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1郑州市中原西路雨水系统完善工程顶管工程顶管施工技术方案二零一四年五月二十二日一．工程概况本工程为郑州市中原西路雨水系统完善工程顶管工程，管道采用顶管施工，工程位于郑州市中原西路，管径为D2400，约1500米，共分为8个顶段，管材采用钢承口F型三级钢筋混凝土管。施工工艺采用泥水平衡机械式顶管，本工程顶管覆土约为7米，土质主要为粘土，适于泥水平衡式顶管。二．施工工艺流程顶管施工工艺流程图：测量基准校核设备检测与维修2三．顶管机型介绍根据提供的地质报告和多年从事顶管施工经验，本工程公司采取泥水平衡式顶管法施工。泥水平衡式顶管对周围土体影响最小，井外操作，可连续出土，施工时安全、快速、工程质量高。公司拟组织一台NP2400泥水平衡式顶管机投入本工程使用，NP2400顶管机机身长4.5m,外径为2900，满足本工程D2400砼管的顶管要求（顶管机外径比管材外径大20mm的目的是为了注浆预留间隙，以减少顶管顶进时的摩擦阻力，降低施工风险）。顶管机的各主要组成部分及功能如下：机壳：机身分前后两节，前后壳体通过纠偏油缸连结，纠偏油缸的各种组合动作可使壳体在需要的方向产生折角，再顶进过程中产生纠偏效果。本机有4台150T推力的纠偏用千斤顶，纠偏角上向3O，下向3O，左向3O，右向3O。前后壳体间有橡胶止水圈确保壳外泥水不能进入机体内。刀架：顶管机的前端有带破碎刀盘的刀架，刀架上的刀用来切削土体和强度较低的障碍物，如腐烂木桩和三合土等。刀架和前机壳的另一个作用是用来平衡土压力，本机允许平衡土压力为50T/m2。动力系统：刀盘是由3台电动机通过行星减速器减速后（电机功率30KW，总动力90KW），有行星减速器主轴上的小齿轮带动刀架减速箱中间的大齿轮，再由设在大齿轮中心的主轴驱动刀架转动。刀头由刀架带动。主顶系统：后方顶装置由6只200吨的油缸组成，总额定顶力1200吨，油压浆压力压入量下管接泥水管压浆管电缆进水泵泥水压力流量膨润土浸泡、搅拌检测管节检验运输堆放安装压浆管粘木垫上胶圈储备水箱水机头状态测量地面沉降测量机头主顶顶进操作排泥泵沉淀池人工出水外运土方抓泥3压31.5Mpa，千斤顶长度为1800mm，推进时的行程为1700mm。相比其它类型顶管机，泥水平衡式顶管机在顶管时，对土质适应性强，对周围土体影响小，又是智能化操作，可连续出土，施工时省时、省力、质量好。它几乎是全土质的掘进机，可以在N值从0～15的黏土，N值1～50的砂土以及N值从10～50的砾石层等所有土质中使用，而且推进的速度不会有太大的变化，它破碎粒径大，可达口径的40%～50%；它施工精度高，施工后的偏差较小；可以进行长距离顶进，也可用于曲率半径比较小的曲线顶进；施工速度快，每分钟可进尺在80mm～160mm之间。四．中继间设置本项目不设置中继间。五．井内安装为了确保施工的顺利进行，在做井内安装时必须按照以下原则严格执行1井内轨道安装：按照规范要求，保证高程和基准线精度。轨道下排架固定时，除须与井底板相连外，横梁和竖梁加长后撑于井壁。2分配站安装：送水泵和排泥泵机座须与预埋件相连，并确保其牢固。3井内轨道安装：按照规范要求，保证高程和基准线精度。轨道下排架固定时，除须与井底板相连外，横梁和竖梁加长后撑于井壁。4后靠背安装：应根据顶进轴线找正，并保证竖直精度。然后才能在后背箱和井壁之间加多点型钢支撑，间隙填满素混凝土后方可正式顶管。为减少顶管准备期，后背与沉井壁间打素砼时加早强剂。5油缸支架安装：支腿或底板须与井内预埋件相连，并按顶进轴线找正。油缸就位后，应空载伸出，检查平行度。6激光经纬仪测量架：固定时不能与其它设备相连，必须与井单独连接，以保证其它设备因顶力反作用力而位移时，不影响到测量精度。7井内积水处理：将排水泵放入井内集水坑或井底较低处，用竹筐及纱网做水泵的隔离网，保证泥浆潜水泵正常工作。8止水橡胶圈固定：在预留洞口钢圈上焊接18mm膨胀螺栓，环向均布，间距22CM。套上止水橡胶圈，压上钢压板，用螺母轻轻压紧（顶管机通过后再压紧）。六．进出洞口措施顶管机顺利进出洞口是顶管得以成功的基础，充分考虑到本工程的土质条4件差，管道埋设浅和地下工程的不可预见性和危险性，结合我们长期的顶管施工经验，提出如下措施：1进出洞口采取防渗漏的施工措施，确保顶管进出洞口不发生水土流失，避免工程受损：1)顶管进出洞口处：在顶管覆土较浅，施工时采取顶管预留洞口井点降水，人工降低地下水位来进行洞口前的土体加固。洞口两侧进行井点降水来加固洞口处土体。2）在顶管管道覆土较深时，为防止预留洞口砖墙破除后土体塌方和顶管机进洞时下栽，在工作井或接收井预留洞口外侧采用压密注浆进行土体加固，待达到一定强度后再开始顶管施工。3）安装可靠的止水装置。本工程采用的洞口防水装置为双道橡胶法兰形式，具有以下特点：(1)具有良好的水密性能；(2)安装简便易行。为使进出洞口止水装置发挥良好的水密性，必须在安装该装置时满足与设计轴线同轴的要求。这样橡胶法兰便会被四周均匀压缩，达到止水效果。4)为防止顶管机和管材的后退，造成前方的土体发生不规则坍塌，油缸回缩前在轨道上焊接两块钢板卡住顶管机或管材后部，不让其后退。2为防止顶管机发生叩头现象，采取的措施如下：1）机头出洞后，刚开始不急于出泥浆，当土压力达到0.05KN/cm2时，可以正常出泥浆。在工作井内轨道连接好第一节钢管后，并用直径为φ42的四根拉杆与机头锁紧，并用两个5吨的葫芦导链捆在轨道上（前20m捆在轨道上）。2）由于工具管较重而进洞时地基承载力有限，很可能产生工具管下沉，从而引起顶管轴线的偏差。因此，应将正面土压力值作适当调高处理并在预留洞内预埋一副短的延伸导轨，除此之外，将工具管后三节管子采用增加拉杆联结的形式与工具管连成一体，以保证工具管在进洞时不会突然下沉。3）机头进入接收井时在接收井内放置一副导轨，以便机头进入井内时，不致由于机身自重致使机头下坠导致与机头连接的管道脱节。3为防止顶管机出洞发生旋转，在机身上靠近导轨处焊接铁块，不让其旋转。待顶管机进入土层正常运转后方可割除。七．施工测量及纠偏控制1测量方法测量是使顶管机沿设计轴线顶进，保证顶管机顶进方向精确度的全体和基础。为保证本工程的测量精度，施工前首先完成对业主所给测区导线网和水准网及其它控制点的检核。施工时严格贯彻落实三级测量复核制度，从而确保顶管按设计方向顶进。52主要技术措施1）地面控制测量进场后，立即组织工程测量队根据业主提供的工程定位和测量标志资料，对所给导线点、水准点及其它控制点进行复测；同时测设施工过程中使用的加密控制点，并将测量成果书报请监理工程师及业主审查、批准。2）本工程中采用经纬仪进行简洁有效的地面控制测量，使地面控制测量中的误差趋近1cm，水准点控制网则利用工地附近的国家水准点布设水准网，直接引入工作井内。3顶管机顶进测量及纠偏措施1）地下导向采用JDB激光经纬仪，由一束红色的激光直指机头尾部的光靶，在顶进的过程中，操作者通过机头内安装的监视器随时可以得到偏差值，保证顶管方向控制的精确度要求。2）在布置工作井后方的测量仪基座时，必须避免由于顶进时沉井受力而使得仪器基座产生移动或变形，如果仪座发生微小位移，应及时对轴线和标高进行调整。3）在机头内，安装有倾斜仪传感器，操作者可以随时掌握机头的水平状态并指导纠偏。如果管径较大，另设垂球和坡度板测得机头倾角。4）一般的，轴线方向可以通过激光经纬仪控制，标高的控制则应通过水准测量仪测量。顶进纠偏必须勤测量，多微调，纠偏角度应保持10′—20′，不得大于1°。5）顶管开始出洞的方向尤为重要。基坑的道轨尽可能延长到井壁洞口的前端，道轨要有足够刚度，且安装焊接牢固，安装后的道轨轴线高程误差小于2mm。主顶油缸和后座的安装也要满足牢固的要求，水平和垂直误差小于10mm。6）由于在起始推进阶段，机头的方向主要通过主顶油缸进行控制的。所以，一方面要减慢主顶的推进速度，另一方面要不断的调整油缸编组和机头纠偏。7）在每一项工程开始之前，我们必须先进行设备安装调试，并制定坡度计划。该坡度计划可以对设计坡度线加以调整，以方便施工最终符合设计坡度要求和质量标准为原则。8）通过这些显示在顶管机操作屏上的数据，施工人员可以调整顶管机顶进方向，使顶管机沿设计轴线方向顶进，从而确保了顶管顶进方向的精度要求。4测量精度控制措施1）严格落实公司测量队、项目部测量人员、监理监测队三级测量复核制度；2）项目部测量队由经验丰富、技术熟练、责任心强、持证上岗的测量人员组成，并配准数量足够及复核精度要求的测量仪器；3）测量仪器定期到国家认可的鉴定部门进行校验；4）测量放样的有关数据，要记录完整、清晰，并报监理工程师核对；65）项目部测量队每周及时向监理工程师提交测量报告。八．顶管施工减阻措施及相应的置换措施顶力的控制关键是最大限度地降低顶进阻力，而降低顶进阻力有效的方法是注浆、打蜡。本工程中采用对管道外壁注浆的方法来降低顶进压力。我们设想在管外壁与土层形成一条完整的环状的泥浆润滑套，改变原来的干摩擦状态，就可以大大减轻顶进阻力。要达到这一目的：选择优质的触变泥浆材料，膨润土取样测试，其主要指标为造浆率、失水率和动态塑性指数比，这些指标必须满足设计要求。在管子上预埋压浆孔，压浆孔的位置要有利于浆液形成环状。浆液的配置、搅拌、膨胀时间，都必须按照规范要求执行。压浆方法要以与顶进同步注浆为主，补浆为辅，在顶进过程中，要经常检查各推进段的浆液形成情况，还可以通过主顶装置的油压值推算出各段的注浆减阻效果，从而及时加以改进。注浆设备和管路要可靠，具有足够的压力和良好的密封性能。注浆工艺必须由专职人员进行操作，质检员定期检查。压注触变泥浆又分为三类，分别控制：同步压浆，以形成原始浆套，填充固有间隙和纠偏间隙。沿线（及洞口）压浆，以补充管道不成直线形成的沿线浆套缺损。定点压浆，根据沉降测量反馈数据，对沉降过大处补偿性压浆，以支撑地表。在顶管施工中，要做好压浆量、点的记录，以确保压浆工作到点，以降低管外壁摩擦阻力，提高顶管质量。地面沿线有专人巡视，防止压浆打穿地层造成浆套损坏。触变泥浆的配比选料中，对膨润土应选择膨胀倍率较大、杂质小、颗粒在150目以上的优质膨润土较好。石膏具有使泥浆保持其减摩擦效果持久的功能，同时有提高浆液的胶凝强度。从机头后每三节节砼管设置一个注浆环，顶进一定距离后，可每隔20米设置一个注浆环，每个压浆孔上安装一只1寸的球阀，由橡胶管和压浆总管连接，压浆总管是一根1.5寸白铁管，连接压浆泵，压浆泵选用螺杆泵。以上压浆系统上设有流量、压力调节阀，触变泥浆选用标准的浆料，在搅拌筒内按一定的比例兑水充分搅拌后，储放24小时方可使用。配置的触变泥浆要求粘滞度高、失水量小、稳定性好、还要求静切力低以满足长距离输送需要，理论要求：比重为1.06——1.10，黏度为20~30S静切力80~130mg/cm2,含砂率4%7胶体率90~95%，失水率14ml/30min配置时膨润土、CMC须水浸12小时以上。注浆压力基本保持在管顶上覆土压力的2.5倍，即P=2rh。顶进时还需根据地面变形，地下水位等因素适当调整压力和注浆量，每天的注浆量应做记录，作为分析地层损失的依据之一。九．意外情况的处理措施1地质发生很大变化，突然间变硬或变软，这可以通过管道的泥水压力表读数和刀盘转矩来判断，如果突然变硬了，减慢顶进速度，让刀盘充分对土质进行切削；如果地质太软，加快顶进，减小送水量，以此来保证泥水压力平衡。2地层中如果发生承压水时，可加快推进速度，减少送水量，快速通过滞水层。以上情况对于泥水平衡机头，比较容易处理。3机具损坏必须及时修理，止水圈损坏可更换。机头内除刀盘损坏修理比较麻烦外，其余的都可更换。4施工中若出现异常的偏差或发生纠偏失败，必须在允许偏差标准以内就停下来，这必须作为一条制度制定下来，并且如实汇报情况，分析原因，找准对策再顶进，切不可盲目行动。5顶管机碰到不明地下障碍物时，从安全考虑，首先须对机头前土体进行注浆加固，然后可采取人工、机械和静态爆破等施工方法进行处理。6处理有