泥水平衡顶管施工方案

泥水平衡顶管施工方案1、顶管设备的选用及安装1.1顶管掘进机的选择选择好顶管掘进机对顶管施工是至关重要的。根据业主提供的工程地质勘察说明书，根据地质资料显示，本工程顶管穿越地层为粉质粘土及淤泥质粉质粘土，渗透系数大，物理力学性质差。因此，我们选择一种较先进的全封闭机械顶管掘进机――TLM泥水平衡掘进机。该机具有沉降控制精度高，顶进速度快等特点。1.2主顶进系统设置主顶进系统由油缸组、顶进环、钢后靠及液压泵站等组成，其主要功能是完成管节顶进，是顶管设备系统的主要组成部份。①油缸组油缸组由4只油缸分两列左右对称布置，每列各2只油缸叠积而成，并用可分式结构的支座固定，用联接梁连成一体。油缸选用国产的双冲程、双作用等推力液压千斤项，每只油缸最大推力为2000kN，装备最大推力为8000kN，满足顶管最大允许顶力的要求。油缸行程3.5m，因此长度2.5m的管节可一次连续顶进完成，无须再设垫块，提高了工效，并减轻了劳动强度。②液压泵站选用2台A2F28RP2斜轴式柱塞油泵，配备Y200L—6型电机。通过调速阀可改变油泵的流量，据顶进时的工况要求及时控制主顶油缸的顶速。以满足开挖面土压平衡的条件，从而起到控制地面沉降的作用。③钢后靠管节顶进时油缸的反力，通过钢后靠均匀地传递到工作井井壁上，避免井泥水处理器泥浆箱进浆泵进浆管排浆管进浆泵机内旁通壁受力不均或局部受力过大造成井壁结构破坏。钢后靠安装时，应与顶进轴线保持垂直，与井壁间的空隙应用素混凝土填实，确保整体接触。④主顶进装置主要技术参数油缸数量：4只；油缸尺寸：D×d×L＝φ250×φ220×3500mm；油缸行程：S=3000m；限定油压：P额＝25MPa；限定推力：F额＝2000kN；最高油压：Pmax＝31.5MPa；最大推力：Fmax＝2000kN；顶进速度：V=0-80mm／min；油泵型号：A2F28RP2Pmax=31.5MPaQ=28L/min电机型号：Y200L—6N=15KWn＝1000rpm1.3中继环设计本工程φ1500顶管最大顶距159米，根据以往的施工经验不需要设中继间。1.4注浆设备系统对顶管能否及时地有效地向管节外围压注触变泥浆，以形成和维护好泥浆套，起到高效的减摩作用，往往是顶管成败的关键。为确保本工程的顶管外壁能形成良好的泥浆润滑套，共设置二根总管，二套管路系统。一根专门用于掘进机尾部的同步注浆，另一根用于补浆。（见下图）本顶管施工用的膨润土触变泥浆，是在地面压浆站配制后，通过二台液压注浆泵压入二根输浆总管，一根总管压注到机头后的储浆箱内，再由螺杆泵把储浆箱内的浆液压入掘进机尾部的同步注浆口。另一根总管压注到管节上设置的环形分管的各个注浆孔，不断补充管外壁渗透到土层中的泥浆，以便形成管节外围完整泥浆套。地面储浆箱外形尺寸L×B×H＝2×1.5×1m=3m3，机内储浆箱外形尺寸L×B×H＝2×0.8×1m=1.6m3。膨润土泥浆搅拌时间必须大于30分钟，经过充分搅拌的泥浆抽入储浆箱进行发酵，发酵时间大于6小时，再通过液压注浆泵压入管内，在膨润土泥浆压入以前，对储浆箱内径发酵的泥浆再一次搅拌，以减少压浆管道的阻尼。注浆泵站由SYB50／50—II型单缸液压注浆泵和液压动力站组成，注浆量Q＝80L／min，注浆压力P=0.08～0.1MPa，输浆总管由φ2”镀锌钢管和球阀、水暖管件等组成，与管节上各压浆孔接通的环形管，采用φ25高压软管。注浆设备主要技术参数单缸液压注浆泵型号：SYB50／50－II注浆流量：Q＝80L／min注浆压力：P＝4MPa油泵型号：10SCYl4—lBQ＝10ml／rp＝31.5MPa电机型号：Y112M—4N=4KWN=1450r/min1.5泥水出土系统泥水系统选用二台石家庄水泵厂生产的渣浆泵。一台放在地面上为送泥泵，另一台放在基坑下为排泥泵。进泥管路采用4“无缝钢管，排泥管路采用4“无缝钢管，管节接头为卡箍式活络接头。基坑内设有旁通装置等。泥水系统采用Telemole管路系统。渣浆泵型号：4/3C－AH，电机功率18.5KW，流量90m3/h，扬程21.8m。顶管施工的管内出土是影响工效的关键环节，因为采用泥水管路系统可使顶管实现连续推进。掘进施工中分为四个状态：停止状态、旁路状态、掘进状态及逆洗状态。在“停止状态”，切口水压若下降时，可以及时控制蝶阀的开度，使送泥水管道中的泥水补充到泥水仓，让切口水压力上升并稳定在设定值上。此时若送泥水管道中水压力低于设定值就可连动开启压力调节阀和进水泵，以提高管道水压力。在“旁路状态”时，顺利开启电磁比例阀，启动进水泵，开启进水阀截止阀，再逐个启动排泥泵、接力泵、PE泵。系统启动数分钟后，当送排泥水压油流量趋于稳定，并使送泥水压力和切口水压力基本相同时，再可操作到“顶进状态”。进入“顶进状态”时，顺利开启机头阀，开启进水阀、截止阀，关闭旁通阀。泥水输送系统可逐渐达到泥水平衡，调整送泥水压和排泥流量，使推进过程中一直保持泥水平衡，若在顶进过程中，切口水压值偏离设定值，操作人员应采取措施，使之恢复正常，若切口水压继续偏离，应立即切换到“旁路状态”。如果切口水压的偏离原因是泥水管道堵塞引起的，就应操作至“逆洗状态”，相应转换阀动作，对堵塞管道进行冲洗。管道畅逼后，应再转换到“旁路状态”。顶进结束，应将“顶进状态”切换到“旁路状态”，待泥水平衡后，再切换到“停止状态”。图4-3顶管施工工艺示意图1.6顶管工作坑设施布置基坑导轨应具有足够的强度和刚度。本工程基坑导轨由型钢和钢板焊接而成。在工作井底板基础上应事先预埋钢板，预埋钢板的位置与基坑导轨相吻合，以便导轨与之焊接。预埋钢板上的锚固钢筋要焊牢并有足够的锚固强度，导轨安放后，还应在二侧用型钢支撑好，必要时再浇筑混凝土，确保导轨在受撞击的条件下，不走动，不变形。导轨安装的允许偏差为：轴线位置：3mm，顶面高程：0~+3mm，两轨内距：±2mm。在顶进过程中经常进行检查和复核。承压壁是承受和传递全部顶力的后座墙，更应具有足够的强度和刚度，并有足够安全度。本工程的承压壁设计在内衬混凝土上先用钢筋混凝土浇平，后靠钢板用δ＝70钢板，在钢板和混凝土平面之间填满堂素混凝土。顶铁导轨千斤顶支架后垫铁千斤顶1.8顶管主要机械设备及仪器表序号机械名称规格型号数量国别产地制造年份额定功率KW1D1500泥水平衡顶管掘进机1套203双冲程等推力油缸2000KN4只420T汽车吊1台605液压动力站1套156注浆管路设备1套7泥水管路设备1套408液压注浆泵SYB-50/501台39电焊机直流1台910污泥泵3”1台1511激光经纬仪苏光J21台12水准仪1台2、顶管施工工艺流程图施工准备顶进设备安装测量放样现场平面布置起重设备安装注浆设备系统安装注浆材料配制掘进机试运行掘进机井内就位破洞口砖封门主顶油缸推进拔除井位钢封门掘进机出洞顶进纠偏触变泥浆压注顶进操作控制纠偏测量管道顶进接口检验砼管进场验收砼管拼装施工准备砼管顶进结束基坑导轨安装后座钢板安装主顶油缸安装洞口止水装置安装出泥准备顶进出泥3、工作井平面布置本工程顶管采用20T汽车吊用于工作井起重作业。在工作井实行全封闭隔离，并建筑必要的生产临时设施。要保持施工现场的文明、安全和卫生整洁。(见下图)4、最大顶推力及其限制措施本工程主顶液压系统最大顶推力根据管材的许用顶力分别设置为D1500-2000KN。限制措施为控制液压系统的压力。当液压系统的压力达到10MPa时,主顶液压控制台将报警，以满足限制最大顶力的措施。由于限制的系统压力较小，所以液压系统的故障将大大减小，顶管的可靠性也相应提高。4、洞口止水装置在洞口外侧，要设置钢封门，钢封门采用16＃槽钢，密排布置，在洞内侧，根据设计要求，先制作钢筋混凝土墙，再砌砖墙，顶进开门时，用风镐破除钢筋混凝土墙和砖墙，不留隐患。在预留洞底部，还应设置延长导轨，以免机头出洞时嗑头。根据设计预留的法兰，我们在法兰上安装工作井洞口止水装置。该装置必须与导轨上的管道保持同心，误差应小于2cm。工作井洞口止水装置密封为橡胶止水法兰。在橡胶止水法兰之前应预埋注浆孔，以便压注膨润土泥浆。（见下图）在机头将要到达接收井时，要精确测出机头姿态位置，尽量满足橡胶法兰与机头同心的要求。在顶管结束后，顶管首节与尾节通过钢筋环和井壁预埋钢环连接，并浇筑防水砼作密封处理。5、地面沉降计算(派克法)Smax＝V1/2.5I(以D1500为例)I=R(z/2R)0.8=0.9*(7.50/2*0.9)0.8=2.819(z为管顶到地面的覆土深度)地表损失量与以下因素有关1、开挖面引起的损失量Va=0.5（施工经验值）2、工具管纠偏引起的地层损失量(%)VL=1/4πDLa%=1/4*3.14*1.8*(0.4*3.14/180)=0.0993、管道外周空隙引起的地层损失a.工具管外径与管道外径的差异引起的地层损失Vc1=πDa1K1=3.14*1.8*0.01*0.2=0.011b.相邻节不平整度过大引起的地层损失Vc3=πDpapKpn=3.14*0.99*0*0*0=04、其它因素引起的Vo＝0.3（施工经验值）∑Ve＝Va＋VL＋Vc＋Vo＝0.5＋0.099+0.011+0.3＝0.91则：V1=Ve*A=0.91%*(3.14*0.92)=0.023Smax＝V1/(2.5I)=0.023/(2.5*2.819)=0.003m=3mm根据计算和经验值，顶管最大沉降值可控制在3mm以内，对地面及地下管线基本没有影响。6、顶进过程中，线形控制及测量设备本工程顶管，采用水准仪和激光经纬仪以及全站仪进行测量和线形控制。a)测量仪器配备与检验顶管施工需进行三维动态测量，其精度要求特别高，必须采用精度高，性能优良的测量仪器。为此，特配备了苏光J2经纬仪，SOKKIAC32水准仪等一系列精密高档仪器。顶管施工测量所使用的仪器、附件须及时送质检单位检验，做全面鉴定，并在使用过程中经常进行检查。b)控制测量1、平面控制为确保两井间顶管贯通，横向、竖向误差小于100mm，在两端头井附近埋设地面导线点，利用空导点和地面导线点，以导线测量形式，将平面控制成果引测到施工现场。利用空导点和地面导线点建立平面控制网。导线测量采用苏光OTS234全站仪，方向观测6测回，测角精度+1”,测距6测回，双向观测，测距相对误差1/150000，对观测结果进行平差。井上座标点向井下传递采用联系三角形方式，点位由激光经纬仪垂直投设。井下控制顶进方向的基准点用钢架埋设成固定点，采用激光经纬仪跟踪观测机头平面偏差方向。2、高程控制利用施工区域附近的已知高级水准点，布设四等水准路线，将高程引测到工作井附近，并设立施工高程控制点。地面高程传递到井下时，可用钢尺垂直悬挂，下系线锤至标准拉力，然后地面、井下两台水准仪同时观测。钢尺应进行尺长、温度两项改正。井下布设2～3个地下起始高程控制点。顶管机头高程控制水准仪，每顶进20cm测量一次偏差值，做到及时掌握机头姿态和发展趋势，以便及时纠偏3、顶管姿态测量为保证顶管机严格按设计轴线推进，必须及时观测顶管动态数据，从而调整顶管各施工参数，指导顶管正确、安全推进。在顶管机头部纵向设一对水平横尺，利用布设的三维坐标控制点，测量各尺读数，经精确计算得顶管转角、顶管中心方向偏差值、顶管坡度、顶管中心高程等数据，从而相应调整顶管机的各个施工参数。7、管壁外优质润滑泥浆的制作和压注顶力控制的关键是最大限度地降低顶进阻力，而降低顶进阻力最有效方法是注浆。我们设想在管外壁与土层之间形成一条完整的环状的泥浆润滑套，变原来的干摩擦状态为液体摩擦状态。这样就可以大大地减少顶进阻力。注浆为机头同步注浆和管道补浆二部分。触变泥浆由地面液压注浆泵通过1寸管路压送到各注浆孔。在机头处应安装隔膜式压力表，以检验浆液是否到达指定位置，在所有注浆孔内要设置球阀，软管和接头的耐压力5MPa，支管通径为G1。在工作井洞口止水装置前的建筑空隙处设置4个注浆孔，当管道外壁进入洞内，未与土体磨擦之前就先浸满浆液。触变泥浆随管外壁向土体渗入