頂管施工關(guān)鍵技術(shù)

1、1.工程概況 百色市新興路位于老城區(qū)，交通繁忙，地下管線復(fù)雜。新興路改造工程126fl0雙排排水涵位于K + 5i3-lC1 + 328路段，總長約88o m;最大埋深12 m,最小埋深8 m;該涵采用并排布置的兩條DNsoo級鋼承口鋼筋混凝土管，兩條涵管中心距離為5. 72 m,管外壁間距為 m;管內(nèi)徑2.rri，管壁厚Q, 2fi m，管底縱坡1. 02 0/o;按照設(shè)計圖紙分4個頂程，平均每段頂進(jìn)長度約22 me管道沿線地下水豐富、地層主要為淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、沙質(zhì)粉土、細(xì)砂、卵石、砂巖和泥巖等。2.施工工藝流程合理、先進(jìn)的施工工藝是保證施工質(zhì)量的前提條件。泥水平衡式頂管施工工藝流程如圖1所

2、示。圖生頂管施工工藝流程圖3.頂力的確定與調(diào)控 頂力是整個頂管施工的重要技術(shù)參數(shù)。 影響頂力大小的因素有頂進(jìn)工具管迎面的阻力和摩阻力。由于受項(xiàng)進(jìn)管沿線土質(zhì)不均勻且隨機(jī)變化，管道埋深、管徑大小，以及管道與土體之間的接觸力等因素影響，精準(zhǔn)的確定項(xiàng)力是無法做到的。根據(jù)國內(nèi)外的文獻(xiàn)，按理論公式計算得到的項(xiàng)力因公式引入很多假定且未考慮設(shè)置觸變泥漿潤滑等影響而使計算頂力值偏大，且按經(jīng)驗(yàn)公式計算得到的頂力因公式是根據(jù)實(shí)際工程一些測試資料得到的而具有很大的局限性。在新興路排水涵頂管施工中，我們在充分了解管道沿線土質(zhì)、管道埋深、管徑等因素的基礎(chǔ)上，采用修正后的頂力計算公式來計算并調(diào)控項(xiàng)力，特別是在工程施工后期，

3、我們直接根據(jù)實(shí)測頂力資料，采用分段函數(shù)數(shù)值模擬的頂力計算經(jīng)驗(yàn)公式來確定并調(diào)控頂力，使頂管施工得以順利進(jìn)行。修正后的項(xiàng)力計算公式:尸霖力D粵(1+K2)Z，.眾月個-下尸 L一縣。(:十xo+ JW門_._丁汁L+Pa (1)Yz廠1。 二，了_二D, t，. 其中:八一y(H號廠、一sirs)7t 式中:P計算的總頂力(kIV) ; 廠頂進(jìn)時，管道表面與其周圍土層 間的摩擦系數(shù); y管道所處土層的天然容重(I rrr); D,管道的外徑(rn) ; F靜止土壓力系數(shù); r松弛層高度(m); W管道單位長度自(加); L管道的計算項(xiàng)進(jìn)長度(m); P6頂進(jìn)時，工具管的迎面阻力 (kN);管道頂部

4、以上覆土層厚度(m;管道所處土層的內(nèi)摩擦角(“)。4中繼間的設(shè)置與密封 在理論上講，只要頂力足夠大，就可以頂出無限長的管道;但是，頂力并不是越大越好，因?yàn)槭芙ㄖ牧暇窒扌缘挠绊?，過大的頂力會使管節(jié)產(chǎn)生裂紋甚至損壞，并且，也會對后座提出更高的技術(shù)要求而增加成本，甚至后背會被頂彎。中繼間的設(shè)置原則是技術(shù)上可行、經(jīng)濟(jì)上合理。一般而言，在下列情況下必須設(shè)置中繼間: ()總頂力超過了主頂千斤項(xiàng)的最大項(xiàng)力; (2)總頂力超過了管節(jié)的容許頂力; (3)總頂力超過了后背的容許頂力。 一般來說，主頂千斤頂所能頂推的最大長度按主頂千斤頂最大設(shè)計頂力的80%計算;第一個中繼間設(shè)置的位置按中繼環(huán)設(shè)計頂力的fi0%計算

5、，其余中繼間按印%計算。新興路計算總頂力i 1 4$3 kN,然而，頂管施工主頂千斤項(xiàng)采用6只2 Oa kN的雙沖程等推力油缸，行程3 OQQ mm，總項(xiàng)力 fl kN釗、于管節(jié)的容許項(xiàng)力及計算總頂力)，因此，在頂進(jìn)過程中置中繼間若干。由于工作并的設(shè)計容許最大頂力為8 OOd kN，因此，當(dāng)頂力>8 000 kN時必須設(shè)置中繼間。第一個中繼間的安裝位置按式2確定。，(尸一Po ) .rc2=一一言一r r八， rrtcl式中:t,第一個中繼間距頂管機(jī)頭的距 離; K,工作系數(shù)，一般取D. ; R管節(jié)半徑(rn); f管節(jié)單位面積摩阻力; 尸中繼間設(shè)計頂力; a工具管迎面阻力。中繼間的設(shè)置

6、間距按式3確定。，。=P'K2(3)2R f a 式中:K一工作系數(shù)，一般取。，7-.氏 其余同上。 在實(shí)際施工中，中繼間的安裝時機(jī)很重要，應(yīng)根據(jù)實(shí)際頂力隨時調(diào)整中繼間的設(shè)置距離。 由于中繼間啟動伸縮次數(shù)比較多，因此，密封圈極易磨損失效而發(fā)生漏水、漏泥漿等現(xiàn)象，甚至發(fā)生事故，給工程帶來嚴(yán)重后果。為此，新興路頂管施工采用徑向密封圈形式，并設(shè)兩道密封圈。在兩道密封圈之間設(shè)置4只可以壓注潤滑油脂的油嘴，以減輕頂進(jìn)時密封圈的磨損，同時，還設(shè)置了4只注漿孔，項(xiàng)進(jìn)時可以同步進(jìn)行壓漿，以減小頂進(jìn)阻力。至頂管施工結(jié)束時，沒有一個中繼間發(fā)生漏水現(xiàn)象。5頂進(jìn)速度 頂進(jìn)速度是頂管施工中一個重要的管理參數(shù)。頂

7、進(jìn)速度必須與注漿減摩能力、進(jìn)排泥能力相協(xié)調(diào)，同時，要密切觀測地表變形情況。頂進(jìn)速度過快會造成因機(jī)頭對土的擠壓力增大而使地表隆起，以及因超過排泥泵的能力而引起阻塞等現(xiàn)象的產(chǎn)生;頂進(jìn)速度過慢不僅會造成工期延誤，還會造成管節(jié)外圍地層損失增大而增加地表iIL陷量等。一般而言，正常頂進(jìn)條件下，頂進(jìn)速度以2.53. 5 cm Imin為宜;如正面遇到障礙物或地基加固土，頂進(jìn)速度應(yīng)( cmmn。在新興路我們平均頂進(jìn)速度為. l cm加in。在頂進(jìn)過程中，還應(yīng)注意以下問題: (均在開始頂進(jìn)和結(jié)束頂進(jìn)時，頂進(jìn)速度都應(yīng)慢些; t2)在一節(jié)管頂進(jìn)過程中頂進(jìn)速度應(yīng)基本保持穩(wěn)定。且在開始頂進(jìn)時應(yīng)均勻加速，避免突然加速過

8、快; f3)頂進(jìn)速度必須滿足注槳減摩及進(jìn)排泥的需要，避免因過快而注漿不足，徒增頂進(jìn)阻力，避免因過快而造成排泥管堵塞;f 4)頂進(jìn)過程中應(yīng)避免停頓。6方向糾偏 在項(xiàng)進(jìn)過程中，因土質(zhì)不均勻，且?guī)в须S機(jī)性;因機(jī)械原因，比如頂力不均勻等;因操作失誤等原因的影響，頂進(jìn)方向都會偏離預(yù)定軸線，從而出現(xiàn)“抬頭”、“磕頭”，以及左偏、右偏等情形。因此，糾偏是管道頂進(jìn)過程中必不可少的一項(xiàng)工作內(nèi)容。糾偏有垂直糾偏和水平方向糾偏兩種。不管是水平糾偏。還是垂直糾偏，都會引起地層的損失而導(dǎo)致地層隆起和沉降，特別是糾偏的角度大時這種隆起或沉降更加明顯。因此，糾偏應(yīng)遵循，密切注意，及時糾，小角度”的原則，并注意以下幾點(diǎn): (

9、1)當(dāng)頂進(jìn)機(jī)頭尚未全部進(jìn)洞時，若偏差在士2 cm以內(nèi)，則不必進(jìn)行糾偏，待全部進(jìn)洞后再觀察確定;反之，若>士2 cm，則應(yīng)立即停止頂進(jìn)，采取措施進(jìn)行偏移調(diào)整。 (，)當(dāng)項(xiàng)進(jìn)機(jī)頭全部進(jìn)洞后，若偏差> 1 cm,則必須及時進(jìn)行糾偏。左右方向偏差控制在f 5 mm以內(nèi)，垂直方向偏差控制在1 10 rrm以內(nèi)。 (3)頂進(jìn)過程中，應(yīng)盡量避免>。5。的大動作糾偏，如不得已時，應(yīng)爭取在非重要路段進(jìn)行。在糾偏動作后如無折角改變則應(yīng)立即停頂，并會同電工、機(jī)修工檢查電路和液壓管路，盡早排除故障，嚴(yán)防軸線超差。 (4順進(jìn)時，機(jī)頭在刀盤及螺旋機(jī)的作用下會發(fā)生旋轉(zhuǎn)，而機(jī)頭的旋轉(zhuǎn)尤其是偏角過大時會對項(xiàng)進(jìn)

10、造成不良影響;為此，必須在機(jī)頭前方筒的水平二側(cè)焊翼板，長I為1,8m,寬b為3d mm,厚d為5 rrm，以防止旋轉(zhuǎn)。對機(jī)頭的旋轉(zhuǎn)主要采用加壓重塊的方法，在機(jī)頭二側(cè)焊壓鐵支架，在二側(cè)先平均放壓鐵，共500 kN，一旦發(fā)現(xiàn)機(jī)頭有微小偏轉(zhuǎn)，立即將壓鐵移到另一側(cè)。7觸變泥漿減摩 頂進(jìn)阻力是影響項(xiàng)管頂進(jìn)的最大障礙。在頂管施工中，在一定土質(zhì)和管徑的前提下，頂管的迎面阻力可看作一定值，而沿線管道所受的摩阻力則隨著頂進(jìn)長度的增加而增大。在土正向壓力不變的前提下，管道外壁摩擦力的大小由摩擦系數(shù)確定。因此，減小摩擦力的主要任務(wù)就是降低管道外壁摩擦系數(shù)。對泥水平衡頂管施工來說，降低管道摩擦系數(shù)主要由膨潤土觸變泥槳

11、來實(shí)現(xiàn)，主要措施有以下幾方面:7.1配置性能合適的觸變泥漿 觸變泥槳應(yīng)滿足3個基本指標(biāo):(3 )觸變時流動性好;(2?造壁能力好;(3)固化性好。為此，泥漿的比重應(yīng)控制在一定的范圍內(nèi)，并且最好選用鈉基膨潤土，必要時摻加外加劑改善性能。新興路頂管施工觸變泥槳配比及性能指標(biāo)見表1。施工過程中，膨潤土泥漿攪拌時間必須X30 min，經(jīng)過充分?jǐn)嚢璧哪酀{抽入儲漿箱進(jìn)行發(fā)酵，發(fā)酵時間丈fih，且滬24 ho經(jīng)過充分發(fā)酵的觸變泥漿在壓入管道前必須再次進(jìn)行充分?jǐn)嚢瑁员ＷC其流劫性好，減小壓漿管道阻尼。配方膨潤土純堿CMC漏斗粘度(S)視粘度CP失水量(ml)終切力(達(dá)因/mm3)比重A漿15%0.6%0.2%

12、4232.561501.073A漿12%0.4%0.15%3630.591301.0637.2布設(shè)合理的注槳孔 合理布設(shè)注漿孔是保證頂進(jìn)施工中管道外壁能形成減摩槳套的重要舉措之一。孔位應(yīng)對稱或均勻布置，這樣能有利于形成泥漿套。7.3環(huán)狀注漿空Iall尺寸環(huán)狀注槳空間要足夠大，這樣才能形成泥漿套。一般來說，環(huán)徑長20 mrn，新興路頂管本工程環(huán)徑為5q mmo7.4同步注漿，及時補(bǔ)漿新興路采用機(jī)頭同步注漿和管道補(bǔ)漿的注漿方案。做法是:在機(jī)頭后連續(xù)4根頂管上都裝有注漿管，使其形成一個注漿站，保證從前端一開始就形成完整的漿套，向后每隔2根管設(shè)一個補(bǔ)槳斷面，共4個注漿孔)進(jìn)行補(bǔ)漿，每班不少于2次循環(huán)，

13、定量壓注。注漿要遵守“先壓后頂，隨頂隨壓”的原則，補(bǔ)漿貝l遵循“由后往前，全線，平均”的原則。另外，值得注意的是:在頂管結(jié)束后，必須立即用水泥漿置換掉膨潤土泥漿，以確保管道外圍土體有足夠的支承和減少漏水，并且，必須在水泥漿凝結(jié)后才能拆除管路。水泥漿的技術(shù)參數(shù)為:水灰比0. 4, P=o, 2-.-0. nrnao8泥水系統(tǒng) 新興路泥水平衡式頂管施工中泥水系統(tǒng)采用Telemole管路系統(tǒng)。本系統(tǒng)設(shè)置2臺同型號的渣漿泵，渣漿泵型號為4 /3C一AH，電機(jī)功率為15 lcW,流量90耐小，揚(yáng)程21.8 rn。一臺放置在地面上，為進(jìn)泥泵;另一臺放在基坑里，為排泥泵。泥水管路采用無縫鋼管，管節(jié)接頭為卡箍

14、式活絡(luò)接頭，同時，還設(shè)有旁通裝置。在泥水處理中，必須注意以下幾點(diǎn): (1)渣漿泵應(yīng)采用同一型號的泵，以便必要時對調(diào)使用。(2)必須控制好進(jìn)排泥泵的流速，以確保泥水倉應(yīng)有的壓力，挖掘面上的泥水壓力應(yīng)比地下水壓力高怕2。kPa。并且，過慢的流速容易導(dǎo)致泥渣沉淀而阻塞管路。泥水流速應(yīng)大于臨界流速。臨界流速按式4計算:vz=;:、/2解呸于a Y口(4) 式中:YL臨界流速; L由粒徑與泥水濃度決定的系 數(shù)，查表確定， g重力加速度; d排泥管內(nèi)徑; G:固體顆粒的容重; s泥水相對密度。 對管徑為5Q-.250 mm的排泥管來說，臨界速度在1 .s-3. a rns之間。 (3)要根據(jù)不周的土質(zhì)采用

15、相對密度不同的泥水，以保證挖掘面穩(wěn)定?；优酝ㄑb置在管路安裝完畢或停止掘進(jìn)時必須進(jìn)行內(nèi)循環(huán)，在正常掘進(jìn)時進(jìn)行正向流動循環(huán)，在管路堵塞時進(jìn)行逆向流動循環(huán)。9洞口止水 洞口止水圈安裝要可靠，尤其在機(jī)頭出并這一階段要防止止水圈漏水，以免造成掘進(jìn)工作面的壓力不平衡而失穩(wěn)。若洞口漏水，過多的泥土流出會造成機(jī)頭下沉，使糾偏困難，在頂進(jìn)過程中也會增加阻力，嚴(yán)重時會造成項(xiàng)管失敗。在新興路頂管工程中，我們在洞口外側(cè)設(shè)置了鋼封門。鋼封門采用s槽鋼，密排布置;在洞內(nèi)側(cè)，先制作鋼筋混凝土墻，再砌磚墻。頂進(jìn)開門時，用風(fēng)鎬破除鋼筋混凝土墻和磚墻，不留隱患。工作井洞口止水密封裝置為橡膠止水法蘭。該裝置必須與導(dǎo)軌上管道保持同一高度，誤差筍o rrrn。在橡膠止水法蘭之前必須預(yù)埋注漿孔，以便壓注觸變泥漿。1Q實(shí)際工程效果 新興路頂管