土压平衡顶管幻灯片-2课件

1、盾构式土压平衡施工方案北京通成达水务建设有限公司目录一、高程概况二、编制依据三、工程特点、工程地质概况四、工程水文地质评价六、土压平衡盾构顶管机施工介绍七、顶管施工过程中应注意的问题五、非开挖技术及顶管机简介一、工程概况 10号口门供水工程施工第二标段：合同编号PDSJ-2012/10/SG-02，位于平顶山叶县境内，起点为叶邑镇与龙泉乡的分界点、干线桩号10+105.027处，终点为平顶山与漯河市界河干江河西北岸龙泉乡王楼村、干线桩号20+950.000处。 本标段中从桩号18+835.355开始至18+935.355为穿焦桐高速顶管段，顶管长度95m，砼套管DN3200，内穿SP管DN26

2、00，回填自密实砼。 二、编制依据1、南水北调平顶山配套工程10号口门供水工程施工第二标段招标文件 2、10号分水口门供水工程施工10-2标穿越公路工程施工图； 3、南水北调中线一期北京PCCP管道工程施工质量评定验收标准（NSBD3-2006）； 4、给排水管道工程施工及验收规范GB50268-2008； 5、顶管施工规程DG/TJ08-2049-2008； 6、顶管施工技术及验收规范（试行）三、工程特点、工程地质概况1、工程特点（1）本工程为地下作业，且开挖较深（7.5-10m），要恰当选择工作坑位置，注意安全。（2）施工工期紧，施工中要做好各工序的交叉作业，严格按照计划组织施工。（3）本

3、工程地下掏挖作业，危险性大，且材料均做垂直运输，需加强安全教育和安全巡视工作。（4）地下作业对中线控制较难，因此应加强测量工作，顶进时每节管子测量一次，确保全线贯通。 (5) 本工程地下水位高（施工底高程74.51，水位高程78.9m），且高速管理部门不允许施工降水。（6）顶管位置（管顶区）有一层松散块状石（厚度约1.6m），不利于掏挖施工。2、工程地质概况焦桐高速位于叶县齐庄西南约800m，桩号18+060左右，交通较便利。地貌单元为岗地，地势西高东低，地形起伏较大，冲沟发育。道路附近地面高程81.8-82.2m，道路地面高程81.4-81.8m，路面宽约27m，施工场地开阔。根据地层时代，

4、岩性及空间发布特性，将建筑物场区地层划分为3层，分别为：低液限粘土（alQ41）低液限粘土（alQ3）粘土岩（N1L）。四、工程水文地质评价 场区地质结构为土、岩双层结构。建基面主要位于第低液限粘土（alQ3）中，开挖边坡高于6m，存在临时边坡稳定问题，建议低液粘性土开挖边坡为1：1-1：1.5，勘察期间场区地下水埋深1.2-1.3m，水位高程80.3-80.8m，建基面位于地下水以下，存在施工降排水问题，建议采取相应的降水措施。第低液限粘土（alQ3）含少量钙质结构，如采用顶管施工，对施工有一定影响，场区低液限粘性土为普通土（类）、粘土岩为硬土（类）。场区粘性土属弱透水性粘土岩属弱-中等透水

5、性。 场区地下水对混凝土中钢筋具弱腐蚀性，对混凝土无腐蚀性，对钢筋具弱腐蚀性。场区对混凝土及钢筋混凝土结构具微腐蚀性，对钢结构腐蚀等级为强弱腐蚀性。地质、水文地质、水文在78.677.0m之间为粘土岩（裂浆石）地下水位约在高程78.9m五、非开挖技术及顶管机简介土压盾构平衡顶管施工优点 土压平衡盾构式顶管突出的优点：（1）适用的土质范围比较广，如在地下水压力很高，以及土层变化范围较大的条件下，它都适用。（2）通过可编逻辑程序控制器及各类传感器等随时监测施工状况，确定施工参数，使整个施工过程处于受控状态，从而有效控制矩形隧道顶进轴线、转角偏差及地面沉降。（3）与其他类型的顶管比较，土压盾构顶管施

6、工时的总推力比较小，尤其在粘土层这种表现得更为突出，所以特别适用于长距离顶管。（4）工作坑内的作业环境较好，作业比较安全，由于它采用机械掏土，输送弃土，为连续作业，因此进度比较快。顶管机技术参数：3780土压平衡顶管机：机头外径3840mm，管道外径3780mm，管道内径2600mm，机头长5500mm，自重42t，机头总功率190KW。土压平衡盾构机械顶管施工是市政管道铺设的一项新技术，无需全线降水（仅工作坑位置降水），利用土压平衡盾构顶管机可对矩形断面进行全断面切削,保持土压平衡，对周围土体扰动小，施工时无噪音、无环境污染，通过可编逻辑程序控制器及各类传感器等随时监测施工状况，确定施工参数

7、，使整个施工过程处于受控状态，从而有效控制矩形隧道顶进轴线、转角偏差及地面沉降。土压顶进速度快（平均顶进速度10米/天），它不仅适用于粘土，也适用于砂土、砂砾土或软土，而且也适用于N值较大的硬土。它之所以有如此广泛的适应性,是与它所具有的土体改善功能分不开的。即使在砂砾土中，它也能通过注入粘土等手段使原来的砂砾土变成塑性、流动性、止水性均较好的土，从而使本机正常工作并达到土压平衡之功能。3、施工后地面沉降小。由于本机采用辐条式刀盘，没有面板，其开口率达到90%，所以土仓所反映的土压力与顶管机所处土层的土压力相一致，不存在压力差问题。因此是真正意义上的土压平衡。所以，用本机进行顶管施工以后地面沉

8、降很小。六、土压平衡盾构顶管机施工介绍1、土压平衡式盾构顶管主要工作步骤测量放线工作井和接收井施工工作和接收井就位安装滑道、设置后背安装机头、顶进设备停车回程、加接管道机头就位、取机头主管线穿越顶进测量回填测量纠偏六、土压平衡盾构顶管机施工介绍2、顶进过程 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、石块等通过转动的切削刀盘输送至手推车，然后运送至地面上。在挖掘过程中，采用土压平衡装置来维持水土平衡，以至始终处于主动与被动土压之间，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，吊下第一节顶进管，它被

9、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，完成一条永久性的地下管道。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启位于掘进机内置式油缸进行伸缩，为达到纠偏的目的，调整切削部分头部上下左右高度。在整个掘进过程中，甚至可以获得控制整个管道水平、垂直向5cm内的偏离精度。六、土压平衡盾

10、构顶管机施工介绍六、土压平衡盾构顶管机施工介绍3、施工测量 顶管测量工具采用激光经纬仪进行水平及中心线的测量，并用激光进行导向。激光经纬仪可把管道前进方向显示在顶管机靶盘上，通过摄像头操作员可在操作台上直接看见。在管道进入土层过程中，每顶进1节管道对激光经纬仪进行一次校核。 六、土压平衡盾构顶管机施工介绍 4、顶力计算 本工程顶管单元长度根据设计图纸的井室位置、地面运输和开挖工作坑的条件、顶管需要的顶力、后背与管口可能承受的顶力等因素确定单元长度。本工程土质参数基本相同，顶力计算时分不同管径取最大管径和最大单元长度进行计算。1、顶力的计算最大推力计算，采用经验公式，按最大顶距100米计算：F=

11、F1+F2上式中：F总推力； F1端阻力； F2侧壁摩阻力；F1=/4D2P=1/43.143.7828.36=93.77t六、土压平衡盾构顶管机施工介绍 4、顶力计算 式中D管外径；P控制土压力；P=KoHo=0.551.98=8.36 t/m2式中：Ko静止土压力系数，一般取0.55 Ho地面至掘进机中心的高度，取值8m 土的重量，取1.9t/m3F2=DfL=3.143.780.85100=1008.88t式中：f管外表面综合磨擦阻力，根据地质勘察报告，取值0.82T/m2 D管外径 L顶距六、土压平衡盾构顶管机施工介绍 4、顶力计算 F=F1+F2 =93.77+1008.88=110

12、2.65t （120070%=840t）计算结果表明，当管道一次顶进100m时，总顶力1102.65t大于主搞顶力1200t的70%，并且大于工作井后靠最大承载力（一般为5000KN，既500T），故应采取增加中继间办法减小顶力。六、土压平衡盾构顶管机施工介绍5、中继间 中继间原理:解决长距离顶管的顶力问题主要是考虑如何克服管壁外周的摩阻力。当顶进阻力即顶管掘进迎面阻力和管壁周围摩擦阻力之和超过主千斤顶的容许总顶力或管节容许的极限压力或工作井后靠土极限反推力，无法一次达到顶进距离要求时，应采用中继接力顶进技术，实行分段使实施每段管道的顶力降低到允许顶力范围内。 采用中继接力技术时，将管道分为数

13、段，在短与段之间设置中继间。中继间将管道分割成前后两个部分，中继油缸工作时，后面的管段为后座，前面的管段被推向前方。中继间按先后逐个启动，管道分段顶进由此达到见效顶力的目的。六、土压平衡盾构顶管机施工介绍5、中继间 采用中继接力技术后，管的顶进长度不在受后座顶力的限制，只要增加中继间的数量，就可延长顶进的长度。中继接力技术是长距离顶管不可缺少的技术措施。中继间由前壳体、千斤顶及后壳体组成。前壳体与前接管连接，后壳体与后接管连接，前后壳体间为承插式连接，两者间依靠橡胶止水带密封，防止管道外水土和浆液倒流入管道内，钢壳体结构进行精加工，保证其在使用过程中不发生变形。中继间壳体外径与管节外径相同，可

14、减少土体扰动、地面沉降和顶进阻力。六、土压平衡盾构顶管机施工介绍5、中继间 中继间置数量及安装位置中继间安装的数量及位置应通过顶力计算，中继间的数量及其在顶进管段轴线上的位置应根据管道与土层的摩擦力计算来决定，设备的顶力使用应按设备顶力设计的70%-80%考虑储备力，顶进时，当顶力达到中继间设计推力的30%时（1102.65*0.3=330.79t），即需设置中继间，当顶力达到中继间设计推力的70%时，即需启动中继间，中继间设计总推力F=500T。（由10只50T小千斤顶组成）。六、土压平衡盾构顶管机施工介绍6、顶管纠偏 初始顶进每1米测量一次，并做记录。正常顶进时，每顶进3米测量一次，遇有纠

15、偏每1米测量一次，测量时要注意照射到机头激光靶上的激光点和管道中心轴线的一致性，若出现偏差通知机手及时调整。测量人员分别绘制出管道中心及高程曲线图，随时预测机头的前进趋势。 不断地观察光靶上激光点的行走轨迹，如发生偏移大于20毫米，预测机头又有向偏差大的方向发展的趋势时，要采取纠偏措施。纠偏时开动纠偏千斤顶。纠偏时每1米测量一次，并做机头和机尾的数据比较，有回归趋势时，保持一段顶进距离后，要停止纠偏，防止左右摆动。纠偏的原则是勤纠、微纠，每次纠偏量不要过大，而且要注意发展趋势，当上下、左右均发生偏差时，先纠上下、后纠左右。六、土压平衡盾构顶管机施工介绍7、泥浆减阻减阻材料及工艺效果通过注浆工艺

16、来减小管材与土壤的摩擦阻力，能够保证顶管的长距离施工。采用注浆工艺润滑、减阻后可以使顶距提高40一70。减阻用的主要材料是膨润土和水，辅助原料：如纯碱、纤维素CMC、缓凝剂等。六、土压平衡盾构顶管机施工介绍7、 泥浆减阻泥浆浆液的拌制膨润土泥浆的拌和时间一般为20至30分钟。泥浆制备后，须静置24小时方可使用，使其充分吸水，膨润成胶体，使用比重计测其比重，掌握在1.15g/cm3为宜。注浆压力注浆使用挤压式注浆泵，注浆口压力控制在0.130.22 MPa。视储浆池内触变泥浆下降的速度及顶镐压力表读数调节注浆压力。 六、土压平衡盾构顶管机施工介绍7、泥浆减阻注浆工艺实施要点A、工作坑内止水墙洞口

17、安装止水圈，防止龙门口跑漏浆、防止地下水进入基坑。B、管材安放管节环间安设橡胶圈，机头后要连续放置23节带孔管，然后采用隔3节放1节注浆孔管。C、顶管注浆减阻能否大幅度减小阻力与注浆质量、管道纠偏质量、土质特性、注浆管设计等有关，在施工中要综合考虑。六、土压平衡盾构顶管机施工介绍7、 泥浆减阻注浆操作A、计划注浆量，泥浆的厚度在管外径圆周1cm左右乘以长度，按厚度的12倍考虑.B、注浆工作结束后可用水泥与粉煤灰配比浆液对触变泥浆进行置换。管线拆除后应及时将注浆孔封严。 六、土压平衡盾构顶管机施工介绍8、 顶管机头接收坑（1）顶管机头出洞前洞口土体加固根据顶管进展情况，为保证掘进机能顺利进入接收

18、井，防止掘进机出洞后水土沿工具管与井圈之间的建筑空隙涌入接收井内，保证井内接头能顺利施工。如果发现地质较差，在掘进机到达接收井前，可对洞口土体进行深搅桩或旋喷桩加固，加固范围洞口前5m范围内，洞口四周距管道外侧23m。（2）顶管机头状态的复核测量掘进机进入接收井前的复核应测量顶管机所处的方位，是确认顶管状态、六、土压平衡盾构顶管机施工介绍8、 顶管机头接收坑评估掘进机出洞时状态和拟定施工轴线及施工方案等的重要依据，使掘进机在此阶段的施工中始终按预定的方案实施，以良好的状态、准确无误地进入接收井内。（3）顶管机头进接收坑在接收井砖墙封门破坏后掘进机头应迅速、连续顶进管节，尽快缩短出洞时间。掘进机

19、整体进洞后应尽快把机头和混凝土管节分离，并把管节和接收井的接头按设计要求进行处理，减少水土流失。七、顶管施工过程中应注意的问题1、管道轴线偏差过大（1） 偏差结果管道轴线与设计轴线偏差过大，使管道发生弯曲，甚至造成管节损坏，接口渗漏。（2）预防措施1） 顶管施工前对管道通过地带的地质情况认真调查，指导纠偏。纠偏按照“勤测量、勤纠偏、小量纠”的操作方法进行。2）采用同种规格的千斤顶，使其顶力、行程、顶速相一致，保持顶力合力线与管道中心线相重合。3）加强顶管后背施工质量的控制，确保后背不发生位移，并使后背平整，以保证顶进设备的安装精度。4）顶进过程中随时绘制顶进曲线，以利指导顶进纠偏工作。七、顶管施工过程中应注意的问题2、地面沉降与隆起（1）沉降、隆起结果顶管施工过程中或施工后，在管道轴线两侧一定范围内发生地面沉降或隆起，使管道周围道路交通受到影响，甚至危及到正常使用和安全。（2）防治措施1） 严格控制顶管轴线偏差，执行勤测量、勤纠偏、小量纠的操作方法。2） 在顶进过程中及时足量地注入符合技术标准的润滑支承介质填充管道外围环形空隙。施工结束及时用水泥或粉煤灰等置换润滑泥浆。3） 严格控制管道接口的密封质量，防止渗