泥水平衡法顶管施工技术的应用

1、中化二建集团有限公司工程系列专业技术职务任职资格参评论文 论文题目:泥水平衡顶管法在城市燃气 单 位 中化二建集团有限公司第二分公司姓 名 刘世华现 专 业技术职务 工程师申报专业技术职务 高级工程师目 录一、 绪论:. 3二、古交(清徐至太原煤层气输气管道施工工程穿越大运高速顶管施工 41、工程概况 . 42、编制依据 . 53、施工方法 . 64、施工工艺 . 65、主要工序施工过程及措施 . 7三、结论 . 14四、参考文献:. 14【中文摘要】:顶管施工作为一项非开挖敷设管道的施工方法在市政、长输 管道的施工中得到广泛的应用。顶管施工是一种土层地下工程施工方法,它 不需要大面积开挖,可

2、以减少对施工周边环境的影响,缩短施工工期。顶管 施工的适用范围较大,例如:管道穿越铁路、公路、河流和建筑物时;街道 狭窄,两侧建筑物较多;在市区交通量大的街道施工,又不能阻断交通;管 道覆土深,开槽土方量大,且需要支撑;河道以下施工等。泥水平衡顶管法 作为一种较新型的顶管技术,具有适用土质广,挖掘面稳定,地面沉降小的 优点。下面就泥水平衡顶管法在城市燃气供气管道的施工过程中的应用作出 详细介绍。【关键词】:泥水平衡顶管法 新型 城市燃气供气管道一、绪论:顶管施工作为非开挖施工的主要施工方法,其施工过程中常用的施工方法 为为人工手掘式顶管,其包含敞开式和气压法式;其中人工手掘法是在顶管 的前段装

3、设工具管,施工过程中采用人工手动的方法来破碎工作面的土层, 然后利用人工和机械将破碎的土层外运至指定的地方;人工手掘法适用于黏 性、砂性或硬质泥岩土层,且无地下水影响,管径要求在 1000mm-3000mm ,且 顶管长度不宜过长, 一般不大于 30m 。 其优点是工作坑占用场地小, 设备简单、 技术难度低,设备安装时间短,便于推广。其缺点是:对地质条件有局限性, 例如对流体性大的土质不适宜;顶进面的土压不能平衡,容易塌方,易引起 安全事故;人工的劳动强度大,施工速度慢,且人进入管道内容易产生安全隐患;顶进的管道不宜过小和过长,因为人员要在管内自有走动。随着如今 管道施工的地层土质情况越来越复

4、杂、管道穿越距离越来越长、管道的埋深 越来越深、要求的施工周期越来越短、人工工资的大幅度增长等因素,导致 人工手掘法顶管已无法完全满足日新月异发展的施工要求。故泥浆平衡顶管 法作为一项新型的顶管技术应运而生。泥水平衡式顶管法是采用机械切削泥 土,利用压力来平衡地下水压力和土压力,弃土采用水力输送的压力进行弃 土作业。泥浆平衡顶管法的优点:适用土质范围比较广;可有效的保持挖掘面的 稳定,对所顶管道周围的原土扰动很小;与其它顶管方法相比较,其施工时 的总推力较小,尤其在黏土层的表现尤为突出,故该方法适用于长距离顶管 作业;工作坑内的作业环境较好,且不用大量人工下坑作业,作业安全程度 高;弃土采用泥

5、水输送不间断作业,所以其作业的速度比较快。以上的优点 让其在特殊作业环境下逐步取代了人工手掘法顶管施工作业。二、古交(清徐至太原煤层气输气管道施工工程穿越大运高速顶管施工 1、工程概况1.1工程概况:该工程为太原市煤气公司对古交(清徐至太原煤层气输气管道施工工程 第四标段,管线全长 5.468Km ,管径为 813×14.3mm 和 813×15.9mm 。管 线设计压力 4.0MPa, 管材为螺旋缝埋弧焊钢管和直缝埋弧焊钢管,材质为 L415。工程场地复杂程度等级为二级,地基复杂程度等级为二级,管道线路 岩土工程勘察等级为乙级。1.2现场分析和方案选择:管道在施工过程中需

6、要跨越大运高速公路(X053附近,因为大运高速公 路为山西的重要公路枢纽,图纸要求对该段道路进行顶管穿越施工,穿越深 度为 -5.4m ,通过详细的地址勘察报告以及现场的实际现场情况进行取样分 析,该段的土质主要为黏土及中粗砂土层,穿越的长度为 80m 。通过与设计单 位、监理单位和建设单位相关人员共同协商,决定对该段工程采用泥水平衡 法顶管施工, 顶顶管管材采用级钢筋混凝土排水管 ,顶管选用 RCP1500*2000- -GB11863,接口采用“ F ”型接口,齿型橡胶止水圈。2、编制依据2.1太原市煤气公司对古交 (清徐 至太原煤层气输气管道施工工程施工图 ; 2.2太原市煤气公司对古交

7、 (清徐 至太原煤层气输气管道施工工程地质勘察 报告等;2.3国家现行的施工技术规范、验收标准及质量、安全技术规程(1输气管道工程设计规范 GB 50251-2003(2钢质管道焊接及验收 SY /T4103-2006(3混凝土和钢筋混凝土排水管 GB/T 11836-2009(4油气输送管道穿越工程设计规范 GB 50423-2007(5油气输送管道穿越工程施工规范 GB 50424-2007(6油气长输管道工程施工及验收规范 GB50369-2006(7石油天然气钢质管道无损检测 SY/T4109-2005(8 关于处理石油管道和天然气管道与公路相互关系的若干规定 (试行(9顶管工程技术及

8、验收规范(试行;3、施工方法3.1方法简介根据现场的实际施工条件,由于管道埋深较深,穿越长度较长,从施工进 度、安全及经济技术方面考虑。该处管道的穿越采用泥水平衡式顶管的施工 方法进行穿越。顶管施工设备主要包括千斤顶机组 (500吨、高压液压站、 工具管、 U 型顶铁、(Dt-1000型泥水平衡顶管掘进机、送水、泥浆泵、排 浆泵、送排泥浆管、泥浆沉淀池、激光测量仪器、触变泥浆输送及泥浆运输 车等。4、施工工艺4.1施工工艺简介微型的泥水平衡式掘进机被主顶油缸向前推进,掘进机头进入止水圈,穿 过土层到达接收井,电动机提供能量,转动切削刀盘,通过切削刀盘进入土 层。挖掘的土质,石块等在转动的切削刀

9、盘内被粉碎,然后进入泥水舱,在 那里与泥浆混合,最后通过泥浆系统的排泥管由排泥泵输送至地面上。在挖 掘过程中,采用复杂的泥水平衡装置来维持水土平衡,达到消除地面的沉降 和隆起的效果。掘进机完全进入土层以后,电缆、泥浆管被拆除,吊下第一 节顶进管,它被推到掘进机的尾套处,与掘进头连接管顶进以后,挖掘终止、 液压慢慢收回,另一节管道又吊入井内,套在第一节管道后方,连接在一起, 重新顶进,这个过程不断重复,直到所有管道被顶入土层完毕。掘进机在掘 进过程中,采用了激光导向控制系统。位于工作后方的激光经纬仪发出激光 束,调整好所需的标高及方向位置后,对准掘进机内的定位光靶上,激光靶的影像被捕捉到机内摄像

10、机的影像内,并输送到挖掘系统的电脑显示屏内。 操作者可以根据需要开对其进行纠偏的,调整切削部分头部上下左右高度。 在整个掘进过程中,通过激光导向控制系统控制整个管道水平、垂直方向上 的偏差。4.2施工工艺流程测量放线 -沉井制作及接收坑开挖 -沉井封底 -安装导轨、设置承压壁 -安装泥水平衡顶管机进洞(包含进洞密封器安装 -安装泥浆系统 -顶进系 统的测量及调试 -泥浆平衡系统调试 -管道顶进出土(主顶推进 -泥水分 离、弃土外运 -回缩主顶 -拆除管内的泥浆管道等 -顶管管节安装 -管内泥 浆管道等安装 -出洞口密封器安装 -顶管作业完成(顶管机出洞 -将需要 穿越的煤气管道通过混凝土管顶进

11、进行安装 -管道施工完成 -顶管井回填。 5、主要工序施工过程及措施5.1施工准备设备的安装。5.2场地平整、测量放线(1根据设计给定的控制桩位,用经纬仪放出穿越中心轴线,并定穿越中 心桩,施工带边线桩,撒上白灰线。(2放线同时放出操作沉井坑与接收坑的位置和开挖边线。(3保护好中心线上的标志木桩,以便按该桩测量、审核操作坑开挖深度 和穿越准确度。5.3顶力的计算最大推力计算,采用经验公式,按最大顶距 80米计算:F=F1+F2上式中:F 总推力; F1端阻力; F2侧壁摩阻力;F1=/4×D 2×P=1/4×3.14×22×7.04=22.11

12、t式中 D 管外径; P 控制土压力;P=Ko··Ho=0.55×2×6.4=7.04t/m2式中:Ko 静止土压力系数,一般取 0.55Ho 地面至掘进机中心的高度,取值 6.4m土的重量,取 2t/m3F2=D ·f ·L=3.14×2×0.6×80=301.44吨式中:f 管外表 面综合磨擦阻力 ,根据地质勘察 报告,取值 0.6T/m2D 管外径 L 顶距F=F1+F2 =22.11+301.44=323.55T 500吨, 所选的千斤顶进系统可满足施 工顶进要求。5.4作业坑施工(1该工作井采用

13、方形结构,长 *宽 =5*6米,深度为 8米,壁厚 50cm ;(2根据设计图纸的要求以及施工现场的实际,确定沉井采取分两节制作、 分两次下沉和排水挖干、干封底的施工方案。(3在进行沉井的制作时,必须对预制的底板进行特殊处理,保证其在制作 过程中均匀沉降,以确保沉井的预制质量;(4沉井按要求制作完成后,下部的主要工作为沉井的下沉;(5沉井的下沉是整个工程的基础,故下沉的控制非常重要,一旦发生倾斜 就会给后续工序带来困难,故对沉井的下沉必须严格按分段下沉的要求进行; (6沉井的分段下沉a、首次下沉沉井浇筑后,开始首次下沉。沉井下沉必须由专人指挥。 初沉采用人工配合机械下沉。初沉是沉井下沉最关键的工序。沉井重心又高, 开挖若不均匀,就可能倾斜位移,沉井入土后,挖土应分层、均匀、对称的 进行,分层厚以 30cm 左右一层为宜。井内土面高差一般应控制在 0.5m 以内, 为防止突沉,靠近刃脚处尽可能不掏土,发现沉井倾斜,应及时纠偏,如出 现突沉,应分析原因,及时采取措施。b、第二次下沉第二次下沉在沉井最后浇筑后进行。沉井下沉过程中,在做好观测、分析刃脚压力变化、分析挖土深度与沉井下