顶管施工方法

顶管施工方法本标段顶管有2处，约320米，分别穿越太浦河以及一条公路， 施工工艺采用泥水平衡施工工艺，工艺流程图示如下：1、机头选型及钢管长度选择1) .机头选择本工程由于一次顶进距离较长，为确保工程质量万无一失，确 保绝对工程安全，我公司根据以住施工经验，决定采用日本ISEKI 公司生产的UNCLEMOLE型TCZ600具有破碎功能的泥水平衡顶管掘 进机。具有破碎功能的泥水平衡顶管掘进机有多种形式。其基本原理 是主轴偏心回转运动而破碎的泥水平衡顶管机，其刀盘的正面，开 口比较大，便于大块的卵石等能进入顶管机内，刀盘正面上下两个 泥土和石块的进口，其开口的面积约占顶管机全断面的15%20%。刀盘由设在主轴左右两侧的电动机驱动。电动机是通过行星减 速器带动小齿轮，然后再带动设在中心的大齿轮。大齿轮与主轴及 轧辊联接成一体。主轴的左端安装有刀盘。这样，只要刀盘驱动电 机转动，刀盘也就转动，同时轧辊也转动。在掘进机工作时，刀盘 在一边旋转切削土砂的同时还一边作偏心运动把石块轧碎。被轧碎 的石块只有比泥土仓内与泥水仓联接的间隙小才能进入掘进机的泥 水仓，然后从排泥管中被排出。另外，由于刀盘运动过程中，泥土仓和泥水仓中的间隙也不断 地由最小变到最大这样循环变化着，因此，它除了有轧碎小块石头 的功能以外还始终能保证进水泵的泥水能通过此间隙到达泥土仓 中，从而保证了掘进机不仅在砂土中，即使在粘土中也能正常工 作。一般情况下，刀盘每分钟旋转45转，每当刀盘旋转一圈时， 偏心的轧碎动作达2023次。由于本机有以上这些特殊的构造，因 此它的破碎能力是所有具有破碎功能的掘进机中最大的，破碎的最 大粒径可达掘进机口径的40%45%之间，破碎的卵石强度可达 200Mpa。本掘进机的优点是：A、顶管机、主千斤顶、泥水循环系统和泥水分离装置 (DESANDMAN )成套化。B、带锥形破碎机的条幅刀盘，能破碎小于外径30%，一轴强度 196Mpa(2000 kg/cm2)的砾石。C、该机能适用各种土壤条件，如粘质土、砂土、砂砾混合卵石 土和软岩上。D、使用安装在轨道上的主顶油缸。一次顶进长度超过100m。E、该机由一人在地面遥控操纵即可。F、可在控制台上进行电视监测及方向控制，精度高。带有 ISEKI专利的RSG双光靶方向控制系统，有经验的操作人员可以将 方向误差控制在10mm之内！G、使用主千斤顶不间断便可单独顶进一节管子。H、泥水分离装置DESANDMAN是一种密封性好，操作灵活的分离 系统，且能节省安装空间。此机型在现今使用较广，我们有着成功施工经验、技术成熟、 可靠，对土层扰动少的特点。偏心破碎泥水平衡顶管掘进机是根据 含水量较高的沙砾土而专门设计的。因此特别适应本工地基顶管的 施工。2）.钢管的长度选定及制造A、钢管长度的选定：到达工地的每节钢管长度根据板材宽度及运输的需要，每节钢 管长度选择在4-6米，同一个工作井的每节钢管的长度要相同，以 便有效利用工作井的空间。钢管过长工作井长度不够无法安装钢 管；钢管过短，将增加现场焊接工作量，且影响顶管进度;所以工作 井尺寸的选定必须与钢管长度相适应，而当工作井尺寸确定之后， 钢管的长度则不能再改变，除非有特殊需要（如管道要到位等）。B、钢管的加工钢管在工厂根据顶进的需要，按一定的数量、一定的长度和一 定工期进行半成品加工。工厂焊接采用自动埋弧焊，以确保进度与 质量。工厂加工的半成品钢管，运达工地使用前，必须具备钢材合 格证及焊缝检查的有关合格证明，不合格的钢管不能进入现场。C、钢管的端头处理为使顶铁与钢管全截面接触，以减少接触应力，避免管口卷边 而影响现场焊接质量等，钢管的尾端采用平口。由于该钢管壁厚较 厚，为保证现场焊接质量，钢管的前端采用单面坡口；D、钢管的现场连接钢管的现场连接，采用单面手工焊接，双面成型的方法，手焊 采用直流焊机，焊条牌号选用E4303、TG50，管道拼接时必须确保 前后管道中心的重合，接口的焊接按钢结构工程施工及验收规 范的有关规定进行施工。E、钢管的防腐本段钢管埋深较大，地下水丰富，管壁容易生锈，且又穿越道 路、河道，维修十分困难，再加上钢管采用顶管敷设施工，为不影 响顶管进度且保证防腐质量，所以钢管防腐采用既耐磨、又抗剪、 抗冲击，且凝固快、强度较高，附着力好，不龟裂不脱落，无毒无 味，对人体无伤害的8710重防腐；该防腐材料早期强度比环氧煤沥 青防腐材料上升得快很多，且终期强度远远大于环氧煤沥青防腐材 料，所以它适合于顶管施工。2、平面布置、井内布置及管内布置1）、在工作井范围内实行全封闭隔离施工并布置以下必要的设 施，地面指挥监测中心、办公室、仓库、配电间、冷作间等。布局 要合理，环境整洁、卫生，并有专职人员进行管理。2）、现场布置采用8t汽吊，设备进场时，采用16t汽车吊车。3）、管道顶进时，起吊设备采用跨距为14m的龙门行车（起重能 力为30t），行车导轨与顶管中心线应平行铺设，并与管中心左右对 称。4）、井内布置工作井井内布置主要是后靠背、导轨、主顶油缸、油泵动力 站、钢制扶梯等。3、出土方案及地面隆起和沉降控制1）、出土方案泥水平衡式顶管的出土采用全自动的泥水输送方式，被挖掘的 土通过在机舱内的搅拌和泥水形成泥浆，然后由泥浆泵抽出，高速 排土。在沉井上部砌2只沉淀池。沉淀的余土外运需按文明施工要求 和渣土处理办法，运到永久堆土点，不得污染沿途道路环境。2）、泥水平衡顶管施工引起的地面沉降规律泥水平衡顶管在顶进过程中引起的地面沉降变化可分为两个阶 段。第一阶段是指开挖面达到测点之前的沉降或隆起。它主要是由于 泥水压力引起的，泥水压力过高，使开挖面受挤引起地面隆起；泥水 压力过低，使开挖面应力释放引起地面沉降。第二阶段是指从顶管机切口达到测点至顶管机尾离开测点时间 范围内引起的沉降或隆起。该段的地面变化主要是由顶管机及隧道移 动对地层的摩擦和剪切引起的。此外，平面或高程纠偏引起的单侧土 体附加应力也将影响此阶段的地面沉降。3）、管线沉降控制及保护措施为了保证在施工中做到对环境的充分保护，我们将从以下几方 面采取措施，来控制沉降，确保管线与路面的安全。本次施工我们选用封闭式泥水平衡顶管机。在顶管作业时，可 通过操作台控制顶速，使迎面土压力保持在主动土压力和被动土压 力之间，在0点附近一小段，在通常情况下，土压力可按实际情况 控制在P20KPA范围，地面沉降可控制在1cm以下。根据我公司过去经验，在顶进过程中，控制好顶进压力、注浆 量、推进速度，以及控制好轴线测量工作，作到勤纠勤测，精心操 作，精心施工，沉降量可以做到0.5cm以内,这样可有效的控制沉 降，达到预期的控制目标，确保管线、路面与建筑物的安全。4、井点降水施工井点管用48钢管，长度6.0m，滤管长1.5m，滤管钻10孔，孔距A=30，纵向6排，井点管每1.4m布置一个母管为100钢 管，沿水流方向以0.5%找坡。母管设置在-3.0m标高，井点管布置 距坑1.5m，母管与井管用硬质白塑料管连接，其优点是能看到管内 井点管的出水情况。抽水使用定型射流水泵组，最大可抽深度9m，一台水泵最多带 42根井点管，共布置两组水泵，78根井点管。每台射流水泵水箱内 安放一台2.5 潜水泵，把抽出的地下水排到河流或雨水管内。5、顶管出洞方案本工程顶管穿越河道、道路不设置中继间。为防止出洞口及顶 进过程中泥水压力过大涌入工作井内，在洞口内预先安装一个单法 兰穿墙钢套管，用于安装橡胶止水圈及止水封板。由于顶进距离 长，造成管材表面及钢套环、砂等对橡胶止水圈不可避免的磨损， 需经常更换橡胶止水圈。因此，我们在洞口里侧增加一道橡胶止水 圈，当需更换外部橡胶止水法兰时，洞口内部的橡胶止水圈可防止 地下水进入井内。6、测量以及设备安装1) 、测量的方法。a)通视条件下的测量：使用交汇法引工作井及接收井预留洞口中心至各自的井壁。置 经纬仪于A点，后视B点，作BA直线的延长线，并在工作井后部定 出一点C。保证C、A、B在一条轴线上，置经纬仪在C点上，后视A 点，在工作井井壁上定出一点A，置激光经纬仪基座于井下D 点，并抄平固定激光经纬仪架，置经纬仪于A点，后视B点，在 激光经纬仪器架上定出D点，D点同A，B点在竖直方向上成一直 线，安装激光经纬仪于仪器架上，对中D点，后视A点，依设计轴 线打好角度，既可定出轴线。b)不通视条件下的测量引出A、B两点后可根据导线法以及平移法定出C、D、A,其余 步骤同通视条件下测量定位。2) 、后靠背导轨及后顶的安装轴线确定后先安放后靠背，后靠背后部距离井壁100200mm, 调整后靠背前后以及左右方向，应尽量保证后靠背的中心于轴线相 重合，调整方法见右图：在轴线定好后既可安装导轨以及后顶，先根据导轨本身的尺寸 计算出导轨顶面至轴线的高差h,至水平仪于井下，在井四周作出 46个临水点，保证轴线标高-临水点高程二h，安放导轨时可用线 绳在相对的两个临水点拉出一条直线，使导轨顶轻触于线绳既可， 然后根据轴线调整导轨轴线在竖直方向上于已知轴线的竖直投影线 重合，导轨轴线方向调整好后再精调导轨的高程，最后支撑导轨至 井壁上。引轴线至井底前后两侧A、B两点，分中后靠背，在后靠背上作 一分中点C，开始放置后靠背时尽量使C点在AB的延长线上，此值 可肉眼鉴定，误差不应大于10cm，在后靠背边缘定出任意等高两点 D、D，测量AD和AD的距离，只需保证AD的距离约等于A D 的距离既可，误差不应大于3cm，导轨左右方向确定后既固定下面 两侧各一点，后使用线坠调整前后方向既可，最后根据实际情况填 塞C15-C30的混凝土至井壁到后靠背的间隙，后方顶的安装在后靠 背的安装完毕后进行，抄平后顶后只要保证所以千斤顶后平面贴实 后靠背既可固定。导轨安装完毕后需在预留洞口内安装副导轨，副导轨的轴线以 及高程均要与主导轨保持一至，此副导轨用于防止机头进洞后低 头，见下图：增高装置增高装置可根据机头重量以及增高量选择枕木，钢支架或砼垫 层。洞口止水装置的安装，应保证除止水圈外最小直径大于进洞管 道最大直径8cm，防止受到进洞物的剪切而失去止水效果，位置确 定后可用水泥砂浆封堵与井壁形成的间隙，防止从间隙处漏水、漏 浆。7、泥水减阻系统的安装泥浆池应尽量靠近工作井边，可采用并联法，见图:送水泵泥浆池尽量靠近工作井边，可以减少排泥管路过长而且产生的 管路摩阻力，沉石箱的配置可沉淀块状物，防止块状物直接进入排 泥泵引起排泥泵堵塞和损坏。注浆系统应尽量使用螺杆泵以减少脉动现象，浆液应保证搅拌 均匀，系统应配置减压系统，在泵出品处1米外以及机头注浆处各 安装一只隔膜式压力表。8、顶进开始调试阶段以及土体取样顶管下井前应作一次安装调试，油管安装先应清洗，防止灰尘 等污物进入油管，电路系统应保持干燥，机头运转调试各部分动作 正常，液压系统无泄漏。机头下井后刀盘应离开封门1米左右，放置平稳后重测导轨标 高，高程误差不超过5mm，既可开始凿除砖封门，砖封门应尽量凿 除干净，不要遗留块状物，同时可进行土体取样工作，使用100,L=500mm的两根钢管在洞口上下部各取长400mm的土样，取样工作 完成后随既顶机头，使机头刀盘贴住前方土体。TCZ机头属于刀盘不可伸缩型，土压力表所显示的土压力为泥 仓土压，显示的土压力与实际顶进的土压力存在一个压力差 P,此 值一般取15-30T，由于进泥口是衡定的，TCZ机头的土压控制主要 通过顶速来调节，每次初顶时先调节好送水压力，然后打开机内止 水阀，转动刀盘，关闭机内旁道，待流量达到额定值的80%时既可 开始顶进，送水压力可通过机内压力调节既可完成。9、顶进过程中的方向控制由于TCZ机头本身所具有的方向诱导装置，纠偏操作就变的简 单易行了，操作员只要通过纠偏动作，始终保证激光点在二号光耙 的中心既可。测量与方向控制要点(1) 有严格的放样复核制度，并做好原始记录。顶进前必须遵守 严格的放样复测制度，坚持三级复测：施工组测量员一项目管理部 一监理工程师，确保测量万无一失。(2) 布设在工作井后方的仪座必须避免顶进时移位和变形，必须 定时复测并及时调整。(3) 顶进纠偏必须勤测量、多微调，纠偏角度应保持在10 20不得大于0.5。并设置偏差警戒线。(4) 初始推进阶段，方向主要是主顶油缸控制，因此，一方面要 减慢主顶推进速度，另一方面要不断调整油缸编组和机头纠偏。(5) 开始顶进前必须制定坡度计划，对每一米、每节管的位置、 标高需事先计算，确保顶进时正确，以最终符合设计坡度要求和质 量标准为原则。10、顶管动力、照明配套(1)、顶管动力配套序号设备名称数量总功率(kw/h)1刀盘电机1222螺旋输送泵电机15.53纠偏油泵电机144排水泵2155电焊机1306(注：以上所列设备，并不都是同时启动。)动力电线设置：管内设置一二路电缆，按其配套动力负载功 率，选择电缆规格，供电采用TN-S方式，三相五线制移动电线装 接。11、管道顶进注意事项1) .顶管前查清地质情况，水文，地下水情况，针对不同的条件 采取不同的手段，确保顶管施工质量。2) .管节在加工厂要认真检查，防腐层不得破坏，不合格产品退 货，管节在吊进工作井前要查其质量，发现有问题不得进工作井， 接头处要作防腐处理。3) .土压平衡顶进时，须控制顶进速度，防止偏离管位。4) .保持工具管底无积水，随时排除，以防止土体基底软化。5) .顶管交接班时，应交清本班的测量记录，仪器对中，并交清 管道轨迹和纠偏趋势。6) .采取调整正面开挖部位，范围和深度的方法进行纠偏。7) .发生较大偏差时应分析发展趋势，采取逐步勤调，微调纠 正。8) .顶管用导轨、承压钢板、主千斤顶、组合千斤顶架、油泵等 设备性能必须良好，严格按要求装配，使用过程需时时检查调整。9) .顶管开顶后，要求日夜连续顶进，尽量减少中间停留时间。 暂停顶进时正面需作支撑或封闭等措施，并主顶系统、加泥润降系 统、纠偏系统之程序停止作业。10) .起重操作时吊臂底下不得站人。11) .特别注意地下的可燃性气体应及时疏散，避开明火。12) .机头操作人员不得超过机头去挖土。13) .管道内电路、油路要封闭好，以免外漏伤人。12、设备维修及保养在本工程项进过程中，特别需要对掘进机进行维修和保养，使 掘进机始终处于优良的使用状态，从而顺利完成本工程实施。1) .刀盘主轴及外壳密封掘进机在累计顶进达500米时，需对刀盘主轴密封进行检查， 看看是否良好，如果不良则应更换。如果良好则应在加好油的情况 下安装好。2) .液压系统当液化油出现乳化时，说明液压油己严重氧化，应予以更换， 更换液压油之前须把油箱内清洗干净。加油必须用精滤车过滤后方 可加入。另外，一旦发现油管老化应予以更换。3) .电气系统电气系统应保持干燥，保持指示灯及各仪表正常。4) .纠偏系统纠偏系统要经常检查是否漏油、油液质量、油压情况，如发现 不正常情况及时更换。13、注泥浆减磨以及注水泥浆加固措施长距离顶管施工中，顶力控制的关键是最大限度地降低顶进阻 力，而降低顶进阻力最有效的方法是进行注浆。注浆使管周外壁形 成泥浆润滑套，从而降低了顶进时的摩阻力，我们在注浆时做到以 下几点。1）、选择优质的触变泥浆材料，对膨润土取样测试。主要指标 为造浆率、失水量和动塑比。2）、在管子上预埋压浆孔，压浆孔的设置要有利于浆套的形 成。3）、膨润土的贮藏及浆液配制、搅拌、膨胀时间，听取供应商 的建议但都必须按照规范进行，使用前必须先进行试验。一般性能 见下表：膨润土纯碱掺加药剂漏斗粘度视粘度CP失水量ml终应力比重稳定性8%4%oCmc、 PHPL 19”22112.6801.04800.0014）、压浆方式要以同步注浆为主，补浆为辅。在顶进过程中， 要经常检查各推进段的桨液形成情况。5）、注浆设备和管路要可靠，具有足够的耐压和良好的密封性 能。在注浆孔中设置一个单向阀，使浆液管外的土不能倒灌而堵塞 注浆孔，从而影响这浆效果。6）、注浆工艺由专人负责，质量员定期检查。7）、注浆泵选择脉动小的螺杆泵，流量与顶进速度相应配。8）、由于顶管线路长，为使全程注浆压力不致相差过大，在中 间还将每隔400增设压浆泵以增大压力。9）、顶管施工结束后，为防止路面沉降，在套管外用液压注浆 泵注水泥浆，充填钢管与土层间空隙，以置换出泥浆。注浆采用水 泥浆，使用P 32.5水泥，水灰比0.6,注浆压力0.2MPa，最后基坑 检查井施工并恢复路面。14、应急措施管道顶进应连续作业。管道顶进过程中，遇下列情况时，应暂 停顶进，并应及时处理；1）工具管前方遇到障碍；2）后背墙变形严重；3）顶铁发生扭曲现象；4）管位偏差过大且校正无效；5）顶力超过管端的允许顶力；6）油泵、油路发生异常现象；7）接缝中漏泥浆。由于本顶管工程所处土层在粘土和粉质粘土层中，因此本工程 在顶管施工时如遇到意外情况，如土质突然变化、发生涌水现象、 遇到障碍物等，必须采取有效的措施来处理。地质发生很大的变化，突然间变硬或变软。这可以通过刀盘的 转矩来判断，如果突然变硬了，则向土仓内加入水或泥浆，掘进机 上设有加泥孔，其目的就是用来加泥的。如果太软，可把第一至第 三节管子及工具头都联成了一个整体，以增加它们的刚性，从而可 避免机头突然沉陷。在顶管施工过程中，如果出现异常的偏差或纠偏失效，必须在允许偏 差标准以内就停下来，分析原因，找出对策再继续顶进，切不可盲目 行动。操作人员必须严格遵守这样一条规定：无论何种情况，超过允 许偏差一律停下来，并且如实汇报情况，以便分析原因，找准对策。