頂管施工原理及重難點分析和事故案例分析課件

頂管施工技術及重難點分析1精選課件

頂管施工技術及重難點分析1精選課件2精選課件2精選課件工程概況

＊虹橋商務核心區(qū)（二期）區(qū)域供能管溝工程包括供能管溝、中繼泵房以及與功能項目一期的聯通段等。主線管溝長4462m，接用戶段管溝長610m，其中頂管段長4435m，明挖段長637m；管溝工程設頂管工作井共30個，另設中繼泵站兩座。

＊18座主線工作井及南片區(qū)中繼泵房圍護結構采用地下連續(xù)墻，工作井基坑平面尺寸以11m*11m為主，最大工作井基坑尺寸為19.2m*11m，基坑開挖深度最深達21.26m；10座用戶井及北片區(qū)中繼泵房圍護結構主要采用SMW工法樁，用戶井基坑平面尺寸7.9m*5.8m，基坑開挖深度達13.5m。

＊二期供能管溝主要采用頂管的施工方式，共29段，其中φ4200mm鋼頂管長2751m，共11段；φ4000mm砼頂管1024m，共8段；φ3500mm砼頂管長343m，共10段；φ3000mm砼頂管長66m。主線頂管埋深3.56~14.24m，用戶井頂管埋深4.63~8.96m。3精選課件工程概況＊虹橋商務核心區(qū)（二期）區(qū)域供能管溝工程包南片區(qū)平面圖北片區(qū)平面圖4精選課件南片區(qū)平面圖北片區(qū)1.1頂管施工原理頂管施工的基本原理為：從地面開挖兩個基坑井，然后管節(jié)從工作井安放，通過主頂千斤頂或中繼間的頂推機械的頂進，推動管節(jié)從工作井預留口穿出，穿越土層到達接收井的預留口邊，然后通過接收井的預留口穿出，形成管道的施工?，F在比較常用頂管施工為泥水平衡頂管施工法，其施工原理：通過導向頭的刀削轉動功能將泥土、砂、石破碎，由一條鋼管注入水量，拌成漿液，由另一條鋼管吸出漿液，將漿液置于離心器內離心脫水，再將干土卸到斗車內運去棄土的地方，分離出的水又回到儲水箱內重復循環(huán)使用。施工所采用的主要設備為信息化及全自動化泥水平衡頂管機5精選課件1.1頂管施工原理頂管施工的基本原理為：從地面開挖兩個基坑井1、頂管機：頂管機的作用①切削土體并攪拌均勻,②控制頂進的方向。

泥水平衡頂管機6精選課件1、頂管機：泥水平衡頂管機6精選課件2、主頂系統：主頂系統裝置由：后座墊鐵、導軌、千斤頂及千斤頂支架、后座泵站組成，其作用是完成管道的推進。

千斤頂主頂泵站后座頂鐵U型頂鐵7精選課件2、主頂系統：千斤頂主頂泵站后座頂鐵U型頂鐵7精選課件3、穿墻止水環(huán)

穿墻止水環(huán)安裝在工作井預留洞口，具有防止地下水、泥砂和觸變泥漿從管節(jié)與止水環(huán)之間的間隙流到工作井。地下水豐富、壓力大，或管道埋深較深時，壓板可加工成絞接，防止止水橡膠因地下水壓力往外翻出。導軌洞口止水環(huán)預留洞口8精選課件3、穿墻止水環(huán)穿墻止水環(huán)安裝在工作井預留洞口，具有防4、泥水系統進、排泥漿泵泥水分離裝置1、泥水式排泥系統的主要設備：包括進排泥漿泵、泥漿管、泥水處理裝置、泥水箱等。2、排泥系統有兩個作用：一排土，二平衡地下水。循環(huán)管9精選課件4、泥水系統進、排泥漿泵泥水分離裝置1、泥水式排泥系統的主要5、觸變泥漿系統泥漿攪拌桶觸變泥漿泵觸變泥漿管1、主要設備：由拌漿、注漿和管道三部分組成。2、作用：減少頂進過程中的管節(jié)與土體的摩阻力。降低地面沉降10精選課件5、觸變泥漿系統泥漿攪拌桶觸變泥漿泵觸變泥漿管1、主要設備：6、測量系統激光經緯儀操作臺機頭測量靶

1、測量系統的主要設備：激光經緯儀、測量靶和監(jiān)示器組成。2、測量系統的作用：監(jiān)示頂管施工過程中頂管機推進的軸線偏差。11精選課件6、測量系統激光經緯儀操作臺機頭測量靶1、測量系統的主7、糾偏系統糾偏液壓泵糾偏千斤頂1、主要設備：糾偏千斤頂、油泵站、位移傳感器和傾斜儀組成。2、作用：控制頂管施工中的頂管機推進方向。12精選課件7、糾偏系統糾偏液壓泵糾偏千斤頂1、主要設備：糾偏千斤頂、油頂管施工的工藝流程圖：加中繼環(huán)包括施工準備地下管線勘察工作井/接收井施工設備安裝后座、導軌安裝液壓系統、千斤頂安裝穿墻止水環(huán)安裝泥水循環(huán)系統安裝觸變泥漿系統安裝測量系統安裝照明、通風系統安裝掘進機吊裝穿墻頂進下放管節(jié)、接管安裝中繼環(huán)正常頂進、測量是否到接收井回收掘進機是下一段頂管施工設備調試否全段測量1.2主要頂管施工技術13精選課件頂管施工的工藝流程圖：加中繼環(huán)包括施工準備地下管線勘察工作1、出洞洞口止水洞口土體加固14精選課件1、出洞洞口止水洞口土體加固14精選課件2、正常頂進15精選課件2、正常頂進15精選課件3、泥水循環(huán)泥水壓力表進、排泥漿管16精選課件3、泥水循環(huán)泥水壓力表進、排泥漿管16精選課件4、測量17精選課件4、測量17精選課件5、糾偏、數據傳輸4組糾編千斤頂

糾偏千斤頂設在頂管機前后段之間，共4組千斤頂。通過組合動作，控制頂管機的頂進方向。

當激光點偏移測量靶中心，表明頂管機偏移軸線推進，就要啟動糾偏動作。（如激光點往上移動，說明機頭是往下偏移，必須伸出下面的2組千斤頂）。18精選課件5、糾偏、數據傳輸4組糾編千斤頂糾偏千斤頂設在角度傾斜儀位移傳感器

糾偏動作控制在地面操作室的操作臺遠程控制，如何確認操作的正確性是通過遠程數據傳輸來實現。

1、糾偏量的控制是通過安放在糾偏千斤頂上的位移傳感器來實現。

2、頂管機的狀態(tài)（水平傾斜、扭轉）由安放在機頭的角度傾斜儀來體現。數據顯示表19精選課件角度位移傳感器糾偏動作控制在地面操作室的操作臺遠6、觸變泥漿

在頂進過程中，隨著距離的增長，管道的摩阻力也隨之增大。為了提高頂進施工的效率，在施工過程中盡可能地降低管道外側的阻力，通常情況下往管外側噴謝觸變泥漿，降低頂進的阻力。觸變泥漿管膨潤土分散在水中，其片狀顆粒表面帶負電荷，端頭帶正電荷。如膨潤土的含量足夠多，則顆粒之間的電鍵使分散系形成一種機械結構，膨潤土水溶液呈固體狀態(tài)，一經觸動（搖晃、攪拌、振動或通過超聲波、電流）、顆粒之間的電鍵即遭到破壞，膨潤土水溶液就隨之變?yōu)榱黧w狀態(tài)。如果外界因素停止作用，水溶液又變作固體狀態(tài)。該特性稱作觸變性，這種水溶液稱為觸變泥漿。20精選課件6、觸變泥漿在頂進過程中，隨著距離的增長，管道的注漿孔的形狀及布置：在每節(jié)管的前端布置一道觸變泥漿注漿孔，數量為6個，孔的布置均勻。經過不斷壓漿，在管外壁形成一個泥漿套。21精選課件注漿孔的形狀及布置：在每節(jié)管的前端布置一道觸變泥漿注8、穿墻進洞

接收井進洞處理與工作井相同，當頂管頂到墻體位置時，鑿穿實際工具頭進洞位置的混凝土，迅速頂出工具頭。22精選課件8、穿墻進洞接收井進洞處理與工作井相同，當頂管頂到墻9、管內通風

1、施工人員需進入管道內作業(yè)或檢查維修設備時，施工前須對管道內進行通風，施工過程中應連續(xù)對管道內通風；2、臨時進入長時間沒有對管道內通風的管道作業(yè)時，須對管道內通風30min后，并對管道內進行毒氣監(jiān)測，明確安全后才能進入管道內作業(yè)；3、管道鋼管頂進施工時，焊接過程中應對管道內進行通風，減少煙霧進入管道內，減少煙霧對測量激光束的影響；23精選課件9、管內通風1、施工人員需進入管道內作業(yè)或檢查維修設備時，10、管內照明

1管內照明電源應與動力電源分開，設置獨立電源控制；2管內照明電壓應采用低壓，電壓一般采用36V、24V、12V、6V，管道內氣體嚴重潮濕時宜采用6V電源；3管道內照明應能清淅地看清管道內的環(huán)境。24精選課件10、管內照明1管內照明電源應與動力電源分開，設置獨立頂管施工擾動分區(qū),并將受頂管施工擾動的土體分為7個擾動區(qū)25精選課件頂管施工擾動分區(qū),并將受頂管施工擾動的土體分為7個擾動區(qū)25二、頂管施工重難點分析2.1機頭及管節(jié)旋轉:(1)原因分析：1）頂管機出洞時，由于機頭與導軌之間摩擦力較小，難以平衡刀盤切入土體時的反力矩，機頭產生偏轉。出洞后，雖然機頭后有管節(jié)，但是還不能平衡反力矩，還會帶著管節(jié)一起偏轉。2）糾偏量過大，糾偏頻繁，往往也使管節(jié)產生偏轉力矩，引起管節(jié)偏轉。3）主頂油缸安裝不平行同樣會使管節(jié)產生偏轉。（2）應對措施1）頂進中盡量避免過大及頻繁的糾偏。2）主頂油缸安裝要平行于軸線，控制油路要使油缸動作同步。3）頂進中可利用刀盤反力矩糾正偏轉，適當加大刀盤切土深度，然后將刀盤回轉方向切換到與機頭偏轉方向一致。4）在機頭一側加配重，調整機頭偏轉。26精選課件二、頂管施工重難點分析2.1機頭及管節(jié)旋轉:26精選課件2.2頂管方向失控:(1)原因分析：a、工作井出洞口無土體加固措施。b、掘進機糾偏液壓系統遇故障。c、掘進機糾偏行程小，糾偏力不夠。d、測量數據有誤。e、糾偏不及時，糾偏幅度過大。f、遇到土質變化，開挖面失穩(wěn)。（2）應對措施a、采用可靠的進出洞口地基加固措施。b、施工前，掘進機進行維修、保養(yǎng)、調試和驗收，施工過程加強檢查，遇故障立即停止頂進修理。e、實行三級測量復核制度。d、采取勤測、微糾原則。f、遇到突發(fā)情況，逐級匯報，確定偏差報警值，杜絕方向失控。。27精選課件2.2頂管方向失控:27精選課件3.3頂力急劇增大:(1)原因分析：a、觸變泥漿選材質量不好。b、觸變泥漿材料配方不合理。c、現場攪拌不充分，水化時間短。d、注漿孔布置不合理。e、注漿泵耐壓低。f、注漿量沒有控制好。（2）應對措施a、選材應進行測試和論證。b、配方應進行篩分和優(yōu)化。c、科學合理的按設計的管路進行布置。d、采用液壓注漿泵，并維修好，確保耐壓大于2bPa以上。e、注漿量和注漿壓力按設計要求控制。f、所有壓漿接頭用生料帶包扎，確保無滲漏現象。28精選課件3.3頂力急劇增大:28精選課件2.3頂進過程中蛇行和滾動控制:(1)原因分析：1）由于在頂進過程中對土體的擾動，使土體和頂管機的周邊握裹力減弱，糾偏過大，產生蛇行。2）由于壓注潤滑泥漿方法欠佳或局部注漿過量時，使?jié){液不能形成箍套，而在管道底部不斷積聚漿液造成鋼管上漂。（2）應對措施1）加強潤滑泥漿壓注的科學管理，確保注漿和頂進的同步性，使?jié){液能及時填充到頂進出現的空隙。2）補壓漿要遵守“全線、平均、及時”的原則，使管節(jié)周圍能均勻形成泥漿套，盡量避免局部超量超壓。3）在特別嚴重區(qū)域，采用上注下放和壓重的補救措施，減少出現曲線駝峰。29精選課件2.3頂進過程中蛇行和滾動控制:29精選課件3、頂管施工事故案例30精選課件3、頂管施工事故案例30精選課件一、事故經過（N08~N07砼頂管倒退事故）N08~N07區(qū)間東線頂管為DN4000砼頂管（內徑4000mm，外徑4640mm），頂進距離20米，穿越土層主要為⑤1粘土層，覆土深度約10.58米。頂管設備采用泥水平衡頂管機。2014年10月19日凌晨4點，3N2-1（N08-N07）東線第八節(jié)管道頂進完成；5點，東線開始下管道，準備開頂；當管道下放距導軌5米處，東線管道整體后退，后退長度約2.9米。頂管后退影響范圍：潤虹路北側半幅，靠近申虹路；路面塌陷呈漏斗型，影響2幅機動車道及1幅非機動車道，塌陷最深約1.2m，東西向長10.7米，南北向10.1-12.9米，面積約117平方。31精選課件一、事故經過（N08~N07砼頂管倒退事故）N08~N07區(qū)32精選課件32精選課件二、應急搶險路面塌陷事故發(fā)生后，施工單位現場第一時間通知各參建單位、各相關管線單位、道路管理單位及交警。施工單位立即啟動緊急搶險預案；對潤虹路進行交通引導、車輛繞道，并對N08工作井內頂管管道進行加固，防止再次后退。收集現場路面相關數據，判斷塌陷路面范圍管線分布及破壞情況；結合頂管相關數據；分析后，確定現場搶修方案并執(zhí)行。1、針對頂管整體后退2.9米，路面塌陷；分兩步同時實施：2、路面：將塌陷路面鑿開，主要管線完全暴露，確認管線破損情況，對管線進行修復（在相對應管線單位指導下實施）；管線修復完成后，將路面進行回填恢復。經與道路管理單位洽商后，道路結構層如下：黃砂（回填至管線頂以上30cm）、素土摻7%水泥（作土路基）、礫石砂、混凝土（夾鋼筋網）、瀝青（面層）。3、頂管：因管道后退2.9米，機頭刀盤直徑4.665米，空隙空間為：49.54立方。必須要求將后退的2.9米管道重新頂至后退前；避免塌陷進一步擴大。從19日早上5點開始交通組織開始，至20日凌晨1點左右，管線、路面修復完成，路面瀝青因混凝土養(yǎng)護時間限制，經交警、道路管理單位同意，待混凝土養(yǎng)護至強度85%，進行路面瀝青攤鋪。從19日早上9點開始焊接管道止退措施，至20日凌晨2點左右，N08-N07東線第八節(jié)管道頂進至原位。至20日凌晨5點，搶修施工結束。33精選課件二、應急搶險路面塌陷事故發(fā)生后，施工單位現場第一時間通知各參三、事故原因該事故，從收集的相關數據、分析，與各參建單位人員多次探討后，認為如下：1、總包及分包夜班管理人員未盡到管理職責，分包單位現場操作人員未按規(guī)定流程操作。2、通過前6節(jié)管節(jié)頂進及處理，第7節(jié)管節(jié)頂進時未設置有效的止退防退措施，僅憑類似工程的施工經驗控制。3、在⑤1粘土層中，頂管頂進里程近20米、頂力不大的情況下，注入觸變泥漿，導致頂管管道管身與土層接觸摩阻力驟減，迎面土壓力遠大于摩阻力；從而造成頂管后退。34精選課件三、事故原因該事故，從收集的相關數據、分析，與各參建單位人員四、吸取教訓積累經驗1、加強現場管理，項目部及分包施工管理人員管理到位，止退裝置專人管理，嚴格按要求執(zhí)行，且做好過程記錄。2、根據頂力情況適時壓注減摩泥漿。單節(jié)管道頂進至最后50cm時，放慢頂進速度，適當降低前倉泥水壓力。3、止退采用管節(jié)與基座焊接固定。4、頂進到位后，油缸先不要完全縮回；縮回3cm，密切觀察管道后退趨勢后再進行完全縮回，油缸縮回后，及時拼裝管節(jié)。

35精選課件四、吸取教訓積累經驗1、加強現場管理，項目部及分包施工管理人一、事故經過（N08~NY04地表沉陷事故）N08-NY04區(qū)間頂管為DN3500砼頂管（內徑3500mm，外徑4140mm），頂進距離39.92米，穿越土層主要為④灰色淤泥質粘土，上部部分穿越③灰色淤泥質粉質粘土，覆土深度約7.18米。頂管設備采用泥水平衡頂管機。本次頂進從2015年3月25日開始，截止至29日上午頂進里程為27.5米，各監(jiān)測點變化較小，最大累計沉降點NY04-7為6.5mm，在可控范圍內。

29日下午，頂進里程達到30米，管線監(jiān)測點RQ12、RQ13、RQ14、SS6、SS11、SS12、SSX11、SSX12、SSX13、TX6、TX16、TX17、WS8-2、WS8-3、YS8、YS18、YS19、YS20、YS21，地表監(jiān)測點NY04-1、NY04-2、NY04-3、NY04-4、NY04-5、NY04-6、NY04-7、NY04-8日變化量均已達到或超過警值，TX11被破壞，其中單次變化最大值;-43.7mm(NY04-5)，最大累計值：-47.2mm（NY04-6）。地面沉降趨勢稍有減緩，但地面沉降還在繼續(xù)，造成N08井圍檔外側人行道局部塌陷，并未對管線造成大的影響。36精選課件一、事故經過（N08~NY04地表沉陷事故）N08-NY0437精選課件37精選課件二、應急措施（N08~NY04地表沉陷事故）

塌陷事故發(fā)生后，施工單位現場第一時間通知各參建單位、各相關管線單位、道路管理單位。施工單位立即停止頂進施工，即時封索塌陷區(qū)域，收集現場塌陷的相關數據，判斷塌陷范圍管線分布及破壞情況；結合頂管相關數據；分析后，確定現場搶修方案并執(zhí)行。

1、將塌陷區(qū)域鑿開，相關管線完全暴露，確認管線破損情況，對管線進行修復（在相對應管線單位指導下實施）；管線修復完成后，將塌陷區(qū)域進行回填恢復。經與道路管理單位洽商后，進行人行道修復2、對頂管軸線范圍內圍檔進行加固，防止出現倒塌情況。3、放緩頂進速率，防止地面沉降影響范圍進一步擴大；減少出土量，在機頭前部重新建立起泥水平衡狀態(tài)，采取同步注漿的方式增加頂管自持力，保持頂管上部土體的承載力；38精選課件二、應急措施（N08~NY04地表沉陷事故）塌陷事故發(fā)生后三、事故原因（N08~NY04地表沉陷事故）

該事故，從收集的相關數據、分析，與各參建單位人員多次探討后，認為如下：1、總包及分包夜班管理人員未盡到管理職責，分包單位現場操作人員未按規(guī)定流程操作。2、在頂管進加固區(qū)時，未對頂管系統參數進行相應的調整，且補漿量不足，未能達到足夠的泥水壓力，造成地層損失率超出控制范圍，從而引起地面塌陷；3、從地質報告上來看，頂管穿越土層含有第③層灰色淤泥質粉粘土，呈流塑狀，高壓縮性，高靈敏度，分布較穩(wěn)定，厚度約0.7～7.8m，局部夾粉（砂）性土較多。39精選課件三、事故原因（N08~NY04地表沉陷事故）該事故，從收集四、吸取教訓（N08~NY04地表沉陷事故）1、根據施工方案及現場經驗，應適當調整注漿量，控制好泥水壓力，特別是對于頂管管節(jié)進出加固區(qū)時應及時對頂進參數進行調整；

2、總包及專業(yè)分包單位應加強安全和技術交底工作，交底工作必須到班組并留有記錄。特別對于頂管下穿道路的技術交底，施工班組應嚴格按照交底內容實施；

3、分包單位應引起足夠重視，提高現場管理人員責任心，舉一反三，加強自身管理；

4、現場施工過程中，應按照方案的內容做好施工記錄，特別是對于前艙壓力、進排泥量等推進參數做好施工記錄；40精選課件四、吸取教訓（N08~NY04地表沉陷事故）1、根據施工方案4、頂管施工安全分析序號施工工序常見風險因素危害類型工程質量或安全人身安全建構筑物管線安全交通安全1頂管進出洞加固質量或效果不佳，導致洞口封門拆除時坍方，影響工程及人身安全●●●●2洞口密封裝置安裝質量不佳，導致滲漏，嚴重者可導致坍方●●●●3正常段頂進施工觸變泥漿壓注不當，引起地面沉降●●●4參數設置不當，相關參數不匹配，致使產生超挖或欠挖，引起地面過度沉降、或隆起以及管線變形，周邊構建筑變形●●●5管節(jié)接縫發(fā)生滲漏，引起地面沉降●●●41精選課件4、頂管施工安全分析序號施工工序常見風險因4.1危險有害因素辨識根據事故發(fā)生的可能性和暴露于危險環(huán)境的頻繁程度，對事故可能發(fā)生的風險進行評價，確定各種事故發(fā)生的風險級別，從上表評價結果可以看出，頂管施工