管道頂進(jìn)施工方案

1、管道頂進(jìn)施工方案1、頂管掘進(jìn)機(jī)的選型本工程管道穿越砂層，粉砂層，根據(jù)這種情況，頂管機(jī)頭選擇泥 水平衡頂管工具。對(duì)于管道穿越石質(zhì)土層的地段， 采用氣壓平衡頂管。1.1、設(shè)備安裝工藝流設(shè)備安裝工藝流程框圖（1）頂管施工工藝過程分為頂進(jìn)設(shè)備安裝和頂進(jìn)施工兩大部分。（2）設(shè)備安裝：頂管設(shè)備安裝主要是控制好導(dǎo)軌安裝標(biāo)高，在 導(dǎo)軌安裝完畢后請(qǐng)監(jiān)理單位進(jìn)行導(dǎo)軌高程復(fù)測(cè)工作， 并辦理相關(guān)報(bào)驗(yàn)手續(xù)。1.2、頂進(jìn)施工工藝流程頂管施工工藝流程圖1.3、頂管施工工藝原理泥水平衡頂管施工工藝原理如圖：泥水平衡頂管施工工藝原理圖1.4、頂管設(shè)備就位、安裝、調(diào)試（1）安裝導(dǎo)軌（2）導(dǎo)軌定位后必須穩(wěn)固、正確，在頂進(jìn)中承受各種

2、負(fù)載時(shí)不 移位、不變形、不沉降。（3）導(dǎo)軌安放前，應(yīng)先復(fù)核管道中心位置。1.5、設(shè)置承壓壁（1）承壓壁應(yīng)承受和傳遞全部頂力，必須具有足夠的強(qiáng)度和剛度，本工程承壓壁的設(shè)計(jì)的承壓能力為 4000-6500kN。（2）工作井在作承壓壁時(shí)，將預(yù)留的洞口用磚封堵。安裝另一側(cè)承壓壁時(shí)，可使已完成的管道承受頂力。為使承壓壁受力均勻，在承壓壁與井壁間澆筑找平的混凝土砂漿，砂漿強(qiáng)度宜在 100#左右。（3）承壓壁的平面必須與頂進(jìn)軸線相垂直， 在頂進(jìn)中隨時(shí)檢查，如有發(fā)現(xiàn)傾斜，則必須重新布置，以保證安全。1.6、安裝主頂設(shè)備（1）主頂設(shè)備是指安裝在承壓壁前方，使頂管掘進(jìn)機(jī)和管節(jié)向軸線方向頂進(jìn)的加力組合裝置。（2）數(shù)

3、臺(tái)千斤頂應(yīng)共同作用，規(guī)格一致，行程同步，每臺(tái)千斤 頂?shù)氖褂脡毫Σ淮笥陬~定壓力， 油路必須并聯(lián)， 每臺(tái)千斤頂均備有獨(dú) 立的控制閥，千斤頂伸出的最大行程應(yīng)小于油缸行程的 10cm 左右。（3）油泵站設(shè)置在距離主千斤頂?shù)慕帲吐钒惭b應(yīng)順直，減 少轉(zhuǎn)角，接頭不漏油，油泵站應(yīng)在井口操作間內(nèi)工作。油泵的最大工作壓力不大于 32MPa,應(yīng)檢查限壓閥、溢流閥和壓 力表等指示保護(hù)裝置， 安裝完畢后必須進(jìn)行試車， 在頂進(jìn)中應(yīng)定時(shí)檢 查維護(hù)。（4）環(huán)形頂鐵外徑必須與管道直徑一致，利用環(huán)的外部推動(dòng)管 節(jié)，為增加強(qiáng)度、剛度，可增加厚度和向內(nèi)徑方向的尺寸。馬蹄形頂 鐵必須符合要求， 剛度大， 受力后不變形， 相鄰面垂直

4、， 排列不扭曲，不脫焊，與導(dǎo)軌的接觸面必須平整。1.7、頂管掘進(jìn)機(jī)的安裝（1）頂管機(jī)的尺寸和結(jié)構(gòu)應(yīng)符合要求，在地面上對(duì)整機(jī)應(yīng)作詳 細(xì)檢查。（2）起重設(shè)備根據(jù)選擇 20T 的汽車起重機(jī)， 起吊前將鋼絲繩試 放到井內(nèi)，確保鋼絲繩夠長度。起吊中應(yīng)使用專用吊具，保證平穩(wěn)、緩慢、嚴(yán)禁沖擊、碰撞，并由專人指揮。（3）掘進(jìn)機(jī)安放在導(dǎo)軌上后，測(cè)定前后端的中心方向偏差和相 對(duì)高差，做好記錄。調(diào)整后應(yīng)使掘進(jìn)機(jī)機(jī)體與各組滾輪均接觸密實(shí)， 滾輪的受力均勻。（4）對(duì)掘進(jìn)機(jī)的電路、水路、油路、泥水管路和操縱設(shè)備進(jìn)行 逐一連接，各部件連接牢固，無跑、冒、滴、漏現(xiàn)象，對(duì)各部分分別 調(diào)試并進(jìn)行全面的試運(yùn)行。1.8、頂管施工技術(shù)

5、措施（1）進(jìn)、出洞口技術(shù)措施頂管過程中， 無論是管子從工作井出洞或是接收井進(jìn)洞， 管道外 壁與洞口之間都必須預(yù)留一定的間隙。如果該間隙不能夠采取有效的 密封措施，地下水和泥砂就會(huì)從該間隙中流到工作井或接收井中。（2）洞口止水圈的設(shè)計(jì)本工程管道埋深大、 土層的滲透系數(shù)大， 因此管道在頂進(jìn)時(shí)密封 必須可靠。 在洞口密封設(shè)計(jì)中， 采用主橡膠圈密封加可充氣應(yīng)急密封 圈的雙層密封結(jié)構(gòu)， 該結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是： 頂管過程中充氣密封圈是不工 作的， 如果主橡膠密封圈因摩擦損壞導(dǎo)致密封失效， 地下水涌入井內(nèi) 的危急情況下， 可利用打氣泵給充氣應(yīng)急密封圈充氣， 及時(shí)控制漏水， 在安全狀態(tài)下處理或更換新密封圈。出洞口密

6、封示意圖如下圖所示。進(jìn)洞口密封裝置由于進(jìn)洞是短時(shí)間、 一次性的工作， 故不必使用充氣密封圈，其它應(yīng)與出洞口密封裝置相同。1.9、管節(jié)頂進(jìn)方案1、管道正常頂進(jìn)時(shí)土體平衡的必要性管道在正常頂進(jìn)時(shí)， 挖掘并排出土體的量應(yīng)為頂管掘進(jìn)機(jī)體積的 95% 103%，在這個(gè)取土范圍內(nèi)，掘進(jìn)機(jī)對(duì)土體的擾動(dòng)，不會(huì)使頂 進(jìn)過程出現(xiàn)方向的偏差，不會(huì)出現(xiàn)地面沉降，土體是平衡的。如取土 過多則造成土體坍塌，土體上部壓力減小，必然使掘進(jìn)機(jī)上偏，地面 沉陷。反之地面將隆起。因此保證土體的平衡，不但是保護(hù)地下設(shè)施的需要，同時(shí)也是頂進(jìn)方向順直的保證。2、頂進(jìn)中操縱頂管掘進(jìn)機(jī)保證土體平衡的必要條件以 MEP1000 型頂管掘進(jìn)機(jī)在

7、頂進(jìn)中與頂速、切土口、刀盤平動(dòng)量、刀盤扭矩等參數(shù)的關(guān)系分析土體平衡的必要條件。MEP 型頂管掘進(jìn)機(jī)的刀盤開口是很小的，而且配有可自動(dòng)或手 動(dòng)開啟、關(guān)閉、調(diào)節(jié)開口量的切土口，正常工作和停止時(shí)，均可有效 地支撐土體。 整個(gè)刀盤是由和刀盤一體的一臺(tái)油缸支撐著， 調(diào)定油缸 的壓力即可預(yù)設(shè)土壓力。 刀盤在工作時(shí)一直有一臺(tái)油泵為其供油， 調(diào) 定油缸壓力后（即調(diào)定土壓后），土體壓向刀盤的力超過油缸推力時(shí) 刀盤后退（溢流閥卸油）。土體壓向刀盤的力小于油缸推力時(shí)刀盤伸 出（油泵補(bǔ)油）。前伸的量為50mm，后退的量為-100mm （該前進(jìn)、 后退的量稱為：刀盤平動(dòng)量）。只要推進(jìn)速度適當(dāng)，刀盤就可以保持浮動(dòng)的平衡狀

8、態(tài)。切土口是這樣配合刀盤工作的， 當(dāng)以一定速度推進(jìn)時(shí)， 土體壓力 小于預(yù)設(shè)刀盤壓力，刀盤伸出，與此同時(shí)，切土口減小或關(guān)閉，切土 量減小，如果此時(shí)頂速不變，土體壓力勢(shì)必上升，使土體保持平衡。 反之土壓增大、刀盤后退、切土口增大、切土量增大，頂速不變、土壓降低、產(chǎn)生新的平衡。這就是該機(jī)自動(dòng)以機(jī)械方式平衡土體的原理。在刀盤自動(dòng)平衡挖掘面?zhèn)认蛲翂毫Φ脑頂⑹鲋校?始終均假設(shè)是 速度不變的工況。 實(shí)際生產(chǎn)過程中， 刀盤自動(dòng)平衡土體的能力是有限 的，往往是隨刀盤的前伸、 后退的變化調(diào)整頂速，使挖掘面土體的側(cè) 向力保持平衡。確切的說： 刀盤自動(dòng)平衡土壓力是微調(diào)或緩沖，根據(jù)刀盤的運(yùn)動(dòng)調(diào)節(jié)頂速是實(shí)際生產(chǎn)中的施工

9、方法。分析頂進(jìn)速度、頂力、機(jī)頭土倉內(nèi)的泥漿壓力、刀盤平動(dòng)量、刀 盤扭矩、 刀盤的切土口大小等參數(shù)， 頂進(jìn)速度應(yīng)根據(jù)刀盤的平動(dòng)量及切土口大小確定。 頂進(jìn)中應(yīng)嚴(yán)格根據(jù)預(yù)調(diào)的刀盤推力頂進(jìn)， 禁止機(jī)頭超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)。3、頂進(jìn)中的測(cè)量與糾偏（1）測(cè)量：將地面上的各點(diǎn)坐標(biāo)、高程引入井下后，頂進(jìn)管道水平、高程的 偏差均由激光經(jīng)緯儀測(cè)定， 儀器固定在沉井的底板上， 計(jì)算機(jī)控制的 激光接收靶固定在機(jī)頭前端， 坐標(biāo)中心在掘進(jìn)機(jī)中軸線上。 頂進(jìn)時(shí)激 光經(jīng)緯儀常開啟， 機(jī)頭操作人員通過觀察計(jì)算機(jī)顯示屏幕上的激光光 斑移動(dòng)數(shù)據(jù)及頂進(jìn)的長度， 分析偏差發(fā)展趨勢(shì)， 確定應(yīng)采取的糾偏方 法。 激光經(jīng)緯儀必須按規(guī)定的頂進(jìn)長度或測(cè)量

10、時(shí)間進(jìn)行高程、 水平方向校正，高程方向也可使用連通器在頂進(jìn)中隨時(shí)校正。（2）糾偏：混凝土管節(jié)較短， 有眾多的具備一定柔性的承插接口， 這樣混凝 土管節(jié)在頂進(jìn)中容易糾偏。 但糾偏技術(shù)必須重視勤測(cè)勤糾： 這主要是 責(zé)任心的問題， 當(dāng)頂進(jìn)中發(fā)生小的偏差就進(jìn)行糾正是比較容易的， 關(guān)鍵是要發(fā)現(xiàn)早。4、觸變泥漿潤滑注漿要使注入的漿液隨著管道頂進(jìn)形成完整的初始漿套， 并且每 頂進(jìn)一定的距離應(yīng)能夠得到補(bǔ)充。這些與注漿孔的形式、布置的位置、注漿泵的選用和注漿的壓力有關(guān)。注漿孔布置的位置：注漿孔分組布置，每組3 個(gè)一環(huán)。在掘進(jìn) 機(jī)后的每根砼管布置一組，共布置三組。這三組注漿孔最為重要。在頂管掘進(jìn)機(jī)頂進(jìn)時(shí)隨頂隨注，

11、 使頂管掘進(jìn)機(jī)后部在頂進(jìn)中即形成完整 的漿套， 填充并支撐由于頂管掘進(jìn)機(jī)外徑大于管道外徑所留下的注漿 空隙。以后每隔 4m 布置一組注漿孔，這些注漿孔主要起補(bǔ)漿作用。 當(dāng)頂進(jìn)一段時(shí)間后，先前注入的潤滑漿可能失水而導(dǎo)致漿液質(zhì)量差，這時(shí)為補(bǔ)充這部分缺失需進(jìn)行補(bǔ)漿。注漿泵選用及注漿壓力： 為確保注漿效果始終在最佳狀態(tài)， 我 們選用無壓力脈動(dòng)的螺桿泵， 不選擇壓力脈動(dòng)大的活塞泵， 因?yàn)闈{液 在脈動(dòng)的峰值時(shí)會(huì)擴(kuò)散到土體中， 而螺桿泵注入的漿液幾乎是從空隙中擠出去的。漿套容易形成又容易保持。注漿壓力選擇： 注漿壓力不宜過高， 注漿壓力高容易地面冒漿， 漿套形成不好。正常頂進(jìn)時(shí)，注漿或補(bǔ)漿均以控制注漿量為主

12、。壓漿 分兩類，分別控制： A 機(jī)頭尾部同步壓漿，以形成原始漿套，填充 固有間隙和糾偏間隙，操作為隨頂隨壓、先壓后頂； B 沿線及洞口 補(bǔ)漿， 以補(bǔ)充管道沿線因漿套失水等原因造成的漿套缺失， 該操作在頂進(jìn)時(shí)或停止時(shí)均可進(jìn)行，補(bǔ)漿時(shí)必須有專門人員巡視。5、中繼環(huán)（1）中繼環(huán)的設(shè)置、啟用管道頂進(jìn)采取觸變泥漿減摩措施，但當(dāng)管道延伸至某一長度時(shí)， 頂進(jìn)的頂力大于管道能承受的頂力，管節(jié)損壞、管道無法繼續(xù)頂進(jìn)。 中繼接力環(huán)技術(shù)的應(yīng)用， 能夠從根本上限制超過管道最大允許頂力的 情況發(fā)生。該技術(shù)的原理是： 中繼環(huán)安裝在一次頂進(jìn)管道的某個(gè)部位， 把這段一次頂進(jìn)的管道分成若干個(gè)頂進(jìn)區(qū)間。 在頂進(jìn)過程中， 先由若P

13、干個(gè)中繼環(huán)按先后順序把管子推進(jìn)一小段距離后， 再由主頂油缸推進(jìn) 最后一段管子， 這樣不斷重復(fù)， 一直到把管子從工作井頂?shù)浇邮站畠?nèi)。 本工程設(shè)計(jì)的中繼環(huán)允許推力為 5000kN。中繼環(huán)安放的順序是： 第一只中繼環(huán)應(yīng)放在比較前面一點(diǎn)， 因?yàn)?掘進(jìn)機(jī)在頂進(jìn)過程中頂力的變化會(huì)因土質(zhì)的變化而有較大的變化。所 以當(dāng)頂力達(dá)到中繼環(huán)推力的 4060%時(shí)， 安放第一只中繼環(huán)。 以后每 當(dāng)下一區(qū)間的管段頂力達(dá)到中繼環(huán)推力的 6570%時(shí)， 安放一只中繼環(huán)。當(dāng)主頂油缸頂力達(dá)到中繼環(huán)推力的 90%時(shí)，必須啟用中繼環(huán)。中繼接力環(huán)應(yīng)根據(jù)實(shí)際頂力情況設(shè)置。按管外壁與土體摩阻力 10KN/m2 及實(shí)際經(jīng)驗(yàn)暫按第一只中繼接力環(huán)

14、距頂管掘進(jìn)機(jī) 45m，以后 每隔 60-75m 設(shè)一只中繼接力環(huán)考慮。（2）中繼環(huán)的設(shè)計(jì)計(jì)算根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙要求，最大頂進(jìn)長度 387m。F = .DO.L.fk+NF式中： FP頂進(jìn)阻力(KN)DO管道的外徑L管道設(shè)計(jì)頂進(jìn)長度(m)Fk-管道外壁與土的單位面積平均摩阻力NF頂管機(jī)的迎面阻力(KN)（DO管外徑取 1.2m，采用觸變泥漿減阻.fk 值 3.05.0KN/m2） 采用泥水平衡頂進(jìn)方式： NF=* （Dg-t）*t*R式中： Dg頂管機(jī)的外徑（m）；取 1.22mN = *（Dg-t）*t*R=3.14*（1.22-0.2）t-工具管刃腳厚度（m）；取 0.2mR-擠壓阻力(KN/m2

15、).取 R=300500KN/m2F *0.2*400=256.22KNFP= *DO*L*fk+NF=3.14*1.2*387*4+NF=5832.86+256.22=6089.08KN鋼筋混凝土管允許頂力為：F=*t*(d+t)/K式中： F混凝土管允許頂力（kN）；K安全系數(shù)取 K=6混凝土抗壓強(qiáng)度50000kpat壁厚（mm），取 t=100mmd鋼筋混凝土管內(nèi)徑（mm）取 d=1000mm 管 F=3.14*50000*0.1*（1.0+0.1）/6=2787.33（KN）油缸壓力應(yīng)小于 278.733T，考慮綜合因素， 油缸壓力控制在 250T。中繼間的技術(shù)參數(shù)管道允許頂力為 27

16、87.33KN。計(jì)算頂力 6089.08kN 大于管道允許 最大頂力，必須使用中繼間接力。按照中繼間約2000kN 的啟動(dòng)推力估算，共需設(shè)置 2 個(gè)中繼間分擔(dān)推進(jìn)頂力。中繼間使用 1 臺(tái)中繼間油缸，每臺(tái)油缸最大頂力為 2000kN，最大行程 250mm。（3）中繼環(huán)的密封中繼環(huán)采用兩段無鉸的殼體形式， 前后殼體間安置兩道契型橡膠 止水圈， 防止環(huán)外泥水滲入。 我們特別設(shè)計(jì)了能夠在頂進(jìn)中具有氣壓自動(dòng)補(bǔ)償作用的新型中繼接力環(huán)，保證頂進(jìn)的順利進(jìn)行。在該中繼環(huán)中正常頂進(jìn)時(shí)， 工作密封圈在補(bǔ)償?shù)獨(dú)獾膲毫ψ饔孟拢?起自動(dòng)補(bǔ)償?shù)拿芊庾饔茫?密封效果好， 此時(shí)備用密封圈是不參與起密 封作用的，也不會(huì)磨損。當(dāng)工

17、作密封圈因磨損失效時(shí)，將備用密封圈 頂出，密封地下水繼續(xù)頂進(jìn)。具有氣壓自動(dòng)補(bǔ)償作用的中繼環(huán)示意圖1.10、頂段的收尾工作掘進(jìn)機(jī)進(jìn)入接收井并吊起運(yùn)走后， 管道內(nèi)還有下列工作要做， 拆 除各種管道、電纜、中繼間滑動(dòng)連接處注漿加固土體、拆除中繼間設(shè) 備、焊接兩層滑動(dòng)連接鋼板、洞口密封止水等。（1）中繼間滑動(dòng)連接處注漿：中繼間的千斤頂應(yīng)全部收回，千 斤頂及密封圈在注漿前不能拆除， 仍需它們對(duì)中繼間進(jìn)行定位和密封。 為保證密封圈在拆除后，中繼間滑動(dòng)密封處不漏水、漏漿，應(yīng)由中繼 間的注漿孔向外注水泥、水玻璃雙液漿（凝固時(shí)間 25min）。在注漿 時(shí)只要中繼間密封圈允許（此時(shí)應(yīng)將備用密封圈壓緊），注漿壓力應(yīng)

18、達(dá)到 0.15Mpa，注漿量應(yīng)控制在每個(gè)中繼間注 0.81m3。注漿在各中 繼環(huán)均準(zhǔn)備完畢后統(tǒng)一進(jìn)行。（2）中繼間拆除設(shè)備： 中繼間連接處注漿后， 在拆除千斤頂前， 將所有備用密封圈的固定螺栓松動(dòng)、 工作密封圈氣壓放盡， 檢查是否 有泥水流出，如漏水、漏泥嚴(yán)重應(yīng)對(duì)注漿處進(jìn)行補(bǔ)注。然后拆除千斤 頂、密封圈運(yùn)出管道外。2、施工中應(yīng)重視的技術(shù)問題（1）減少土層擾動(dòng)的保護(hù)措施機(jī)械頂管掘進(jìn)機(jī)具有能夠精確平衡正面土體側(cè)壓力的特點(diǎn)， 故挖 掘正面水土流失所引起的土體沉降較易得到控制。在掘進(jìn)機(jī)后的第一 根管節(jié)頂入體后， 即可把頂力、泥水倉壓力、頂進(jìn)速度調(diào)整到最佳值。 按泥水平衡頂管法施工經(jīng)驗(yàn)，最大沉降約 5mm，能夠滿足本工程管道頂進(jìn)在時(shí)，保護(hù)污水管道上方結(jié)構(gòu)沉降量的要求。（2）其它工作施工前的方案準(zhǔn)備工作不容忽視， 需全面、 詳細(xì)的了解管道所在 土層的地質(zhì)及其它各種管道、 市政設(shè)施的情況， 認(rèn)真研究可能會(huì)發(fā)生 的意外問題，制定出施工對(duì)策。為了減少地面沉降應(yīng)重視的問題： 選擇泥水平衡頂管機(jī)械； 加強(qiáng)管理，嚴(yán)格遵守操作規(guī)程；盡量避免大角度糾偏；覆土不能太薄。3、閉水試壓頂管施工結(jié)束需進(jìn)行閉水試驗(yàn)。（1）試驗(yàn)前的檢查管道閉水試驗(yàn)時(shí)，試驗(yàn)管段應(yīng)符合下列規(guī)定：管道及檢查井外觀質(zhì)量已驗(yàn)收合格； 全部預(yù)留孔應(yīng)封堵， 不 得滲水。 管道兩端堵板承載力經(jīng)核算