機械頂管工程施工方案

機械頂管工程施工方案1、頂進設備選型及工藝針對本工程頂管段水文、地質(zhì)條件特點，頂管采用封閉式頂管工藝，采用泥水平衡頂管工藝。（1）泥水平衡頂管工藝基本原理：泥水平衡頂管工藝基本原理是將已調(diào)成一定濃度和比重的泥水，通過送泥水系統(tǒng)送至頂管機頭前挖掘面處，泥水在挖掘面上形成一層不透水的泥膜，可阻止泥水向挖掘面里面滲透，同時調(diào)節(jié)泥水壓力來平衡地下水壓力和土壓力，達到穩(wěn)定挖掘面的目的；頂管機頭前進的同時刀盤切削土體，被切削下來的殘土與泥水充分拌和后，由排泥系統(tǒng)輸送至地面泥水分離設備進行處理，分離出的殘土被運走，泥水再送入送水系統(tǒng)循環(huán)使用。(2）泥水平衡頂管施工特點：①適用的土質(zhì)范圍比較廣，如在地下水壓力很高以及變化范圍較大的條件下也可適用；②可有效地保持挖掘面的穩(wěn)定，對所頂管周圍的土體擾動比較小，因此施工引起的地面沉降很??；③與其他類型頂管相比，泥水頂管施工時的總推力比較小，尤其是在黏土、砂土層表現(xiàn)得更為突出，適宜較長距離頂管；④工作坑內(nèi)的作業(yè)環(huán)境比較好，作業(yè)也比較安全。由于它采用泥水管道輸送棄土，不存在吊土、搬運土方等容易發(fā)生危險的作業(yè)；可在大氣常壓下作業(yè)，也不存在采用氣壓頂管帶來的各種問題及危及作業(yè)人員健康等問題。⑤泥水輸送棄土的作業(yè)連續(xù)不斷地進行，其施工進度快，能有效地保證工期。（3）泥水平衡頂進系統(tǒng)：泥水平衡頂進系統(tǒng)主要由以下幾部分組成：①泥水平衡頂管機；②機內(nèi)控制柜；③洞口止水圈；④環(huán)形護口鐵；⑤馬蹄形頂鐵；⑥主頂油缸；⑦主頂油泵；⑧激光經(jīng)緯儀；⑨后背板；⑩基坑導軌；⑾油缸架子.它主要由以下幾大部分構(gòu)成：①泥水分離設備（沉淀箱及分離器等）;②進水泵；③排泥管；④進水管；⑤基坑旁通；⑥流量計；⑦排泥泵；⑧進排泥泵控制柜；⑨進排泥軟管；⑩流量調(diào)節(jié)器.泥水平衡進排泥系統(tǒng)圖主頂千斤頂：它是頂進系統(tǒng)中的主要設備。為安全起見，頂力設備配置要小，以利間距平行頂進.根據(jù)頂力估算，頂管主站擬配備2臺300T油壓千斤頂，按左右對稱布置。主油缸的油壓由電動油泵供給，千斤頂行程2500mm。其他設備：包括導軌、千斤頂臺架、頂鐵、分壓環(huán)、后承壓壁、操作平臺、爬梯等。（如圖）當工作井底板完成后，設置好安全圍欄和爬梯，然后由工作井邊的起重機將上述設備吊入井內(nèi)按要求的精度安裝。（4）泥水平衡頂管工藝流程圖頂管施工現(xiàn)場工藝流程圖施工準備施工準備測量放樣現(xiàn)場平面布置起重設備安裝注漿設備系統(tǒng)安裝注漿材料配制基坑導軌安裝后座鋼板安裝主頂油缸安裝止水裝置安裝掘進機試運行破洞口磚封門主頂油缸推進出泥準備頂進糾偏泥漿壓注操作控制頂進出泥接口檢驗施工準備糾偏測量砼管進場驗收頂進設備安裝掘進機井內(nèi)就位掘進機出洞管道頂進砼管拼裝頂進結(jié)束2、泥漿運輸泥水平衡式頂管的出泥漿采用全自動的泥水輸送方式，被挖掘的土通過在機艙內(nèi)的攪拌和泥水形成泥漿，然后由泥漿泵抽出，高速排土。在工作井外3米處開挖1泥漿池，多余泥漿采用4000L泥漿運輸車及時外運，泥漿外運需按AA市文明施工和揚塵治理要求和渣土處理辦法，運到指定棄土點，在泥漿運輸過程中要考慮保潔措施，不得污染沿途道路環(huán)境.3、頂管頂進⑴初始頂進頂進準備工作完成后，開始初始頂進。初始頂進在頂管工作中起著很重要的作用，一要穿過工作井洞口，在這過程中保證洞口結(jié)構(gòu)不被破壞，同時泥水不進入頂坑；二要保證高程、中心偏差最小，為正常頂進打下良好的基礎。①初始頂進速度控制頂進用工作井頂進設備進行速度控制，分為兩個部分，機頭入洞階段速度控制在3～5mm/min，此階段重點是找正管子中心、高程，偏差控制在±5mm之內(nèi)，所以速度不要太快。②初始頂進泥水控制頂進時泥水流量控制在1。4~1.5m3/min，泥水容重γ=1.2。泥水作用潤滑刀、切削雜物泥水帶出，此時泥水分兩部分流出，一部分由機頭外流入集水井，集水井設4吋泥漿泵排入泥水分離裝置；另一部分由機頭出泥管排入泥水分離裝置。⑵頂管機正常頂進①頂進主要參數(shù)泥漿在整個頂管過程中起著關鍵作用，泥漿的壓力、濃度影響挖掘面的穩(wěn)定性。泥漿濃度流量影響到切削下土體能否正常送到地面。泥漿配比要在優(yōu)選貨源的前提下優(yōu)化配比，并能根據(jù)土質(zhì)變化及時變化。泥水初定參數(shù)：泥水比重1.15t/m3泥水倉壓力245KPa泥水流量Q1≤0.65m3/min排泥流量Q2≤1。07m3/min機頭頂進速度設定100mm/min，如要加大頂進速度，在保證泥水倉泥壓的條件下，要先加大泥漿流量，再計算頂進速度，否則排泥管會堵塞。流量計設定1。07m3/min.②頂進操作程序a。頂進啟動刀盤系統(tǒng)；啟動輸泥管和排泥管道泵，泥路循環(huán)，自控系統(tǒng)調(diào)整管路壓力，使壓力達到設定壓力并穩(wěn)定；機頭頂進：當沒加中繼間時，工作井頂進千斤頂設定頂進速度100mm/min，b.下管時的操作程序打開基坑傍通閥門，保持泥水倉壓力，同時打開沖洗閥門沖洗排泥管路；機頭刀盤停轉(zhuǎn)；待排泥管路沖洗干凈后，停止輸泥泵、排泥泵；關閉觸變泥漿、輸泥管、油管、排泥管閥門。拆除工作井管接口各種管線、電纜，管內(nèi)應急燈工作.下管對口。（3）頂管測量測量必須按照設定的管道中心線和工作井位建立地面與地下測量控制系統(tǒng)，控制點應設在不易擾動、視線清楚、方便校核的地點，并加以保護，在施工期間應進行定期校核。在頂管工作井內(nèi)的后部設置測量平臺，其臨時水準點由地面水準點引入，在交接班時進行儀器高程的校對和調(diào)整.頂進軸線由設計管道軸線通過經(jīng)緯儀引入工作井內(nèi)，然后對中觀測。機頭出洞前，必須準確測定機頭刃口的軸線和標高，并將數(shù)據(jù)及時反饋，對機頭安裝的態(tài)勢進行最后調(diào)整。管道是否沿著設計管軸線頂進，靠測量進行檢查。管道軸線偏差采用經(jīng)緯儀用支導線法測量與控制，高程偏差采用水準儀測量。測量頻率：一般每頂進500mm測量一次，特殊情況次數(shù)應增加.全段頂完后，應在每個管節(jié)接口處測量其軸線位置和高程，有錯口時，應測出相對高程。(4）頂管糾偏糾偏是指機頭偏離設計軸線后，利用設置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的質(zhì)量。頂進糾偏是采用調(diào)整4臺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(diào)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(zhuǎn)時，可采取在管內(nèi)的相反方向增加壓重塊或在中間站提供旋轉(zhuǎn)糾正力矩等方法，直到正常，以防止偏轉(zhuǎn)增大，影響出土和測量等工作。（5）觸變泥漿用泥漿減阻是長距離頂管減少摩阻力的重要環(huán)節(jié)之一.在頂管施工過程中，如果注入的潤滑泥漿能在管子的外圍形成一個比較完整的漿套，則其減摩效果將是十分令人滿意的，一般情況摩阻力減至3~5kN/m2。本工程采用頂管掘進機尾部同步注漿和后面管段補漿兩種方式進行減阻。①、觸變泥漿的材料觸變泥漿的主要成分是膨潤土、摻入堿和水配制而成。為了在頂進完畢后使觸變泥漿固結(jié)增強，可摻入石灰膏。但為了施工使用時保持流動性，還必須摻入緩凝劑和塑化劑。②、觸變泥漿的拌和程序?qū)⒍康乃湃霐嚢韫迌?nèi)，并取其中的一部分水來融化堿；在攪拌過程中，將定量膨潤土徐徐加入攪拌灌內(nèi)，攪拌均勻；將融化后的堿水倒入攪拌灌內(nèi)，再攪拌均勻，放置12h后即可使用。③、觸變泥漿應注意的事項注漿孔的布置宜按管道直徑大小確定，一般每個斷面可設置3～4個，并具備排氣功能。攪拌均勻的泥漿應放置一定時間方可灌注。灌漿前，應通過注水檢查灌漿設備，確認設備正常后方可灌注.灌漿壓力可按0.1Mpa開始加壓，在灌漿過程中再按實際情況調(diào)整。灌漿時，按灌漿孔斷面位置的前后順序依次進行。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，長距離頂管施工中，頂力控制的關鍵是最大限度地降低頂進阻力，而降低頂進阻力最有效的方法。(6）洞口密封結(jié)構(gòu)出洞口密封結(jié)構(gòu)的作用是阻止在頂管過程中泥水從管節(jié)與洞口間的間隙流入井內(nèi)。根據(jù)管道中心線與井壁預留孔的位置，制作一個鋼結(jié)構(gòu)的內(nèi)套環(huán)，套環(huán)內(nèi)圈設有橡膠止水板，套環(huán)安裝在預留孔與管節(jié)之間，外圍焊接在孔的預埋鋼板上，內(nèi)圈橡膠緊貼管節(jié).（如圖）（7）頂管出洞口技術(shù)措施對工具管進、出洞口范圍內(nèi)的土體，施工時視土質(zhì)情況決定是否進行加固。為了防止機頭下沉，必須加延長導軌，其形式、材質(zhì)與基坑導軌相同，長度為60cm，并將前三節(jié)砼管與機頭做成剛性連接。將機頭徐徐推進洞口，待刀盤全部進洞以后，裝好止水圈.工具管安裝調(diào)試完畢后，推進至預留孔1m處時停止。用空壓機鑿除沉井洞口封堵，盡快清理完畢。迅速將工具管推進土中，靜候3～4小時，測出實際靜止土壓力，結(jié)合理論土壓力，制定出控制土壓力。頂管出洞過程中與正常頂進階段，為了控制頂管的頂力，并保持地面沉降不超過允許值，需要以一定的壓力向頂管管道與周圍土體的環(huán)形建筑縫隙壓鑄觸變泥漿，如果不設置洞口密封裝置或者洞口密封裝置設置達不到設計要求，壓鑄的觸變泥漿就會通過洞口流入工作井內(nèi)，無法形成完整的漿套，引起頂力上升，地面沉降增大，對頂管不利。在洞口外的土質(zhì)差的工程條件下，還會造成泥土涌入工作井的情況，導致施工環(huán)境惡化，甚至無法頂進.工作井洞口止水裝置應根據(jù)工作井的具體條件來進行。采用一種較簡單的橡膠法蘭的結(jié)構(gòu)形式。（8）頂管進洞口技術(shù)措施在頂管機頭到達接收井前，做好以下工作：a.安置好接收導軌，主要防止進洞后的前面幾節(jié)管子產(chǎn)生扭曲、“磕頭”等現(xiàn)象.b.預先在接收井井壁上鉆出二個探孔，用探棒測量：當掘進機頂進到離洞口還有300mm處時停止頂進.c.將掘進機徐徐推入接收井內(nèi)已鋪設好的接收導軌上，直至砼管出井壁150mm為止。d.起重機從接收井中吊出掘進機。接收井施工完成后，必須對洞門的方位進行測量確認，根據(jù)實際標高安裝頂管機接收基座，并配備拆除封門的材料和機械設備。當推進至距接收井沉井井壁外側(cè)30cm處時，停止推進，鑿除沉井預留洞口封堵，在接收井鑿除封堵后掘進機頭應迅速、連續(xù)頂進管節(jié)，盡快縮短出洞時間。掘進機整體進洞后就應盡快把機頭和混凝土管節(jié)分離，并把管節(jié)和接收井的接頭按設計要求進行處理，減少水土流失.吊起工具管，清除泥土，迅速將預留孔與管節(jié)之間的空隙堵住，并留好出水孔。防止?jié)B水，泥土流失引起土體塌方和路面沉降。（9）照明和通風系統(tǒng)管道內(nèi)的照明采用24V安全電壓，照明電源由工作井內(nèi)操作平臺上的配電箱供電.工具管處安裝1KVA24V變壓器，管道內(nèi)照明燈每三節(jié)管節(jié)上裝一只，功率為60W。管道內(nèi)還設有應急照明系統(tǒng)，因故突然停電時，使用應急照明，保證施工人員安全撤離.為防止電纜接頭松動、接觸電阻增加影響供電質(zhì)量，將中繼間電箱作為中間電纜接頭箱，并配有一部分活動接頭箱，既保證了接頭質(zhì)量，又可以避免包扎受潮而產(chǎn)生的漏電事故.應急電源采用的是地面?zhèn)溆靡慌_發(fā)電機，在管道內(nèi)斷電時及時供電以保證照明、通風、施工的正常進行。頂管施工采用壓入式通風，空壓機安裝在地面工作平臺上，用硬質(zhì)PVC通風管道把風送至工作井底部，并用同直徑的硬質(zhì)PVC橡膠通風管道，從管內(nèi)把風送至端部機頭處。通風管要固定在工作井側(cè)壁及鋼管內(nèi)壁的上邊，固定要牢固。在中繼間處采用風琴式軟管，以利風管伸縮。在施工的全過程中風管要隨著鋼管的延伸而不斷地接接入，要確保管道通風，滿足管道內(nèi)施工需求。(10）置換泥漿措施頂進結(jié)束，對已形成的泥漿套的漿液進行置換，置換漿液為水泥漿，在管內(nèi)用單螺桿泵壓鑄，壓漿體凝結(jié)后拆除管路封閉注漿孔。4、機械頂管相關計算本工程4217m長管道全部為d800一種管徑，深基坑支護結(jié)構(gòu)力學驗算（取最深工作井W19：H=9.73m）。（1）、Φ800工作井的受力驗算（土壓力）工作井最大主動土壓力（有地下水，黏土）驗算：P=r1htg2(450—Φ/2)+(r2—rw)（H-h）tg2(450-Φ/2)+(H-h)rWP＝16.5×3×tg2(450-140/2)＋(19。9－10)×(10.73－3)×tg2(450-140/2)＋(10。73－3)×10=154.23KN/m2=0.154N/mm2P為H處最大主動土壓力KN/m2。r1為土干容重KN/m3。r2為土體濕土狀態(tài)下容重KN/m3。rW為水的容重取10KN/m3。H工作井地面到工作井基礎深度m.h為地面到井下地下水深度m。Φ土體內(nèi)摩擦角.本工程取140。依據(jù)地質(zhì)勘察報告，按地面1.5m以下有地下水計算，工作井多位于③層黏土中，r1＝16.5KN/m3，r2＝19。9KN/m3,Φ＝140,h=10m.工作井最大深度為9。73米，沉井深度H取最大值10。73米。Φ800頂管工作井剖面示意圖（詳見施工圖）（2）、工作井結(jié)構(gòu)厚度驗算：t=KPD1/2fct=1.65×0.154×6000∕(2×20.1)=37.92㎜t為工作井墻厚度m.K為安全系數(shù)一般取1.65。P為（土和地下水對壁的最大側(cè)壓力KN/m2）也就是工作井最深處主動土壓力等于上列計算P。fc為設計工作井結(jié)構(gòu)允許應力KN/m2，C25混凝土取20。1N/mm2。D1為工作井內(nèi)徑。鋼筋混凝土沉井厚度t取500㎜，大于計算結(jié)果（t=37.92mm)。由以上驗算知，工作井結(jié)構(gòu)滿足要求.（3）Φ800頂管總推力計算頂管的頂力就是頂管過程管道受的阻力，包括工具管切土正壓力、管壁摩擦阻力。根據(jù)工作井所處位置地質(zhì)的承載力數(shù)據(jù)分析工作井滿足頂進要求。頂管采用d800口徑的泥水平衡頂管機施工，頂管掘進機頭的外徑為960mm。頂進阻力F=F1十F2其