小管径泥水平衡顶管掘进机施工技术[详细]

1、小管径泥水平衡顶管掘进机施工技术,中铁隧道集团第五建筑有限公司 2017.11.18,目录 一、前言 二、技术特点 三、适用范围 四、工艺原理 五、施工工艺流程及操作要点 六、材料与设备 七、质量控制 八、安全措施 九、环保措施 十、效益分析 十一、应用实例,随着我国非开挖技术的广泛应用，机械顶管施工技术日趋成熟，特别是泥水平衡机械顶管工艺已成为较为常用的顶管施工方法。然而，顶管施工本身就是一项受地下不确定因素和外界困扰较多的高风险作业，成功率并非十分圆满。从以往的顶管施工情况来看，小管径、长距离、复杂地质情况下泥水平衡机械顶管经常会出现各种各样的技术、质量、安全问题。泥水平衡机械顶管在复杂地

2、质情况下进行小管径、长距离施工在国内属于比较成熟的施工工艺；但在中隧所建项目应用较少，我们有责任，有义务进行研发，填补企业专业领域空白。,一、前言,1、 高安全：采用泥水管道输送弃土，不存在吊土、运土方等容易发生危险的作业；泥水机械顶管采用全封闭式顶进，可有效的保持挖掘面的稳定，对管道周围的土体扰动小，能很好的控制地面沉降，相对于其他顶管更好的保证周边建筑物、管线的安全。 2 、低污染：采用泥水管道输送泥浆，并经泥水处理系统处理后再进行弃土，环境污染小。 3、 高工效：施工工效高，泥水加压平衡工具管与其他工具管相比，具有平衡效果好，结构紧凑，由于出土方式是用水力机械化连续出土，顶进速度快，对土

3、质的适应性强。无论是粘性土还是砂性土，均能收到良好的效果。 4 、长顶进：与其它类型顶管相比，单项顶进距离最大，在不加中继间的情况下，泥水平衡顶管施工的总推力较小，单段顶进长度可达250m。 5、有不足：遇到地层有岩石或地下构筑物等硬性物质时，不宜使用。,二、技术特点,适用于地下水压力高、非坚硬的的地层条件，如砂质土、粘土等。,三、适用范围,顶管施工前，先建造一个工作井和一个接收井。在工作井内的顶进轴线后方，按需要对称布置2-6只主千斤顶，将需敷设的管节，放在千斤顶前面的导轨上，主千斤顶推进时，以机头开路将管节压入土中，与顶进相配合，刀盘将切入泥仓的土体搅拌成泥浆后，通过管道送出井外。一根管节

4、被压入土中后，吊入下一管节连接，继续顶进，反复循环顶进至预定长度，管道敷设完成。 在泥水式顶管施工中，为使挖掘面上保持稳定，必须在泥水仓中充满一定压力的泥水，泥水在挖掘面上可以形成一层不透水的泥膜，它可以阻止泥水向挖掘面里面渗透。同时该泥水本身又有一定的压力，可以用来平衡地下水压力和土压力，从而保证周围地层和建筑物的稳定与安全。,四、工艺原理,五、施工工艺流程及操作要点,施工工艺流程,步骤一：工作井及接收井施作,施工工艺流程,步骤二：泥水平衡顶管机操作台,施工工艺流程,步骤二：顶管进洞准备,泥浆池砌筑,泥浆搅拌,施工工艺流程,步骤三：顶管机设备安装与调试,导轨及靠背安装,顶管机安装及调试,施工

5、工艺流程,步骤四：管节用吊车下吊,施工工艺流程,步骤五：顶管机顶进,施工工艺流程,步骤五：接头安装,管材之间衬垫板安装,管材之间橡胶圈安装,施工工艺流程,步骤六：水平推进,环形顶铁安装,马蹄形中间顶铁安装,施工工艺流程,步骤七：顶管机顺利出洞,施工工艺流程,步骤八：顶管成型后效果图,施工工艺流程,步骤九：检查井施工,施工工艺流程,（一）NPD泥水平衡顶管掘进机 NPD泥水平衡顶管机由切削搅拌系统、壳体、纠偏系统、进排浆系统、电气系统及监控系统组成。,操作要点,（一）NPD泥水平衡顶管掘进机,操作要点,（一）NPD泥水平衡顶管掘进机,泥水平衡顶管机机头,泥水平衡顶管机内部构造,操作要点,（一）N

6、PD泥水平衡顶管掘进机,纠偏油压千斤顶,光靶及液压油表,操作要点,（一）NPD泥水平衡顶管掘进机（1800） 技术参数： 外型尺寸21804200（外径长）mm，重21t。顶进速度10-150mm/min，进排浆管道直径150mm。 切割刀盘：转速2.2rpm，扭矩260kNm，对抗土压50T/，电机功率302kw。 纠偏系统：纠偏油缸推力（单只）80kNm，纠偏油缸拉力60kNm，纠偏油缸数量8个，纠偏油缸行程60mm，纠偏角度（上下、左右）2.5，油压31.5Mpa，排量5L/min，电机功率3kw。,操作要点,（一）NPD泥水平衡顶管掘进机 机头壳体内的泥土仓是2140550筒体，安装在

7、壳体泥土仓内的是平板切削刀盘，切削刀排成辐条状焊接在该刀盘上。本机刀盘由两台30KW电机驱动。动力通过减速器带动小齿轮、再驱动大齿轮旋转，大齿轮通过主轴带动刀盘旋转，刀排的正面焊有坚固耐磨的切削刀头，从而构成一个刀盘整体。 前后壳体之间由四组纠偏油缸连接，为了防止纠偏过程中前后壳体间的相对偏转较大，后壳前体端设有一个防转舌。,操作要点,顶管机工作时，刀盘旋转切削泥土。由刀盘面上的孔洞进入泥水仓，从排泥管中排出。进排浆系统是由球阀和并排的两根浆管组成，两根浆管一路进水，另一路排浆，通过球阀可交替进排浆，防止一路管道由于长时间出浆造成堵塞。,操作要点,顶进过程中如果顶管机偏离了预定的位置，可利用纠

8、偏系统进行纠偏。纠偏系统由液压动力源、控制阀和四组油缸组成，工作压力为21Mpa，纠偏时相邻的两组油缸同时动作，使机头回到正确的轨道。,（二）顶管工作井及接收井 机械顶管顶进距离较长，后座力大，靠背要求高，为确保安全，顶管工作井及接受井一般为圆形钢筋砼结构； 井采用沉井法施工。沉井大小根据顶管机工作空间确定，对于1800顶管机工作井直径为6.5m，接收井直径为5m。,操作要点,（二）顶管工作井及接收井,施工工艺流程,沉井施工,操作要点,（三）顶管掘进机的出洞 顶管过程中，无论管节从工作井出洞或是接收井进洞，管道外壁与洞口之间都必须预留一定的间隙。如果该间隙不能够采取有效的密封措施，地下水和粉土

9、夹粉质黏土、流塑状的淤泥就会从该间隙中流到工作井或接收井中。 1）洞口止水圈的设计 在洞口密封设计中，一般采用主橡胶圈密封的密封结构，该结构的特点是：结构简单，经济可靠。,操作要点,（三）顶管掘进机的出洞 2）洞口土体加固措施 由于掘进机需要切削洞口处的土体顶进，若将该处土体加固的太硬，势必增加掘进机的切削负荷。因此一般采用不注浆加固土体而在洞口外侧，按洞口直径打入相应宽度的钢板桩，待掘进机安装完毕，将封闭洞口的砖封门全部凿除且掘进机推入井壁内，井内的密封装置发挥作用后，再将洞门外侧的钢板桩拔出的施工方法。,操作要点,（三）顶管掘进机的出洞 3）掘进机出洞时防止回退的措施 出洞初期掘进机及前几

10、节管节往后退的情况是全封闭式掘进机的全断面上承受的主动土压力造成的，它使掘进机后退的力大于掘进机周边的摩阻力，当主千斤顶的推力撤消后掘进机后退。上述情况发生后，掘进机前方的土体就会发生不规则的坍塌。 在难以成拱的土层中，土体会延滑裂面坍塌，上部土体扰动后土压力变小，掘进机再次顶进时将向偏向压力较小的一侧，极易向上爬高。因此出洞的临时防退措施必须周密考虑。一般采用两只10kN的手拉葫芦止退，顶进12m后方可将措施解除。,操作要点,（四）管节的正常顶进技术 1、管道在正常顶进时，关键在于保证挖掘并排出土体的体积为顶管掘进机体积的95%103%。 2、管道顶进过程中要通过全站仪勤量测，发现偏差通过8

11、个油压千斤顶进行“勤纠、缓纠”。,操作要点,3、施工过程中采用触变泥浆进行润滑，对于200多米的顶管，顶进施工中如润滑得当可不加中继间（有备用），这样可以大大提高顶进效率及降低顶进成本，因此应格外重视顶进中的润滑注浆工序。注浆要使注入的浆液随着管道顶进形成完整的初始浆套，并且每顶进一定的距离应能够得到补充。,（五）出洞方法及掘进机的吊出 本部分工作包括：在接收井搭建托架导轨、洞口止水圈安装、机头偏差复测、拆除洞口封门、掘进机进洞并吊运等。 洞口止水圈安装：对于土体情况差、地下水的压力大，可将洞口外侧的土体已加固至1.01.5Mpa，但掘进机在推进洞口的过程中，会不可避免地扰动土体，掘进机出洞过

12、程中，地下水在压力的作用下，延着缝隙钻入接收井，因此该洞口止水圈与出洞口形式一样。 顶管机机头采用100t吊车整体式吊离。,操作要点,（六）泥浆运输,泥浆采用泥浆罐车进行运输或将泥浆晒干后采用渣土车运输。,操作要点,单工作面人员配置,劳动力组织,六、材料与设备,（一）单工作面机械配置,（二）材料要求,管材应符合顶进施技术用钢筋混凝土排水管( JC/T640-2010)中的技术要求，其配筋应符合给水排水工程埋地预制混凝土圆形管道结构设计规程(CECS 143:2002)中的技术要求，III级管。,七、质量控制,泥水平衡顶管施工质量应满足给排水管道施工及验收规范要求,1、高空作业应当满足建筑施工高

13、处作业安全技术规程（JGJ80）。 2、特种作业人员应当持证上岗。 3、现场临时用电，应符合施工现场临时用电安全技术规范(JGJ46-2005)。顶管机及管道内照明用电应使用安全电压。 4、混凝土管吊运时，管下严禁站人。,八、安全措施,1、为防止泥浆流失污染环境，泥浆经泥水处理系统后及时外运。 2、泥水处理的方法可采用沉淀法。在场地允许的情况下可设置沉淀池处理。 3、对场地受限的区域，可由振动筛配合旋流器进行泥水处理。由振动筛把较粗的颗粒（1mm以上）的颗粒分离出来，然后由旋流器把较细的颗粒再分离出来。还可以将旋流器串联起来使用，串联个数视分离效果而定。 4、泥水平衡式顶管机施工现场需建立泥浆

14、池，需占用较大的空间；泥浆池需采用塑料薄膜与原状土隔离，防止污染或浸泡原状土。 5、及时监测地面，调整工艺参数，防止地面隆起或沉陷。,九、环保措施,十、效益分析,1、该技术通过实现长距离顶管的目标，在不加中继间的情况下顶进最长距离为243米，同工作井和接受井。 2、将顶管的工作井、接收井、顶管管材、减阻措施、降水措施、土体加固措施等所有顶管的施工成本进行核算。长距离顶管的成本比短距离顶管的平均成本降低了15% 3、施工进度快，工期短，与人工顶管相比，可节省工期25%。 4、分段长度长，可节省征地拆迁，减少对居民与周边道路交通影响。 5、安全性高，施工过程管内只需要1人操作设备，且对周边土体扰动较小。,十一、应用实例,本技术在合肥南淝河路（东二环路-横江路）工程得到了应用并取得成功。 南淝河路（东二环路横江路）位于合肥市包河区。北起东二环，南至横江路。长约3.7公里（桩号24+91.952桩号62+00.000）。东二环路至郎溪路段，宽45米，城市主干道；郎溪路至横江路段，宽52-78米，城市快速路，采用高架、地道及地面主辅三种型式。此高架段接郎溪路立交，上跨祁门路后落地，下穿龙川路，利用地面主辅段过