泥水平衡顶管施工工法

冯大永倪宏源曾士伟历明马鹏程随着管道建设的发展，管道在穿越高速公路、铁路、建筑物等特殊地段时，传统的人工掏土顶管施工，因易坍塌、效率低、受周边环境制约等缺点越来越不适合于现场施工，泥水平衡顶管施工属于机械化、长距离顶进施工技术，在我国近年来逐步得到推广和应用，泥水平衡顶管施工则切实解决了施工中受地形限制、顶管长度限制、施工安全、环境污染等传统顶管存在的各项问题。本工较严格。理设备、压浆系统等。2.1该工法层次清楚，操作简便，运行可靠，便于掌握，可以对复杂的地下情况作出快速反应。面操作，安全、直观、方便。2.3适用土质范围广，软土、粘土、砂土、砂砾土、硬土均可适用。2.2施工精度高，上、下、左、右可纠偏，最大纠偏角度达°，并可作较长距离顶进。2.3对管体周围的土体扰动较小，地面沉降小，道路交通及构筑物相对安全。2.4操作坑内施工环境较好，采用泥水输送弃土，没有吊土、搬运土方，施工无安全风险。环境影响小。泥水平衡顶管施工工法适用于各种粘土、粉土、砂土和渗透系数较大的砂卵石，也适应强风化淤泥质土等特殊地质构造地段应用泥水平衡顶管施工工法，可达到良好的效果。力，采用机械掘进技术。工艺原理为：当接通机头刀盘电动机的电源开关时，刀盘就被驱动并以均匀速度对土体进行切削，刀盘可以根据土压自动前后移动，在顶进中起机械支撑开挖面的作用，维持挖掘面的土压。通过刀盘切削，将相当于管子顶入土壤同体积的泥土进入泥水仓，土将相当于管子顶入土壤同体积的泥土导轨安装主顶油缸安装工作坑施测量放线顶管设备就位地貌恢复导轨安装主顶油缸安装工作坑施测量放线顶管设备就位地貌恢复进入机头泥水仓内，由供水管向泥水仓内供水，泥土在泥水仓内与泥水混合成泥浆后，再由排泥管道排到泥浆池，泥浆经沉淀或分离后泥水可重复利用，残渣外运；掘进过程通过调节循环水压力用以平衡地下水压力。在切土、排泥时同步采用等压油缸持续顶进套管，同时通过机头内设置的4处纠偏油缸进行纠偏，在顶进过程中，加注触变泥浆填充管道周围的空隙，形成一道泥浆保护套，起到支撑地层，减少地面沉降，减少顶进阻力的作用。5.1施工工艺流程，见图5.1-1。后背墙施后背墙施顶进施顶进施工顶进完成机头出洞泥浆处理套管就位设备调试握穿越深度、穿越地质结构情况。土套管施工前进行复检，强度必须满足设计及相关标准要求。5.2.1.5施工前根据施工现场地形地貌情况，在靠近工作坑选择合适位置开挖泥浆池，用于安装泥浆分离系统和注浆系统，泥浆池规格为10m*8m，泥浆池大小根据顶管施工的具体情况进行适当5.2.1.6施工前制作警示标牌，在顶管工作坑及泥浆池四周设置警示带警示。推力的理论计算：(以Φ1800mm计算)Fl一迎面阻力F2—顶进阻力F1＝π*(D/2)2*P(D—管外径1.8mP—控制土压力)PKoHo式中Ko—静止土压力系数，一般取0.55Ho—地面至掘进机中心的厚度，取最大值5m量，取1.9t/m3F2＝πD*f*L式中f一管外表面平均(根据顶进距离平均沙砾土)综合摩阻力，取0.8t/m2L—顶距主顶油缸选用2台300t级油缸。每只油缸顶力控制在240t以下，这可以通过油泵压力来控制，千斤顶总推力480t。主顶油缸采用双行程(3m)油缸，可有避免频繁增加顶铁的弊端，施工中不必更换顶铁，保证连续施工，提高功效。采用基站式GPS(RTK)进行轴线定位，采用水准仪进行高程定位，并在定位轴线以外，征地范围之内设置永久测量控制桩。m坑开挖后出现临空面，四周的土壤易发生坍塌现象，影响施工安全和质量，为防止操作坑开挖后坑壁塌方，并加快施工进度，工作坑坑壁采用拉森钢板桩支护。该工艺是在拟开挖基坑周围沿外轮廓线预先打入钢板桩，并实现钢桩间相互咬合，最后将其相互连接而形成一个整体结构从而达到挡土目的。复操作，直至基坑钢板桩帷幕完成。为保证基坑安全，钢板桩上设置一道连续的工字钢或槽钢围檩以加强钢度及整体性。操作坑内的土方开挖必须在完成钢板桩支护整体牢固后方可进行。土方开挖过程中挖土机机械臂不得触碰内支撑。顶进坑底板：在挖深达到顶进坑底标高后施作底板，底板现浇30厘米厚的C20混凝土，使用支撑：选用30#工字钢做支撑，与钢板桩焊接在一起，垂直的两道支撑间距不大于2米，最后施工中采用钢后背墙支持油缸顶进套管的反力，钢后背墙直接放置在已经支护牢固的钢板桩整体结构上，油缸顶进的反力通过钢后背墙均匀的分散到钢板桩整体结构上，因此钢后背墙安装时应与顶进路径轴线相垂直，钢后背墙与钢板桩整体支护结构中间的缝隙采用钢板垫片填塞，当钢后背墙垂直度找正后，将钢垫板与钢后背墙、钢板桩整体支护结构满焊牢固。钢板后背墙厚度为40mm，导轨安装时和工作井底板预埋钢板焊牢，并用型钢支撑围牢。导轨安装前要先复核管道中心位置，确保导轨的高程、轴线位置准确。导轨定位必须稳固，在顶进中承受各种负荷时不位移、不变坑轴线、导轨轴线以及主顶油缸的轴线保持一致。底盘的调整的定位在将顶管机吊运至底盘导轨上后进行。主顶油缸必须符合中线和水平要求，且要以管道中心线为轴对称布置。主顶油缸架安装要定位中心误差控制在3mm以内。主顶油缸的油路应并联，每台油缸应有进油、退油的控制系统。主顶油缸及后背钢板安装泥水平衡顶管机就位泥水分离系统及注浆系统应靠近工作井边，安装在地面上适当的位置，符合便投料和排放所需落差的工艺要求，可以减少排泥管路过长而产生的管路摩阻力。注浆系统尽量使用螺杆泵以减少脉1、工作井总电源闸箱及用电设备必须执行三相五线制，且安装漏电保护装置，工作坑及管内使36V以下的照明设备；2、顶管机头内应设有应急照明电源，顶管机机头、工作坑及地面设备之间设置通讯联络设备。生变形或位移的基础上，应安装在独立的固定基座上，以减少重复移动和调整次数；4、使用激光经纬仪或激光指向仪与安装在顶管机内的激光目标靶共同组成方位误差测量系统，对顶进的高程的轴线误差进行全过程的监控。5、由于管道顶进距离长，埋置深度深，管道内的空气不新鲜，加上土体中会产生有害气体，因此，必须设置供气系统。通风设施用一台9m3的柴油空压机将压缩空气输入空气滤清器，经过气压调节阀，将压缩空气传输至管道最前端，并将管道最前端的空气排出，进行空气循环。1、所有设备安装就位后检查合格后，进行顶管机电路、油路、注浆系统的安装调试。2、设备试运行之前，应对设备的安装，各种管线、电缆的连接进行检查，确认安装和连接无误的试运行应遵照设备说明书进行。通过试运转查找和消除设备可能存在的所有问题，确与实际动作是否一致。3)设备润滑和密封系统供油正常，油路畅通，供油压力可在设定的范围内调节。4)刀盘正反旋转动作正确，无异常响声。5)纠偏千斤顶的伸缩动作正常。试查完毕将千斤顶回缩到工作零位。6)顶进千斤顶伸缩动作正常，试查完毕将千斤顶回缩到工作零位。7)泥水处理系统、注浆系统输送泵的试运转符合设备说明书的规定。1、安装顶压环并卡牢管后端，检查顶进系统的安装是否良好，校核管线标高和方向，各方面都备好后方可操作顶进。2、接通电源，机头刀盘开始转动，转速由慢到快，当设备的参数稳定后，启动进出泥泵出泥，3、调整进出泥浆泵流量，机头刀盘的操作全部采用在管道外控制台控制，由1名操作手实现对4、顶进千斤顶，观察工作仓的土压力表，调节渣浆泵的流量达到工作仓的泥水平衡，当进泥和吸泥泵稳定工作时，调节进泥和吸泥的泵量，使工作仓内应保持一定压力，仓内泥水压力应与地下压力相平衡，泥水压力过大，地面隆起;泥水压力过小，地面沉陷，所以控制顶进与出泥的速度相双行程(3m)油缸顶管顶进完成泥水平衡顶管机内部结构5、泥水处理系统处理，通过向刀盘注入含有一定浓度的泥浆，通过大刀盘切削工具头前方的原状土，与注入的泥水搅拌，泥水通过吸泥泵排到地表泥水处理系统处理，泥浆可以反复循环使用，处理好的泥沙用泥浆车外运。止水胶圈安装6、测量工具头的纠偏，在工作井后座位置设置测量机座，测量基座由地面引入地下，避免工作井的变形引起的误差，将全站仪放置在其上调平后，使全站仪发射的激光沿着顶进方向水平射出，打在工具头的测量靶位上，通过望远镜读出工具头的偏差。每隔0.5m记录一次。纠偏是指机头偏离设计轴线后，利用设置在机头后部的纠偏千斤顶组，改变机头端面的方向，减少偏差，目的是使管道沿设计轴线顶进。机头纠偏的好坏，将直接影响顶管施工的质量。顶进纠的走向，随时纠偏，控制好管道的线形。纠偏时应做到在顶进中纠偏，采用小角度分次逐步纠偏，勤调微纠。纠偏工作尚应在仿真分析的指导下进行。在顶进中顶管机头发生旋转时，可采取在管内上部纠偏顶缸向下纠偏下部纠偏顶缸向上纠偏6cm，注浆后使土体与管子间形成10~30mm厚的泥浆环。顶进过程中，加注触变泥浆填充管道周围的空隙，形成一道泥浆保护套，起到支撑地层，减少地面沉降，减少顶进阻力的作用。触变泥浆触变泥浆系统由拌浆、注浆和管道三部分组成。注浆流程：造浆静置一注浆一顶管推进(注浆)一顶管停顶一停止注浆，拌浆是把注浆材料兑水以后再搅拌成所需的浆液(造浆后应静置24据压力表和流量表，它可以控制注浆的压力(压力控制在水深的1.1~1.2倍)和注浆量(计量桶控制)。管道分总管和支管，总管安装在管道内一侧，支管则把总管内压送过来的浆液输送到每个注浆孔上去。注浆孔布置为：工具头后3节管各设一道、之依次进行，灌浆遇有机械故障、管路堵塞、接头渗漏等情况时，经处理后方可继续顶进。注浆系统设备包括：①注浆泵(螺杆泵，排量1000L/min，压力3MPa)；②搅拌器；③注浆管道(主管φ50mm钢管，支管φ25mm橡胶管)；④管路连接；⑤控制阀；⑥压力表。下一节套管，安装好所有管线、管路、电9、操作手在交接班时需要进行交接手续，将记录的设备运转情况表交给下一个班组的操作手，工具头等进行例行检查。置换掉，保障被穿越的地面构筑物安全。注浆应符合下列要求：的注浆孔压注，注浆应与地面监控相配合，应采用多点注浆将管道与土层的间隙充分填满，注浆量类本工法无需特别说明的材料，采用的机具设备见表6号头φ泥水平衡顶管机机外操纵台动力电缆综合控制电缆综合控制电器柜二、基坑主顶设备油缸泵站泵站主顶油缸架基坑导轨环形顶铁铁后靠板三、进排泥系统进水泵排泥泵进、排泥泵电缆进排泥软管进排泥钢管泥水管夹箍泥水沉淀池设备注浆泵总成注浆泵连接电缆泥浆桶水力拌浆桶水力拌浆桶连接电缆注浆单向阀五、其它设备激光经纬仪控制箱水准仪发电机型号及产地型江苏镇江江苏镇江3米江苏镇江江苏镇江江苏镇江江苏镇江江苏镇江米××江苏镇江米3米镀锌管大功率电路控制箱表6材料设备表量台台米米台根台根套套套套套根台台根根米件件台根件件根米米个台只只台台注7.1对顶管施工人员进行技术质量交底进行逐层交底，宣传到人、落实到位，提高职工的质量意7.2认真贯彻三检制度，实行班组自检、互检与专检相结合的检查制度，并做好各项检查记录。7.3施工前对钢筋混凝土套管进行复检，保证混凝土套管强度满足设计及相关标准规范要求。7.4顶进工程中，操作人员应随时监测监视器各项数据的变化，并及时记录，在分析记录数据的基础上及时进行纠偏，确保顶进轴线、中心线满足设计及相关标准规范要求。7.5施工人员采用交接班制度，施工中做好交接记录及施工过程资料的交接工作。排查。8.2施工技术负责人对顶管操作人员进行安全技术交底。并制定相应的保护措施。8.4进入施工现场的人员需按规定佩戴劳保用品，与施工无关人员不得进入施工现场。。防止滑脱坠落或冲击导轨，同时坑下人员应站在安全角落。用于悬挂物体。理并确认安全后方可继续作业。须执行交接班制度并保持记录完整。8.11工作坑内设置安全爬梯，施工人员上下工作坑必须走安全梯，安全梯设扶手并固定牢靠。9.1施工前进行班前教育，对施工现场环境保护进行交底；9.1合理规划使用施工场地，按施工平面布置图布置设备、设施和材料。9.2规范围挡，设置围栏，做到标牌清楚、齐全，各种标识醒目，施工场地整洁文明。9.3施工过程中尽量保护公路、铁路及构建筑物附近的植被、树木等；9.4施工过程中掌握穿越路径上地下障碍物的资料数据，随时采取