削攪拌系統(tǒng)、殼體、糾偏系統(tǒng)、進排漿系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)及監(jiān)控系統(tǒng)組成。操作要點（一）NPD泥水平衡頂管掘進機操作要點（一）NPD泥水平衡頂管掘進機泥水平衡頂管機機頭泥水平衡頂管機內(nèi)部構(gòu)造操作要點（一）NPD泥水平衡頂管掘進機糾偏油壓千斤頂光靶及液壓油表操作要點（一）NPD泥水平衡頂管掘進機（1800）技術(shù)參數(shù)：外型尺寸218042

6、00（外徑長）mm，重21t。頂進速度10-150mm/min，進排漿管道直徑150mm。切割刀盤：轉(zhuǎn)速2.2rpm，扭矩260kNm，對抗土壓50T/，電機功率302kw。糾偏系統(tǒng)：糾偏油缸推力（單只）80kNm，糾偏油缸拉力60kNm，糾偏油缸數(shù)量8個，糾偏油缸行程60mm，糾偏角度（上下、左右）2.5，油壓31.5Mpa，排量5L/min，電機功率3kw。操作要點（一）NPD泥水平衡頂管掘進機機頭殼體內(nèi)的泥土倉是2140550筒體，安裝在殼體泥土倉內(nèi)的是平板切削刀盤，切削刀排成輻條狀焊接在該刀盤上。本機刀盤由兩臺30KW電機驅(qū)動。動力通過減速器帶動小齒輪、再驅(qū)動大齒輪旋轉(zhuǎn)，大齒輪通過主軸

7、帶動刀盤旋轉(zhuǎn)，刀排的正面焊有堅固耐磨的切削刀頭，從而構(gòu)成一個刀盤整體。前后殼體之間由四組糾偏油缸連接，為了防止糾偏過程中前后殼體間的相對偏轉(zhuǎn)較大，后殼前體端設(shè)有一個防轉(zhuǎn)舌。操作要點頂管機工作時，刀盤旋轉(zhuǎn)切削泥土。由刀盤面上的孔洞進入泥水倉，從排泥管中排出。進排漿系統(tǒng)是由球閥和并排的兩根漿管組成，兩根漿管一路進水，另一路排漿，通過球閥可交替進排漿，防止一路管道由于長時間出漿造成堵塞。操作要點頂進過程中如果頂管機偏離了預(yù)定的位置，可利用糾偏系統(tǒng)進行糾偏。糾偏系統(tǒng)由液壓動力源、控制閥和四組油缸組成，工作壓力為21Mpa，糾偏時相鄰的兩組油缸同時動作，使機頭回到正確的軌道。（二）頂管工作井及接收井機械

8、頂管頂進距離較長，后座力大，靠背要求高，為確保安全，頂管工作井及接受井一般為圓形鋼筋砼結(jié)構(gòu)；井采用沉井法施工。沉井大小根據(jù)頂管機工作空間確定，對于1800頂管機工作井直徑為6.5m，接收井直徑為5m。操作要點（二）頂管工作井及接收井施工工藝流程沉井施工操作要點（三）頂管掘進機的出洞頂管過程中，無論管節(jié)從工作井出洞或是接收井進洞，管道外壁與洞口之間都必須預(yù)留一定的間隙。如果該間隙不能夠采取有效的密封措施，地下水和粉土夾粉質(zhì)黏土、流塑狀的淤泥就會從該間隙中流到工作井或接收井中。1）洞口止水圈的設(shè)計在洞口密封設(shè)計中，一般采用主橡膠圈密封的密封結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)的特點是：結(jié)構(gòu)簡單，經(jīng)濟可靠。 操作要點（三）

9、頂管掘進機的出洞2）洞口土體加固措施由于掘進機需要切削洞口處的土體頂進，若將該處土體加固的太硬，勢必增加掘進機的切削負(fù)荷。因此一般采用不注漿加固土體而在洞口外側(cè)，按洞口直徑打入相應(yīng)寬度的鋼板樁，待掘進機安裝完畢，將封閉洞口的磚封門全部鑿除且掘進機推入井壁內(nèi)，井內(nèi)的密封裝置發(fā)揮作用后，再將洞門外側(cè)的鋼板樁拔出的施工方法。操作要點（三）頂管掘進機的出洞3）掘進機出洞時防止回退的措施出洞初期掘進機及前幾節(jié)管節(jié)往后退的情況是全封閉式掘進機的全斷面上承受的主動土壓力造成的，它使掘進機后退的力大于掘進機周邊的摩阻力，當(dāng)主千斤頂?shù)耐屏Τ废缶蜻M機后退。上述情況發(fā)生后，掘進機前方的土體就會發(fā)生不規(guī)則的坍塌。在

10、難以成拱的土層中，土體會延滑裂面坍塌，上部土體擾動后土壓力變小，掘進機再次頂進時將向偏向壓力較小的一側(cè)，極易向上爬高。因此出洞的臨時防退措施必須周密考慮。一般采用兩只10kN的手拉葫蘆止退，頂進12m后方可將措施解除。操作要點（四）管節(jié)的正常頂進技術(shù)1、管道在正常頂進時，關(guān)鍵在于保證挖掘并排出土體的體積為頂管掘進機體積的95%103%。2、管道頂進過程中要通過全站儀勤量測，發(fā)現(xiàn)偏差通過8個油壓千斤頂進行“勤糾、緩糾”。操作要點3、施工過程中采用觸變泥漿進行潤滑，對于200多米的頂管，頂進施工中如潤滑得當(dāng)可不加中繼間（有備用），這樣可以大大提高頂進效率及降低頂進成本，因此應(yīng)格外重視頂進中的潤滑注

11、漿工序。注漿要使注入的漿液隨著管道頂進形成完整的初始漿套，并且每頂進一定的距離應(yīng)能夠得到補充。（五）出洞方法及掘進機的吊出本部分工作包括：在接收井搭建托架導(dǎo)軌、洞口止水圈安裝、機頭偏差復(fù)測、拆除洞口封門、掘進機進洞并吊運等。洞口止水圈安裝：對于土體情況差、地下水的壓力大，可將洞口外側(cè)的土體已加固至1.01.5Mpa，但掘進機在推進洞口的過程中，會不可避免地擾動土體，掘進機出洞過程中，地下水在壓力的作用下，延著縫隙鉆入接收井，因此該洞口止水圈與出洞口形式一樣。頂管機機頭采用100t吊車整體式吊離。操作要點（六）泥漿運輸 泥漿采用泥漿罐車進行運輸或?qū)⒛酀{曬干后采用渣土車運輸。操作要點單工作面人員配

12、置工種吊車司機機頭司機洞上雜工洞下雜工合計人數(shù)11136勞動力組織六、材料與設(shè)備（一）單工作面機械配置序號機械名稱型號、規(guī)格數(shù)量1NPD泥水平衡頂管掘進機DN180012注漿泵耐莫泵13注漿管及配件DN32500m4主頂千斤頂300t/1000mm45主千斤頂100t/1000mm46主千斤頂液壓臺32MPa、5 49L/min可調(diào)47導(dǎo)軌DN180068鋼靠背DN1800019環(huán)形頂鐵D1800110馬蹄形中間頂鐵DN18001m11電力開關(guān)柜100A、6路112電話交換分機20路113汽車起重機QY251144汽車起重機QY1001（二）材料要求 管材應(yīng)符合頂進施技術(shù)用鋼筋混凝土排水管(

13、JC/T640-2010)中的技術(shù)要求，其配筋應(yīng)符合給水排水工程埋地預(yù)制混凝土圓形管道結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)程(CECS 143:2002)中的技術(shù)要求，III級管。七、質(zhì)量控制 泥水平衡頂管施工質(zhì)量應(yīng)滿足給排水管道施工及驗收規(guī)范要求1、高空作業(yè)應(yīng)當(dāng)滿足建筑施工高處作業(yè)安全技術(shù)規(guī)程（JGJ80）。 2、特種作業(yè)人員應(yīng)當(dāng)持證上崗。 3、現(xiàn)場臨時用電，應(yīng)符合施工現(xiàn)場臨時用電安全技術(shù)規(guī)范(JGJ46-2005)。頂管機及管道內(nèi)照明用電應(yīng)使用安全電壓。 4、混凝土管吊運時，管下嚴(yán)禁站人。 八、安全措施1、為防止泥漿流失污染環(huán)境，泥漿經(jīng)泥水處理系統(tǒng)后及時外運。 2、泥水處理的方法可采用沉淀法。在場地允許的情況下可設(shè)

14、置沉淀池處理。 3、對場地受限的區(qū)域，可由振動篩配合旋流器進行泥水處理。由振動篩把較粗的顆粒（1mm以上）的顆粒分離出來，然后由旋流器把較細(xì)的顆粒再分離出來。還可以將旋流器串聯(lián)起來使用，串聯(lián)個數(shù)視分離效果而定。 4、泥水平衡式頂管機施工現(xiàn)場需建立泥漿池，需占用較大的空間；泥漿池需采用塑料薄膜與原狀土隔離，防止污染或浸泡原狀土。5、及時監(jiān)測地面，調(diào)整工藝參數(shù)，防止地面隆起或沉陷。九、環(huán)保措施十、效益分析1、該技術(shù)通過實現(xiàn)長距離頂管的目標(biāo)，在不加中繼間的情況下頂進最長距離為243米，同工作井和接受井。 2、將頂管的工作井、接收井、頂管管材、減阻措施、降水措施、土體加固措施等所有頂管的施工成本進行核

15、算。長距離頂管的成本比短距離頂管的平均成本降低了15%3、施工進度快，工期短，與人工頂管相比，可節(jié)省工期25%。4、分段長度長，可節(jié)省征地拆遷，減少對居民與周邊道路交通影響。5、安全性高，施工過程管內(nèi)只需要1人操作設(shè)備，且對周邊土體擾動較小。十一、應(yīng)用實例本技術(shù)在合肥南淝河路（東二環(huán)路-橫江路）工程得到了應(yīng)用并取得成功。南淝河路（東二環(huán)路橫江路）位于合肥市包河區(qū)。北起東二環(huán)，南至橫江路。長約3.7公里（樁號24+91.952樁號62+00.000）。東二環(huán)路至郎溪路段，寬45米，城市主干道；郎溪路至橫江路段，寬52-78米，城市快速路，采用高架、地道及地面主輔三種型式。此高架段接郎溪路立交，上

16、跨祁門路后落地，下穿龍川路，利用地面主輔段過渡至終點（樁號62+00）。頂管施工包括800、1000、1800、2000四種，長度為2m/每節(jié)。（二）施工情況及施工效率南淝河路（東二環(huán)路-郎溪路段）頂管直徑1800 ，于2016年8月8日開始施工，2016年10月7日施工完成，共采用4臺泥水平衡頂管機施工，頂進過程中平均施工效率16m/d（8節(jié)），同一工作井內(nèi)平均轉(zhuǎn)場時間3d，不同工作井內(nèi)平均轉(zhuǎn)場時間4d，完成業(yè)主規(guī)定的時間節(jié)點要求，施工質(zhì)量、安全可控。應(yīng)用實例應(yīng)用實例井段管徑總長（m）機頭進洞時間機頭出洞時間總天數(shù)施工效率（m/d）備注西污3-西污11.8m1872016/9/32016/9/1210 19 西污3-西污51.8m1882016/8/82016/8/1912 12 西污8-西污51.8m1892016/8/102016/8/211214 西污8-西污91.8m84.92016/8/272016/8/304 21 西污10-西污91.8m78.82016/8/212016/8/244 16 西污10-西污111.8m61.42016/8/272016/8/304 15 西污14-西污111.8m216.22016/9/72016/9/1812 18 西污14