某泥水平衡機械頂管頂力計算

1、泥水平衡機械頂管施工方案泥水平衡機械頂管施工工藝流程  4.1、機頭選型本工程由于本工程工期緊，為確保工程質(zhì)量萬無一失，確保絕對工程安全，我公司根據(jù)以住施工經(jīng)驗，決定采用具有破碎功能的泥水平衡頂管掘進機。其基本原理是主軸偏心回轉(zhuǎn)運動而破碎的泥水平衡頂管機，其刀盤的正面，開口比較大，便于大塊的卵石等能進入頂管機內(nèi)，刀盤正面上下兩個泥土和石塊的進口，其開口的面積約占頂管機全斷面的15%20%。刀盤由設在主軸左右兩側的電動機驅(qū)動。電動機是通過行星減速器帶動小齒輪，然后再帶動設在中心的大齒輪。大齒輪與主軸及軋輥聯(lián)接成一體。主軸的左端安裝有刀盤。這樣，只要刀盤驅(qū)動電機轉(zhuǎn)動，刀盤也就轉(zhuǎn)

2、動，同時軋輥也轉(zhuǎn)動。在掘進機工作時，刀盤在一邊旋轉(zhuǎn)切削土砂的同時還一邊作偏心運動把石塊軋碎。被軋碎的石塊只有比泥土倉內(nèi)與泥水倉聯(lián)接的間隙小才能進入掘進機的泥水倉，然后從排泥管中被排出。另外，由于刀盤運動過程中，泥土倉和泥水倉中的間隙也不斷地由最小變到最大這樣循環(huán)變化著，因此，它除了有軋碎小塊石頭的功能以外還始終能保證進水泵的泥水能通過此間隙到達泥土倉中，從而保證了掘進機不僅在砂土中，即使在粘土中也能正常工作。 一般情況下，刀盤每分鐘旋轉(zhuǎn)45轉(zhuǎn)，每當?shù)侗P旋轉(zhuǎn)一圈時，偏心的軋碎動作達2023次。由于本機有以上這些特殊的構造，因此它的破碎能力是所有具有破碎功能的掘進機中最大的，破碎的最大粒

3、徑可達掘進機口徑的40%45%之間，破碎的卵石強度可達200Mpa。本掘進機的優(yōu)點是： 特點： A、頂管機、主千斤頂、泥水循環(huán)系統(tǒng)和泥水分離裝置（DESANDMAN）成套化。  B、帶錐形破碎機的條幅刀盤，能破碎小于外徑30%，一軸強度196Mpa（2000 kg/cm2）的礫石。C、該機能適用各種土壤條件，如粘質(zhì)土、砂土、砂礫混合卵石土和軟巖上。D、使用安裝在軌道上的主頂油缸。一次頂進長度超過100m。E、該機由一人在地面遙控操縱即可。F、可在控制臺上進行電視監(jiān)測及方向控制，精度高。帶有ISEKI專利的RSG雙光靶方向控制系統(tǒng)，有經(jīng)驗的操作人員可以將方向誤差控制

4、在10mm之內(nèi)！ G、使用主千斤頂不間斷便可單獨頂進一節(jié)管子。 H、泥水分離裝置DESANDMAN是一種密封性好，操作靈活的分離系統(tǒng)，且能節(jié)省安裝空間。此機型在現(xiàn)今使用較廣，我們有著成功施工經(jīng)驗、技術成熟、可靠，對土層擾動少的特點。偏心破碎泥水平衡頂管掘進機是根據(jù)含水量較高的沙礫土而專門設計的。因此特別適應本工地基頂管的施工。4.2、平面布置、井內(nèi)布置及管內(nèi)布置在工作井范圍內(nèi)實行全封閉隔離施工并布置以下必要的設施，地面指揮監(jiān)測中心、辦公室、倉庫、配電間、冷作間等。布局要合理，環(huán)境整潔、衛(wèi)生，并有專職人員進行管理。  現(xiàn)場布置、設備進場時采用50t履帶吊管道頂進時，

5、起吊設備采用跨距為14m的龍門行車（起重能力為30t），行車導軌與頂管中心線應平行鋪設，并與管中心左右對稱。井內(nèi)布置  工作井井內(nèi)布置主要是后靠背、導軌、主頂油缸、油泵動力站、鋼制扶梯等。        4.3、出土方案    泥水平衡式頂管的出土采用全自動的泥水輸送方式，被挖掘的土通過在機艙內(nèi)的攪拌和泥水形成泥漿，然后由泥漿泵抽出，高速排土。在沉井上部砌2只沉淀池。沉淀的余土外運需按文明施工要求和渣土處理辦法，運到永久堆土點，不得污染沿途道路環(huán)境。4.4、頂管受力計算本工程是將壁板加

6、厚作為千斤頂?shù)暮蟊硥?。頂力計算推力的理論計算：（?200mm計算）   F=F1十F2其中F總推力 Fl一迎面阻力    F2頂進阻力 F1/4×D2×P  (D管外徑1.2m  P控制土壓力)    PK0××H0式中 K0靜止土壓力系數(shù)，一般取0.55H0地面至掘進機中心的厚度，取最大值7m土的濕重量，取1.9t/m3  P0.55×1.9×77.31t/m2  

7、;F1=3.14/4×1.22×831.4t  F2D×f×L式中f管外表面平均（根據(jù)頂進距離平均淤泥土）綜合摩阻力，取0.8t/m2 D管外徑1.2m L頂距，取最大值100m F23.14×1.2×0.8×100428t。因此，總推力F=31.4+428459.4t。根據(jù)總推力、工作井所能承受的最大頂力及管材軸向允許推力比較后，取最小值作為油缸的總推力。工作井（2000mm頂管）設計允許承受的最大頂力為800t，管材軸向允許推力700t，主頂油缸選用2臺(或4臺，根據(jù)現(xiàn)場實際情況定)300t(3000

8、KN)級油缸。每只油缸頂力控制在250t以下，這可以通過油泵壓力來控制，千斤頂總推力500t。因此我們無需增加額外的頂進系統(tǒng)即可滿足要求。 后背的計算后背在頂力作用下，產(chǎn)生壓縮，壓縮方向與頂力作用方向一致。當停止頂進，頂力消失，壓縮變形隨之消失。這種彈性變形即象是正常的，頂管中，后背不應當破壞，產(chǎn)生不允許的壓縮變形。后背不允許出現(xiàn)上下或左右的不均勻壓縮。否則，千斤頂在余面后背上，造成頂進偏差。為了保證頂進質(zhì)量和施工案例，施工時應對后背的強度和剛度計算 后靠背受力計算公式式中：R-總推力之反力（一般大于推力的1.21.6）a系數(shù)（取1.52.5之間），此處取2B后座墻的寬度（

9、M）此處取4米土的容重（KN/M3)H后座墻的高度(m)，此處取4.5米Kp-被動土壓系數(shù)c-土的內(nèi)聚力（kPa) 一般情況下取10h-地面到后座墻頂部土體的高度（M），此處取5米按上式計算，圓形工作井加護套后能承受1591.5T頂力實際頂力500T。完全能滿足要求。  4.5、出洞方案為防止出洞口及頂進過程中泥水壓力過大涌入工作井內(nèi)，在洞口內(nèi)預先安裝一個單法蘭穿墻鋼套管，用于安裝橡膠止水圈及止水封板。由于頂進距離長，造成管材表面及F型鋼套環(huán)、砂等對橡膠止水圈不可避免的磨損，需經(jīng)常更換橡膠止水圈。因此，我們在洞口里側增加一道橡膠止水圈，當需更換外部橡膠止水法蘭時，洞口內(nèi)部的

10、橡膠止水圈可防止地下水進入井內(nèi)。4.6、測量以及設備安裝4.6.l、測量的方法   (1)、通視條件下的測量使用交匯法引工作井及接收井預留洞口中心至各自的井壁。置經(jīng)緯儀至A點，后視B點，作BA直線的延長線，并在工作井后部定出一點C。保證C、A、B在一條軸線上，置經(jīng)緯儀在C點上，后視A點，在工作井井壁上定出一點A，置激光經(jīng)緯儀基座于井下D點，并抄平固定激光經(jīng)緯儀架，置經(jīng)緯儀于A點，后視B點，在激光經(jīng)緯儀器架上定出D點，D點同A，A，B點在豎直方向上成一直線，安裝激光經(jīng)緯儀于儀器架上，對中D點，后視A，點，依設計軸線打好角度，既可定出軸線。（2）、不通視條件下的測量引

11、出A、B兩點后可根據(jù)導線法以及平移法定出C、D、A，其余步驟同通視條件下測量定位。（3）后靠背導軌及后頂?shù)陌惭b 軸線確定后先安放后靠背，后靠背后部距離井壁100200mm，調(diào)整后靠背前后以及左右方向，應盡量保證后靠背的中心于軸線相重合，調(diào)整方法見圖：  在軸線定好后既可安裝導軌以及后頂，先根據(jù)導軌本身的尺寸計算出導軌頂面至軸線的高差h，至水平儀于井下，在井四周作出46個臨水點，保證軸線標高-臨水點高程= h，安放導軌時可用線繩在相對的兩個臨水點拉出一條直線，使導軌頂輕觸于線繩既可，然后根據(jù)軸線調(diào)整導軌軸線在豎直方向上于已知軸線的豎直投影線重合，導軌軸線方向調(diào)整好后

12、再精調(diào)導軌的高程，最后支撐導軌至井壁上。引軸線至井底前后兩側A、B兩點，分中后靠背，在后靠背上作一分中點C，開始放置后靠背時盡量使C點在AB的延長線上，此值可肉眼鑒定，誤差不應大于10cm，在后靠背邊緣定出任意等高兩點D、D，測量AD和A D，的距離，只需保證AD的距離約等于A D，的距離既可，誤差不應大于3cm，導軌左右方向確定后既固定下面兩側各一點，后使用線墜調(diào)整前后方向既可，最后根據(jù)實際情況填塞C15-C30的混凝土至井壁到后靠背的間隙，后方頂?shù)陌惭b在后靠背的安裝完畢后進行，抄平后頂后只要保證所以千斤頂后平面貼實后靠背既可固定。導軌安裝完畢后需在預留洞口內(nèi)安裝副導軌，副導軌的軸線以及高程

13、均要與主導軌保持一至，此副導軌用于防止機頭進洞后低頭，見下圖：增高裝置可根據(jù)機頭重量以及增高量選擇枕木，鋼支架或砼墊層。洞口止水裝置的安裝，應保證除止水圈外最小直徑大于進洞物最大直徑的8cm，防止受到進洞物的剪切而失去止水效果，位置確定后可用水泥砂漿封堵與井壁形成的間隙，防止從間隙處漏水、漏漿。47泥水系統(tǒng)的安裝泥漿池應盡量靠近工作井邊，可采用并聯(lián)法，見圖： 泥漿池盡量靠近工作井邊，可以減少排泥管路過長而且產(chǎn)生的管路摩阻力，沉石箱的配置可沉淀塊狀物，防止塊狀物直接進入排泥泵引起排泥泵堵塞和損壞。注漿系統(tǒng)應盡量使用螺桿泵以減少脈動現(xiàn)象，漿液應保證攪拌均勻，系統(tǒng)應配置減壓系統(tǒng)，在泵出品處

14、1米外以及機頭注漿處各安裝一只隔膜式壓力表。電路系統(tǒng)及后方頂液壓系統(tǒng)安裝流程（略）48頂進開始調(diào)試階段以及土體取樣：頂管下井前應作一次安裝調(diào)試，油管安裝先應清洗，防止灰塵等污物進入油管，電路系統(tǒng)應保持干燥，機頭運轉(zhuǎn)調(diào)試各部分動作正常，液壓系統(tǒng)無泄漏。機頭下井后刀盤應離開封門1米左右，放置平穩(wěn)后重測導軌標高，高程誤差不超過5mm，既可開始鑿除磚封門，磚封門應盡量鑿除干凈，不要遺留塊狀物，同時可進行土體取樣工作，使用100，L=500mm的兩根鋼管在洞口上下部各取長400mm的土樣，取樣工作完成后隨既頂機頭，使機頭刀盤貼住前方土體。機頭屬于刀盤不可伸縮型，土壓力表所顯示的土壓力為泥倉土壓，顯示的土

15、壓力與實際頂進的土壓力存在一個壓力差P，此值一般取15-30T，由于進泥口是衡定的，TCZ機頭的土壓控制主要通過頂速來調(diào)節(jié)，每次初頂時先調(diào)節(jié)好送水壓力，然后打開機內(nèi)止水閥，轉(zhuǎn)動刀盤，關閉機內(nèi)旁道，待流量達到額定值的80%時既可開始頂進，送水壓力可通過機內(nèi)壓力調(diào)節(jié)既可完成。、頂進過程中的方向控制由于機頭本身所具有的方向誘導裝置，糾偏操作就變的簡單易行了，操作員只要通過糾偏動作，始終保證激光點在二號光耙的中心既可。測量與方向控制要點  (1)有嚴格的放樣復核制度，并做好原始記錄。頂進前必須遵守嚴格的放樣復測制度，堅持三級復測：施工組測量員項目管理部監(jiān)理工程師，確保測量萬無一失。 

16、; (2)布設在工作井后方的儀座必須避免頂進時移位和變形，必須定時復測并及時調(diào)整。  (3)頂進糾偏必須勤測量、多微調(diào)，糾偏角度應保持在1020不得大于0.5°。并設置偏差警戒線。  (4)初始推進階段，方向主要是主頂油缸控制，因此，一方面要減慢主頂推進速度，另一方面要不斷調(diào)整油缸編組和機頭糾偏。  (5)開始頂進前必須制定坡度計劃，對每一米、每節(jié)管的位置、標高需事先計算，確保頂進時正確，以最終符合設計坡度要求和質(zhì)量標準為原則。 4.9、頂管動力、照明配套、頂管動力配套序號設備名稱數(shù)量總功率(kwh)1刀盤電機2442輸送泵電機122

17、3糾偏油泵電機144液壓系統(tǒng)電機2305注槳電機1116槳液攪拌機1117電焊機1308排水泵2119   10 合計163     (注：以上所列設備，并不都是同時啟動。)  動力電線設置：管內(nèi)設置二路電纜，按其配套動力負載功率，選擇電纜規(guī)格，供電采用TNS方式，三相五線制移動電線裝接。    4.10  液壓系統(tǒng)當液化油出現(xiàn)乳化時，說明液壓油己嚴重氧化，應予以更換，更換液壓油之前須把油箱內(nèi)清洗干凈。加油必須用精濾車過濾后方可加入。另外，一旦發(fā)現(xiàn)油管老化應予以更換

18、。4.11  電氣系統(tǒng)電氣系統(tǒng)應保持干燥，保持指示燈及各儀表正常。4.12  糾偏系統(tǒng)糾偏系統(tǒng)要經(jīng)常檢查是否漏油、油液質(zhì)量、油壓情況，如發(fā)現(xiàn)不正常情況及時更換。4.13、注漿減磨頂管的推力就是頂管過程管道受的阻力，包括工具管切土正壓力、管壁摩擦阻及工具管氣水壓力。工具管切土正壓力：與土層密實度、土層含水量、工具管格柵形態(tài)及管內(nèi)挖土狀況有關。根據(jù)有關工程統(tǒng)計資料，軟土層一般為20-30t/m2，硬土層通常在20-60t/m2。大于40t/m2時表明土質(zhì)較好。F1=S1×K1F1-頂管正阻力(t)S1-頂管正面積(m2)K1-頂管正阻力系數(shù)(t/m2)F1=S1

19、15;K1=r2×k1(1)   管磨擦阻力：管壁與土間磨擦系數(shù)及土壓力大小有關。根據(jù)有關工程統(tǒng)計資料，管壁磨擦阻力一般在0.1-0.5 t/m2之間。F2=S2×K2其中F2頂管側磨擦力(t)S2頂管側面積(m2)K2頂管側阻力系數(shù)(t/m2)F2=S2×K2=DL×k2為了減小頂壓進阻力，增大頂進力，并且為了防止出現(xiàn)塌方，頂管過程中，應采用在管壁與土壁的縫隙間注入觸變泥漿，形成泥漿護套，減少管壁與土壁之間的摩擦力。泥漿在輸送和灌注過程中具有流動性、可泵性。a、觸變泥漿的材料觸變泥漿的主要成份是膨潤土、摻入堿和水配制而成。為了在頂進完畢后使觸變泥漿固結增強，可摻入石灰膏。但為了施工使用時保持流動性，還必須摻入緩凝劑和塑化劑。b、觸變泥