顶管施工方案说明书

第6章顶管施工方案说明书6-16-1顶管施工概况穿运地涵顶管段的轴线采用直线布置，为过水能力为30m3/s、内径尺寸为3.5m、外径为4.16m、长553.1m的钢筋混凝土顶管。顶管采用“F”型接头式钢筋混凝土管，顶管共分3孔。管间净距4.94m，管顶覆土厚5.0~6.0m，顶管顶高程-6.0m，底高程-10.1m。在顶管范围内分布的土层有③2、④1、④2、⑤1、⑤2层。其中③2、④2层土呈流塑状，高压缩性，土质差，京杭运河以北该二层土厚度相对较厚，顶管基础座落在④2层上，京杭运河以南顶管基础座落在⑤1、⑤2层上，土质较好。顶管施工平、剖面图见附图6-01。6-2顶管施工工艺⑴顶管施工流程见下图：测量放样安装电气系统及辅助设施安装机架、后靠、主顶装置设备调试出洞吊放设备段、中继间顶进管节拼装、测量吊放管节顶力达到设计要求顶管施工流程图吊放中继间继续顶进顶管机进洞，分离、吊运拆除管内设备、清理，接头处理第6章顶管施工方案说明书6-2⑵顶管顶进工艺顶管顶进工艺见附图6-02。6-3顶力计算Φ3500mm顶管全长553m，采用土压平衡式顶管掘进机，穿越的土层主要为层④1粉土、层④2淤泥质粉质粘土和层⑤1粉质粘土。对顶管机头和管节的顶进阻力进行估算。⑴顶管机正面最大阻力：Pt=r(H+2/3D)tg2(45o+Φ/2)=18.5(7.35+2×4.2/3)tg2(45o+20.8o/2)=394kN/m2N=1/4πD2Pt=1/4π×4.22×342=5463kN⑵采取注浆减摩措施时，553m管道摩阻力：F摩=KπD1L=5π×4.16×553=39338kN⑶总顶进阻力：∑F阻=N+F摩=5463+39338=44801kN⑷实际顶力：根据中继间的布置（见“6-4中继间的布置”），顶进实际最大顶力就是100m管道摩阻力：F实=KπD1L1=5π×4.16×100=6535kN式中：N—顶管机正面阻力（kN）；Pt—被动土压力（kN）；r—土容重（kN/m3）；H—最大复土深度（m）；Φ—内摩擦角（º）；D—顶管机外径（m）；D1—砼管道外径（m）；K—砼管道单位面积摩阻力（kN/m2），根据《地基基础设计规范》（DGj08-11-1999），取5kN/m2；L—砼管道长度（m）。6-4中继间的布置⑴中继间的布置根据以上顶力的计算并结合以往类似工程的施工经验，为了减少顶进阻力，提高顶进质量，减少地表变形，施工中必须采用中间接力顶进。当总推力达到中继间总推力40%~60%时，设置第一只中继间，以后每当达到中继间总推力的70%~80%时，设置一只中继间。中继间的总推力为9000kN，使用中继间推进砼管道的长度：L1=9000×75%/（5π×4.16）=103米第一只中继间设于顶管机尾部处。以后每隔100米设置一只中继间，设置5只，余下的53米由主顶承担。每条顶管初步设置6只中继间，当主顶油缸达到中继间总推力的90%时，就必须启用中继间。在施工中根据实际情况对中继间的布置可以作必要的调整。⑵顶进实际最大顶力：根据中继间的布置，顶进实际最大顶力就是100m管道摩阻力：F实=KπD1L1=5π×4.16×100=6535kN第6章顶管施工方案说明书6-36-5后背（座）设计顶管的后座由钢后靠、后座墙和工作井后方的土体三者组成。在顶进过程中，各个油缸推力的反力均匀地作用在顶管的后座上。对顶管后座的承受力进行估算。顶管后座的承受力R为：R=αB(rH2Kp/2+2cHKp)=2.0×1.2【18.5×122×tg2(45o+20.8o/2)+2×40×12×tg(45o+20.8o/2)】=16775kN式中：R—顶管后座承受力（kN）；α—系数（取2.0）；B—后座墙的宽度（m）；H—后座墙的高度（m）；Kp—被动土压系数，tg2(45o+Φ/2)；c—土的内聚力（kPa）。为确保安全，顶管后座的实际承受力应为：R/1.5=11184kN≤6535kN（实际最大顶力）由以上可见，顶管工作井的后座满足顶管顶力要求。根据设计要求顶进工作井后座土体进行了3排Φ850搅拌桩进行土体加固，具体见附图6-03：顶管后靠布置示意图。6-6顶管机头选型及设备的规格、数量⑴顶管机头选型根据工程地质资料和业主要求。结合多年的顶管施工经验，决定选用多刀盘土压平衡顶管机进行施工。多刀盘土压平衡顶管机结构简单，设备投入少，经济合理，操作简便，技术先进，安全可靠，适用于淤泥质粘土、粘土、粉砂土、砂性土，尤其适用于在建筑群下、公路、河流等特殊地段的顶管施工。⑵顶管机械设备①多刀盘土压平衡顶管机A.根据土压平衡的基本原理，利用顶管机的刀盘切削搅拌正面土体，使机头土压仓内的土体压力平衡开挖面的水土压力，稳定土体。以顶管机的顶速(即切削量)为常量，螺旋输送机转速(即排土量)为变量进行控制，使土压仓内的土体压力与开挖面的水土压力保持平衡，保证开挖面的土体稳定，控制地表的隆起和沉降。B.本机采用二段一铰承插式结构，在铰接处设置二道具有径向调节功能的密封装置，并设有注浆孔，便于在施工时同步注浆。刀盘为电驱动，变频调速，控制刀盘转速，并在土压仓面板设置3只土压传感器，显示正面土体的土压力值。纠偏系统采用8只双作用油缸，编成4组，与座标轴线呈45o布置，纠偏夹角α=±2o。C.在顶管机二段壳体之间均设有止转装置，可防止壳体在顶进中发生相对转动。密封土仓上方设置注浆孔，可注入水或泥浆，改善土质，便于排土。D.螺旋输送机采用轴向端部出土，增加排土高度，为大容量土箱运输创造条件。采用电驱动形式，变频调速，根据正面土体土压值大小，控制螺旋输送机排土速度，保持土压平衡。②主顶装置主顶装置由底架、油缸组、顶进环、钢后靠及液压动力站等组成，是顶管施工的重要组成部分。A、底架主要承载顶管机、中继间、管节之用，底架为拼装式钢结构件，设置8只螺旋千斤顶，每只起重量320KN，可以调整底架高度达到施工要求；底架前端和两侧设置10只水平支撑，能将底架与井壁撑实，防止底架移位。底架上部设置内外两付轨道，左右对称分布，内轨道作顶管机、中继间、管节的承载之用，外轨道则为顶进环行走之用。B、油缸组根据要求，顶管机装备顶力为12000KN，选用双作用双冲程等推力油缸6只，每只油缸最大推力为2000KN，施工时主顶最大顶力不超过9000KN，避免因顶力过大使砼管节碎裂，并确保工作井安全。油缸行程S=3500mm，油缸分第6章顶管施工方案说明书6-4两组，并用可分式结构的支座固定，左右对称分布，并用连接梁连成一体。C、顶进环由顶环和顶座组成，顶环用螺栓固定在顶座上，顶座底部设置4只滚轮，放于外侧轨道上可往复运行。顶进时顶环伸入管节尾部，起对中及导向作用，并传递油缸的顶力，使管节受力均布。D、钢后靠主要承受油缸顶进时的反力，并将其均匀地传递到工作井钢筋砼井壁上，避免井壁因受力不匀而碎裂。钢后靠的受力区域设有加强板，应尽可能与主顶进油缸对准。钢后靠安装时应与顶进轴线保持垂直，与井壁留有约10cm空隙，并用素砼充填捣实。E、主顶装置液压系统液压泵站选用25SCY14-1B和10SCY14-1B手动变量轴向柱塞油泵各一台组合而成，分别配备Y160L-6和Y132M-6型电机。通过变频调速可自动改变油泵的流量，根据顶进时工况要求及时控制主顶油缸的顶速。F、主顶装置技术参数油缸尺寸：D×d×L=Ø325×Ø280×2655mm油缸数量：6只油缸行程：S=3500mm装备顶力：Fmax=12000kN(Pmax=31.5Mpa)额定顶力：F额≤9000KN(P额≤25Mpa)顶进速度：V=0~80mm/min(3)中继间装置A、中继间装置的结构特征中继间采用二段一铰可伸缩的套筒承插式结构，偏转角α=±2o，长度约2000mm，外形几何尺寸与管节相同。在铰接处设置二道可径向调节密封间隙的密封装置，确保顶进时不漏浆，并在承插处设置可以压注1号锂基润滑脂的油嘴，以减少顶进时密封圈的磨损。在铰接处设置4只注浆孔，顶进时可以进行同步注浆，减小顶进阻力。在正常顶进时，只用第一道密封装置，第二道作为储备。当第一道密封圈磨损时，发现有漏浆点，即可用径向调节装置，调整密封间隙，使漏浆现象得以及时制止。当第一道密封圈失效时，即可启用第二道密封装置，从而保证顶进的连续性。由于顶进距离长，密封圈磨损相当厉害，为防止万一，第一道密封装置设计成可拆卸的，便于更换密封圈，从而达到万无一失。B、中继间装置主要技术参数油缸尺寸：D×d×L=Ø168×Ø140×650mm油缸数量：20只油缸行程：S=300mm装备顶力：Fmax=10000kN(Pmax=31.5Mpa)额定顶力：F额≤9000kN(P额≤27Mpa)⑵顶管机头数量根据本标段工程施工总进度计划安排，顶管机头采用1只投入本工程即可满足业主工期要求，这样设备投入费用也较经济，可以相应减少工程的投资费用。6-7顶管施工测量及测量纠偏方法⑴顶管施工测量①顶管轴线的布设按甲方所提供的城市坐标点连接出洞井和进洞井之间的进、出洞门的两点坐标及高程，以坐标值的计算建立相应坐标系，为顶进轴线高程之差决定顶管顶进坡度。②建立施工顶进轴线的观测台按独立坐标系放样后靠观测台(后台)，使它精确地移动至顶管轴线上，用它正确指挥顶管的正确施工。以后按施工的情况，决定定期复测后台的平面和高程位置。③按三等水准连测两井之间的进出洞的情况，计算顶进设计坡度。④顶进施工测量在后台架设J2型经伟仪一台，后视出洞口红三角(即顶进轴线)测顶管机的第6章顶管施工方案说明书6-5前标及后标的水平角和竖直角测一全测回，采用fx4500p计算编排程序计算顶管的头(切口)尾的平面和高程偏差离值，来正确指挥顶管的施工。⑤注意问题顶管施工初次放样及顶进极为重要。另外由于顶管后靠顶进中要造成变化，后台的布置应保持始终不动，来确保顶管施工的测量的正确性。⑵测量纠偏控制①为了使顶进轴线和设计轴线相吻合，在顶进过程中，要经常对顶进轴线进行测量。在正常情况下，每顶进一节管节测量一次，在出洞、纠偏、进洞时，适量增加测量次数。施工时还要经常对测量控制点进行复测，以保证测量的精度。②在施工过程中，要根据测量报表绘制顶进轴线的单值控制图，直接反映顶进轴线的偏差情况，使操作人员及时了解纠偏的方向，保证顶管机处于良好的工作状态。③在实际顶进中，顶进轴线和设计轴线经常发生偏差，因此要采取纠偏措施，减小顶进轴线和设计轴线间的偏差值，使之尽量趋于一致。顶进轴线发生偏差时，通过调节纠偏千斤顶的伸缩量，使偏差值逐渐减小并回至设计轴线位置。在施工过程中，应贯彻“勤测、勤纠、缓纠”的原则，不能剧烈纠偏，以免对管节和顶进施工造成不利影响。④本工程测量所用的仪器有全站仪、激光经纬仪和高精度的水准仪。顶管机内设有坡度板和光靶，坡度板用于读取顶管机的坡度和转角，光靶用于激光经纬仪进行轴线的跟踪测量。6-8顶管顶进施工6-8-1顶进设备安装(1)把地面上的测量控制网络引放至工作井内，并建立相应的地面控制点，便于顶进施工时进行复测。(2)工作井内测量放样，精确测放出顶进轴线。(3)安装顶进后靠，顶进后靠的平面应垂直于顶进轴线，后靠与井壁结构砼之间留有约10cm的空隙要用素砼充填密实。附图6-03是顶管后靠布置示意图。(4)安装主顶装置和导轨：先将它们大致固定，然后在测量的监视下，精确调整它们的位置，直至满足要求为止，随即将它们固定牢靠。(5)工作井内的平面布置。搭建井内工作平台、安装配电箱、主顶动力箱、控制台等，敷设各种电缆、管线、油路等，井内平面布置要求布局合理，保证安全。(6)地面辅助设备的安装及平面布置。辅助设备主要有拌浆系统、供电系统等设施安装及调试，此外还有管节堆场、安全护栏等的布置。(7)地面辅助工作及井内安装结束后，吊放顶管机，接通电气、进水、压气、注浆、液压等系统，进行出洞前的总调试。6-8-2顶管进出洞措施⑴当顶管机头从工作井推出(称出洞)，如措施不当，亦会引起地表严重坍塌的灾害性事故。顶管机出洞采用我公司惯用的、行之有效的洞门密封装置，可确保安全顺利出洞。⑵出洞前，在洞口安