新加坡工程泥水平衡施工方案.doc

顶管施工方案1、工程概况本工程顶管全线设计为泥水平衡顶管，管径为D1200混凝土管,全长约1200米。2、顶管机头选择经过反复方案论证，最后确定选用机械式泥水平衡顶管掘进机。机械式泥水平衡顶管掘进机是一种刀盘可伸缩的掘进机，操作可以在基坑内或地面操纵室内进行的，即Telemole掘进机。掘进机前壳体的前端是刀盘，在刀盘的后面就是泥水仓。刀盘是由电动机通过行星减速器减速以后再驱动的。刀盘可在泥水仓前后移动。刀盘上有二至四个矩形槽，槽内安放着可以前后伸缩的刀排和刀头。刀排向前伸时，可以切削土体，同时被切削下来的土从刀头与刀盘之间的空隙进入泥水仓内。在刀盘的面板上还散布着一个个固定的刀头。该刀头是在槽内刀头缩回后切削土体用的。在刀盘边缘还有几把边缘刀头，该刀头能在校正方向过程中把掘进机边缘的土挖净，使掘进机的方向容易校正。在平时，不进行方向校正时，该刀头可把掘进机前方的土挖成与掘进机壳体一样大小的洞，使掘进机顶进过程中，不使刀盘受挤压的力过大而影响平衡的力。在土质条件比较硬的情况下更是如此。在前后壳体之间有纠偏油缸，在掘进机下部平行地安装着两根管子为进水、排泥管。该掘进机的机械式泥水平衡机理在于刀盘伸缩的液压系统。由于刀盘的伸缩是由油缸控制的，因此，只要控制刀盘油缸后腔的压力，就可以控制刀盘前面的平衡压力。油缸后腔与油泵和溢流阀同时接通，溢流阀调定某一压力值，当掘进机前的土压力大于设定值时，刀盘就后缩，而且刀盘与刀头的空隙增大，进土量也就增加，前方土压力就下降。反之，当掘进机前的土压力小于设定值时，刀盘就向前伸，刀盘一直处于这种前后浮动状态，从而使掘进机前方的土压力保持在某一设定的值附近不变。这就是该掘进机用机械方式的刀盘来平衡掘进机所处土层的土压力。该掘进机还有另一种平衡功能，即由控制排泥管的泥水流量来间接控制开挖面的地下水压力。它把泥水压力控制在比掘进机所处土层的地下水压力高出20Kpa。从而避免了开挖面的地下水干扰影响。由于该掘进机有机械平衡土压力和泥水压力平衡地下水压的双重平衡功能，因此，它施工过后的地面沉降较小。3、顶管配套设备选型 1、主顶进装置 主顶进系统由油缸组、顶进环、钢后靠及液压泵站等组成，其主要功能是完成管节顶进，是顶管设备系统的主要组成部份。 油缸组油缸组由4只油缸分两列左右对称布置，每列各2只油缸叠积而成，并用可分式结构的支座固定，用联接梁连成一体。油缸选用我公司的双冲程、双作用等推力液压千斤项，每只油缸最大推力为2000kN，装备推力为4000kN，满足管节最大承受顶力的要求。油缸行程3.0m，因此长度250m的管节可一次连续顶进完成，无须再设垫块，提高了工效，并减轻了劳动强度。 液压泵站 选用2台A2F28RP2斜轴式柱塞油泵，配备Y200L6型电机。通过调速阀可改变油泵的流量，据顶进时的工况要求及时控制主顶油缸的顶速。以满足开挖面土压平衡的条件，从而起到控制地面沉降的作用。 钢后靠 管节顶进时油缸的反力，通过钢后靠均匀地传递到工作井井壁上，避免井壁受力不均或局部受力过大造成井壁结构破坏。钢后靠安装时，应与顶进轴线保持垂直，与井壁间的空隙应用素混凝土填实，确保整体接触。 注浆设备系统 在顶管施工中，能否及时地有效地向管节外围压注触变泥浆，以形成和维护好泥浆套，起到高效的减摩作用，往往是顶管成败的关键。 本顶管施工用的膨润土触变泥浆，是在地面压浆站配制后，通过液压注浆泵压入输浆总管及管节上设置的环形分管注入至顶管机及管节的各个注浆孔形成管节外围泥浆套。地面储浆箱外形尺寸LBH21.51m=3m3，由搅拌筒搅拌的泥浆抽入储浆箱进行水化膨胀，再通过液压注浆泵压入管内，在膨润土泥浆压入以前，对储浆箱内经水化的泥浆再一次搅拌，以减少压浆管道的阻尼。注浆泵站由SYB5050II型单缸液压注浆泵和液压动力站组成，注浆量Q80Lmin，注浆压力P=0.280.3MPa，输浆总管由2”镀锌钢管和球阀、水暖管件等组成，与管节上各压浆孔接通的环形管，采用1”高压软管。 泥水管路系统泥水系统选用二台石家庄水泵厂生产的渣浆泵。一台放在地面上为送泥泵，另一台放在基坑下为排泥泵。进泥管路采用4无缝钢管，排泥管路采用4无缝钢管，管节接头为卡箍式活络接头。基坑内设有旁通装置等。泥水系统采用Telemole管路系统。渣浆泵型号：4/3 CAH，电机功率18.5KW，流量90m3/h，扬程21.8m。顶管施工的管内出土是影响工效的关键环节，因为采用泥水管路系统可使顶管实现连续推进。 掘进施工中分为四个状态：停止状态、旁路状态、掘进状态及逆洗状态。在“停止状态”，切口水压若下降时，可以及时控制蝶阀的开度，使送泥水管道中的泥水补充到泥水仓，让切口水压力上升并稳定在设定值上。此时若送泥水管道中水压力低于设定值就可连动开启压力调节阀和进水泵，以提高管道水压力。在“旁路状态”时，顺利开启电磁比例阀，启动进水泵，开启进水阀截止阀，再逐个启动排泥泵、接力泵、PE泵。系统启动数分钟后，当送排泥水压油流量趋于稳定，并使送泥水压力和切口水压力基本相同时，再可操作到“顶进状态”。进入“顶进状态”时，顺利开启机头阀，开启进水阀、截止阀，关闭旁通阀。泥水输送系统可逐渐达到泥水平衡，调整送泥水压和排泥流量，使推进过程中一直保持泥水平衡，若在顶进过程中，切口水压值偏离设定值，操作人员应采取措施，使之恢复正常，若切口水压继续偏离，应立即切换到“旁路状态”。如果切口水压的偏离原因是泥水管道堵塞引起的，就应操作至“逆洗状态”，相应转换阀动作，对堵塞管道进行冲洗。管道畅逼后，应再转换到“旁路状态”。顶进结束，应将“顶进状态”切换到“旁路状态”，待泥水平衡后，再切换到“停止状态”。4、顶管过程中所采取的应急措施(1)本过程顶管可能会遇到旧暗浜或地下不明障碍物，并影响机头姿态控制，为此在顶进过程中必须贯彻勤测微纠的原则，一旦方向突然失控，应立即在前后壳体之间加设辅助纠偏系统。另外机头处若有异声，还应严格控制切土口的开启量，使障碍无不致进入泥浆室而引起堵塞。(2)由于本工程工作量大，工期紧，为确保工程顺利进展。在顶管机头和配套设备的配置时，应有足够的备品，一旦发生设备故障及时更换，然后再修理，以缩短误工时间。5、顶管施工工艺的说明（1）顶管工艺流程图(2) 顶管工作坑设施基坑导轨应具有足够的强度和刚度。本工程基坑导轨由型钢和钢板焊接而成。在工作井底板基础上应事先预埋钢板，预埋钢板的位置与基坑导轨相吻合，以便导轨与之焊接。预埋钢板上的锚固钢筋要焊牢并有足够的锚固强度，导轨安放后，还应在二侧用型钢支撑好，必要时再浇筑混凝土，确保导轨在受撞击的条件下，不走动，不变形。主顶油缸架是拼装式结构，主顶油缸架的安装也要定位准确。保证油缸受力点的正确位置。其高程和平面安装误差小于5mm。承压壁是承受和传递全部顶力的后座墙，更应具有足够的强度和刚度，并有足够安全度。本工程的承压壁设计在混凝土上先用钢筋混凝土浇平，后靠钢板用50钢板，在钢板和混凝土墙之间应贯满混泥土并保证密实。（见下图）(3) 工作井平面布置本工程采用16T汽车吊，在工作井实行全封闭隔离，并建筑必要的生产临时设施。要保持施工现场的文明、安全和卫生整洁。(见下图)6、顶推力控制措施1顶力控制的关键技术1) 触变泥浆的材料与配方泥浆润滑减摩剂又称触变泥浆，是由膨润土、CMC(粉末化学浆糊)、纯碱和水按一定比例配方组成。不同的土质，应采用不同的配方，才能满足不同的需要。膨润土是触变泥浆的主要材料，作为顶管施工用的膨润土应选钠基膨润土，由其拌制成的浆液，触变以后的流动性和静止下来的胶凝性、固化性都比钙基膨润土拌制的浆液要好，对土层的支承和润滑效果好。但是，我国的膨润土多为钙基膨润土，所以一般用钙基土进行钠化处理。本工程同步注浆和补浆用同一根管路系统，选用同种配方的浆液。2) 触变泥浆的制浆工艺理论和实际施工表明，除了材料的选择和配方以外，触变泥浆的制浆工艺对注浆减摩效果影响很大。搅拌要充分，搅拌后静置时间一般要12小时以上，对同一配方的材料，搅拌不充分，静置时间短，其最终流限可以降低一倍以上。为此，我们设计了高速拌浆器，经高速拌浆30分钟以上抽入储浆箱静置，储浆箱的容积为5m3,充分满足供浆要求。在储浆箱内另设三台搅拌器，静置6小时后，再次搅拌，待12小时以后抽入另一台高速搅拌器，经再次高速搅拌压入总管。3) 触变泥浆系统的管路布置 系统管路采用同一根总管，总管为2白铁管，从地面将浆液通过一台液压注浆泵注入支管，在管内通过二台中间接力压浆站送到机头，以满足机尾同步注浆，由地面将浆液通过另一台液压注浆泵压入支管，并送入管内另二台中间压浆站，通过这二台压浆站执行补浆工艺。支管为G1采用耐高压橡胶顶管和接头。在总管上，每隔100m设一只压力表，支管仅在机尾同步注浆断面设二只压力表。4) 触变泥浆系统的压注方法制定合理的操作规程，使顶进时形成的建筑空隙及时用润滑泥浆所填补，形成泥浆套，达到减少摩阻力和地面沉降，要达到这一目的，就必须严格执行顶管注浆操作规程，由专人操作，质量员检查严格把好质量关。压浆时必须坚持“先压后顶，随顶随压，及时补浆”的原则，补浆应按顺序依次进行，每班不少于2次循环，定量压注。 a)同步跟踪注浆 地面泥浆站配制好的触变泥浆，经液压注浆泵增压后，进入输浆总管，通过环形分管注入顶管机及管节的压浆孔形成泥浆套。当管节顶进时，利用掘进机尾部环向均匀布置的四只压浆孔，与顶进同步进行跟踪注浆，以确保当掘进机向前时在其后形成的环形空隙立即被泥浆所充填，从而形成完整的泥浆环套。 b)补压浆管节在顶进过程中，由于有部分浆液流失到土层中去，因此必须利用砼管节上的压浆孔进行补压浆。一般在一节管节顶进结束后，就应进行补压浆。而且还要视每段顶进的阻力情况，随机采取分段补压浆。 c)压浆量与注浆压力 压浆量原则上控制在同步跟踪压浆量为管节外理论空隙体积的5倍左右，补压浆量一般为管节外理论空隙体积的3倍左右。 注浆压力值不宜过高也不应过小，据采用浆液的粘度和管路输送长度，我们通过试顶后，压浆站的压力控制在0.280.3MPa较为合适。5) 压浆工艺质量的判别和修正a) 在管内注浆总管上每隔100m设一只隔膜式压力表，在机尾注浆断面的支管上也各设一只压力表。顶管过程中，作业人员每班应记录各表头压力值。判断方法；如果支管路上，四个压浆点的压力值明显不同，说明没有形成环状浆套。这样就必须在压力较小的压浆孔处压浆，或者把压力超高的压浆孔处的浆液放掉一些，以使各孔压力均衡，形成整环浆套。在无压力表的支管路上，可用手触摸支管，如感觉有静止情况，说明该支管堵塞，应予排除。在总管路上，若压力表超过预定值，说明压浆量太大，反之说明压浆量不够，应给以及时调整。b) 在顶进过程中，可以从主顶系统的液压力值推算出顶进阻力。绘出顶力曲线变化图。如果该曲线显示顶力突然升高，就说明压浆工艺出现问题，应立即查明原因，及时调整。7、顶管进出洞口的安全措施7.1 洞口止水装置（见下图）在洞口外侧，要设置钢封门，钢封门采用24槽钢，密排布置，在洞内侧，根据设计要求，先制作钢筋混凝土墙，再砌砖墙，顶进开门时，用风镐破除钢筋混凝土墙和砖墙，不留隐患。在预留洞底部，还应设置延长导轨，以免机头出洞时嗑头。根据设计预留的法兰，我们在法兰上安装工作井洞口止水装置。该装置必须与导轨上的管道保持同心，误差应小于2cm。工作井洞口止水装置密封为橡胶止水法兰。在橡胶止水法兰之前应预埋注浆孔，以便压注膨润土泥浆。在机头将要到达接收井时，要精确测出机头姿态位置，尽量满足橡胶法兰与机头同心的要求。7.2 工作井出洞措施1、在工作井出洞外侧预置钢板桩封门，以便顶管破墙时正面土体不致坍方。2、在工作井预留孔的内侧先预埋钢法兰，顶管前在钢法兰上焊接安装洞口止水装置，可采用帘布橡胶法兰板和扇形钢压板，应确保该装置与基坑导轨上的管道同心。 3、基坑导轨、主顶油缸架、承压壁、出洞口应严格控制好设计轴线，安装精度高，并确保牢固稳定。 4、机头出洞口推进时，要将机头和前几节管子的上端用拉杆连接好，并调整好主顶油缸编组，以防机头出洞入土后叩头。7.4 接收井进洞口措施1、在顶管机到达接收井前30m左右时，作一次定向测量。2、基座安装顶管机在进洞前应先在接收井安装好基座，基座位置和标高应与顶管机靠近洞门时的姿态相吻合，以防机头叩头。3、管节连接为防止顶管机进洞时，由于正面压力的突降而造成前几节管节间的松脱，宜将顶管机直到第五节管节的相邻接口全部连接牢固，以防叩头4、洞门建筑空隙封堵顶管机进洞后，洞圈和顶管机、管节间建筑空隙是泥水流失的主要通道。待顶管机进洞第一节管与伸出洞门500mm左右时，应及时用厚16mm环形钢板将洞门上的预留钢板与管节上的预留钢套焊接牢固，同时在环形钢板上等分设置若干个注浆孔，利用注浆孔压注足量的浆液填充建筑空隙。8、线型控制及测量设备1、测量仪器配备与检验顶管施工需进行三维动态测量，其精度要求很高，我们将采用精度高，性能优良的测量仪器才能够满足其精度要求。为此，我们将配备性能优良的苏光一厂的激光2”经纬仪，水准仪等一系列精密高档仪器。顶管施工测量所使用的仪器、附件按时送质检单位进行检验，做全面鉴定，并在使用过程中经常进行检查。2、控制测量 a. 平面控制 为确保两井间顶管贯通，在两端头井附近埋设地面导线点，利用空导点和地面导线点，以导线测量形式，将平面控制成果引测到施工现场。 利用空导点和地面导线点建立平面控制网。导线测量采用索佳测距仪，测距6测回，双向观测，测距相对误差1/80000，对观测结果进行平差。 井上座标点向井下传递采用联系三角形方式，点位由铅垂仪垂直投设。 井下控制顶进方向的基准点用钢架埋设成固定点，采用激光经纬仪跟踪观测机头偏差方向。 b. 高程控制 利用施工区域附近的已知高级水准点，布设等级水准路线，将高程引测到工作井附近，并设立施工高程控制点。 地面高程传递到井下时用钢尺垂直悬挂，下系至标准拉力线锤，然后地面、井下两台水准仪同时观测。井下布设23个地下起始高程控制点。 c.顶管姿态测量 为保证顶管机严格按设计轴线推进，必须及时观测顶管动态数据，从而调整顶管各施工参数，指导顶管正确、安全推进。 顶管姿态测量是通过位于工作井内的激光经纬仪，将激光点打在机头坐标靶上，再通过闭路电视反映在电视显示器上，以指导纠偏操作。为使顶管的测量数据准确，应定时对顶管工作井进行复测校核。3、顶管的纠偏系统顶管纠偏系统为掘进机45斜向布置，共4组，每组60t，行程5.5cm机内还设有倾斜仪传感器，操作人员可以随时知道机头坡度，施工前，我们将对纠偏系统全部拆开保养，经试压和验收后方可投入使用。使用过程中也要加强对液压油清洁度的管理，确保无故障工作。4、顶管的纠偏要点纠偏操作方案应是顶管操作工交接班讨论的重点。方案的依据为测量提供的机头折角、倾斜仪基数和走动趋势、前后尺读数比较、机尾处地面沉降量等等。0.5以上的大动作纠偏须尽量避免并慎重讨论，不得已时也应争取在非重要地段进行并加强注意。纠偏动作后如无折角变动应即停顶，会同电工、机修工检查电路和液压管路，尽早排除故障，严防轴线超差。纠偏应在下管后尽早进行，注意观察倾斜仪读数的纠后趋势及光点滞后变化，同时通知地面和地下压浆人员加大同步压浆量。 209、质量保证体系及措施顶力剧增1) 触变泥浆选材质量不好。2) 触变泥浆材料配方不合理。3) 现场搅拌不充分，水化时间短。4) 注浆孔布置不合理。5) 注浆泵耐压低。6) 管路布置不适应超长距顶管要求。7) 注浆量没有控制好。8) 注浆压力不合理。9) 管路接头渗漏、10) 没有形成完整泥浆套，只是偏心浆套。管外壁带土顶进。1) 选材应进行测试和论证。2) 配方应进行筛分和优化3) 搅拌和水化时间大于6h。4) 科学合理地按设计的管路进行布置。5) 采用液压注浆泵，并维修好，确保耐压大于2Mpa以上。6) 按超顶管要求，设中间注浆泵站。7) 注浆量和注浆压力按设计要求控制。8) 所有压浆接头用生料带包扎，确保无渗漏现象。9) 压浆工艺由当班班长负责，确保整条管道形成完整泥浆套。地表沉降大顶进速度太快。开挖面土压力大。开挖面不稳定。管道线型不好。机头壳体外径比管外径大得过多（建筑空隙大）。泥浆套形成不好，管道带土顶进。顶进开始阶段没有对推进参数进行优化。顶进速度应满足开挖面土压平衡条件。采用能稳定开挖面水土压力的顶管掘进机。机头姿态控制精度好。机头壳体比管外径大20mm为宜。认真做好注浆工艺。应采用信息反馈技术，在初始推进阶段对推进在数进行优化，以指导施工。管道渗漏1) 出洞口渗漏。2) 管接口渗漏。3) 机头主轴密封渗漏。1) 出洞口止水装置与管道的同心度好，误差小，采用精加工制作，采用双道橡胶法兰结构。2) 管的验收到橡胶止水带的质量检