長距離頂進(jìn)施工的關(guān)鍵技術(shù)

1、01長距離頂進(jìn)施工的關(guān)鍵技術(shù)長距離頂進(jìn)施工的關(guān)鍵技術(shù) 21.1 頂管施工的特點(diǎn)頂管施工的特點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn) 施工面由線縮成點(diǎn)施工面由線縮成點(diǎn),占地面積小占地面積小; 地面活動(dòng)不受施工影響地面活動(dòng)不受施工影響,對交通干擾小對交通干擾小; 噪音和震動(dòng)低噪音和震動(dòng)低,城市中施工對居民生活環(huán)城市中施工對居民生活環(huán)境干擾小境干擾小,不影響現(xiàn)有管線及構(gòu)筑物的使不影響現(xiàn)有管線及構(gòu)筑物的使用用; 可以在很深的地下或水下敷設(shè)管道可以在很深的地下或水下敷設(shè)管道,可以可以安全穿越鐵路、公路、河流、建筑物；安全穿越鐵路、公路、河流、建筑物； 減少沿線的拆遷工作量減少沿線的拆遷工作量,降低工程造價(jià)降低工程造價(jià)31.1 頂管

2、施工的特點(diǎn)頂管施工的特點(diǎn) 缺點(diǎn)缺點(diǎn) 施工技術(shù)難度較高施工技術(shù)難度較高 需要詳細(xì)細(xì)的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)勘探需要詳細(xì)細(xì)的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)勘探資料資料41.1 頂管施工的適用范圍頂管施工的適用范圍 由于頂管施工具備可以在很深的地下敷設(shè)由于頂管施工具備可以在很深的地下敷設(shè)管道管道,可以安全地穿越鐵路、可以穿越障礙物等可以安全地穿越鐵路、可以穿越障礙物等諸多優(yōu)點(diǎn)諸多優(yōu)點(diǎn),故對交通干擾少、噪音小、震動(dòng)小以故對交通干擾少、噪音小、震動(dòng)小以及對施工周邊的影響很小及對施工周邊的影響很小, 為此為此,在在市政工程市政工程中中得到了廣泛應(yīng)用。得到了廣泛應(yīng)用。 尤其是隨著尤其是隨著中繼接力中繼接力頂進(jìn)技術(shù)的出現(xiàn)頂進(jìn)

3、技術(shù)的出現(xiàn),頂管頂管法更具備了大管徑和長距離頂管施工條件法更具備了大管徑和長距離頂管施工條件,因此因此應(yīng)用范圍應(yīng)用范圍更加廣泛更加廣泛問題實(shí)際操作中實(shí)際操作中大管徑大管徑和和長距離長距離頂管施工也面臨頂管施工也面臨著技術(shù)難度加大問題著技術(shù)難度加大問題5長距離頂管的施工中,受管徑大小、頂進(jìn)機(jī)械、施工技術(shù)條件和環(huán)境因素等多方面的影響和限制,容易出現(xiàn)一些問題,因此對其施工過程中的控制技術(shù)必須引起足夠的重視。四大問題四大問題頂力不足頂力不足推力不足推力不足頂進(jìn)方向頂進(jìn)方向失控失控塌方塌方6長距離頂管的施工中,受管徑大小、頂進(jìn)機(jī)械、施工技術(shù)條件和環(huán)境因素等多方面的影響和限制,容易出現(xiàn)一些問題,因此對其施

4、工過程中的控制技術(shù)必須引起足夠的重視。四大問題四大問題頂力不足頂力不足推力不足推力不足頂進(jìn)方向頂進(jìn)方向失控失控塌方塌方7 頂管的頂力是隨著頂進(jìn)長度的增加需要不斷增加,但是又受到管道強(qiáng)度的限制,不能無限增加,對于普通頂管法而言只是在管尾施加頂力進(jìn)行推進(jìn),其頂進(jìn)距離受到限制。因此,在長距離頂管施工中必須解決在管道強(qiáng)度允許范圍內(nèi)如何施加頂力的問題。目前有兩種方法:即采用潤滑劑減阻和中繼接力技術(shù)。8長距離頂管的施工中,受管徑大小、頂進(jìn)機(jī)械、施工技術(shù)條件和環(huán)境因素等多方面的影響和限制,容易出現(xiàn)一些問題,因此對其施工過程中的控制技術(shù)必須引起足夠的重視。四大問題四大問題推力不足推力不足頂力不足頂力不足頂進(jìn)方

5、向頂進(jìn)方向失控失控塌方塌方9 長距離頂管施工還受到后座所能承受推力大小的制約,一般情況下,頂管工作坑的后座所能承受的最大推力以頂管所能承受的最大推力為計(jì)算條件,只驗(yàn)算工作坑后座是否能夠承受最大推力的反作用力。但是,有的情況下,油缸的推力往往并不是均勻的作用于后座,推力的合力作用點(diǎn)或高或低于后座被動(dòng)土壓力的合力作用點(diǎn),造成設(shè)計(jì)后座抗推能力不足。因此,為使后座能夠承受較大的推力,工作坑應(yīng)盡可能深點(diǎn),后座墻也盡可能埋深大點(diǎn)。10長距離頂管的施工中,受管徑大小、頂進(jìn)機(jī)械、施工技術(shù)條件和環(huán)境因素等多方面的影響和限制,容易出現(xiàn)一些問題,因此對其施工過程中的控制技術(shù)必須引起足夠的重視。四大問題四大問題推力不

6、足推力不足頂力不足頂力不足頂進(jìn)方向頂進(jìn)方向失控失控塌方塌方11 頂管施工中管軸線可能為直線,也可能是曲線,無論是直線和曲線,頂進(jìn)施工中都必須確保管道按設(shè)計(jì)軸線頂進(jìn)。如果頂進(jìn)方向失控,會導(dǎo)致管道彎曲,頂力急劇增加,頂進(jìn)困難,甚至無法繼續(xù)施工。因此,必須有一套能準(zhǔn)確控制管段頂進(jìn)方向的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)。頂進(jìn)施工中的方向控制,主要是通過反復(fù)測量,不斷檢查和糾偏的過程來實(shí)現(xiàn)。12長距離頂管的施工中,受管徑大小、頂進(jìn)機(jī)械、施工技術(shù)條件和環(huán)境因素等多方面的影響和限制,容易出現(xiàn)一些問題,因此對其施工過程中的控制技術(shù)必須引起足夠的重視。四大問題四大問題推力不足推力不足頂力不足頂力不足頂進(jìn)方向頂進(jìn)方向失控失控塌方塌方13

7、 在軟土地基或地下水位較高的土層中頂進(jìn)施工時(shí),頂進(jìn)面上容易發(fā)生塌方,塌方不僅會導(dǎo)致管道受力情況惡化,造成管道方向失去控制,給施工帶來許多困難,還會危及地面建筑物的穩(wěn)定。在深層頂管中,制止坍方實(shí)際上是控制地下水的問題。14注漿減阻注漿減阻中繼間接力中繼間接力長距離通風(fēng)長距離通風(fēng)15注漿減阻注漿減阻中繼間接力中繼間接力長距離通風(fēng)長距離通風(fēng)長距離頂管施工過程中，頂管中管子與土長距離頂管施工過程中，頂管中管子與土體表面的摩擦屬于體表面的摩擦屬于滑動(dòng)摩擦滑動(dòng)摩擦的范疇，如果的范疇，如果注入潤滑漿能在管子的外周形一個(gè)比較完注入潤滑漿能在管子的外周形一個(gè)比較完整的整的漿套漿套，則其，則其減阻減阻效果將是十分

8、顯著的。效果將是十分顯著的。目前，常用的頂管注漿潤滑材料有兩類：目前，常用的頂管注漿潤滑材料有兩類：一類是以一類是以膨潤土膨潤土為主；為主；另一類是人工合成的另一類是人工合成的高分子材料高分子材料。16注漿減阻注漿減阻中繼間接力中繼間接力長距離通風(fēng)長距離通風(fēng)中繼間中繼間是安裝在一次頂進(jìn)管子的某個(gè)部位，是安裝在一次頂進(jìn)管子的某個(gè)部位，把這段一次頂進(jìn)的管道分成若干個(gè)推進(jìn)區(qū)把這段一次頂進(jìn)的管道分成若干個(gè)推進(jìn)區(qū)間。在頂進(jìn)過程中，先由若干個(gè)中繼間按間。在頂進(jìn)過程中，先由若干個(gè)中繼間按先后程序把管節(jié)推進(jìn)一小段距離以后，再先后程序把管節(jié)推進(jìn)一小段距離以后，再由主頂油缸推進(jìn)最后一個(gè)區(qū)間的管子，這由主頂油缸推進(jìn)

9、最后一個(gè)區(qū)間的管子，這樣樣不斷地重復(fù)不斷地重復(fù)，直到把管子從工作坑頂?shù)?，直到把管子從工作坑頂?shù)浇邮湛拥囊环N頂管施工方法。接收坑的一種頂管施工方法。17注漿減阻注漿減阻中繼間接力中繼間接力長距離通風(fēng)長距離通風(fēng)常用的通風(fēng)形式有三種:鼓風(fēng)式抽風(fēng)式鼓風(fēng)抽風(fēng)組合形式18注漿減阻注漿減阻中繼間接力中繼間接力長距離通風(fēng)長距離通風(fēng)鼓風(fēng)式鼓風(fēng)式通風(fēng)是把風(fēng)機(jī)置于工作井的地面鼓風(fēng)式通風(fēng)是把風(fēng)機(jī)置于工作井的地面上，且在進(jìn)風(fēng)口附近的環(huán)境要好一些，上，且在進(jìn)風(fēng)口附近的環(huán)境要好一些，把地面上的新鮮空氣通過鼓風(fēng)機(jī)和風(fēng)筒把地面上的新鮮空氣通過鼓風(fēng)機(jī)和風(fēng)筒鼓到掘進(jìn)機(jī)或工具管內(nèi)。鼓風(fēng)式通風(fēng)風(fēng)鼓到掘進(jìn)機(jī)或工具管內(nèi)。鼓風(fēng)式通風(fēng)風(fēng)筒出口

10、氣流筒出口氣流有效射程長有效射程長，排出工作面有排出工作面有害氣體、煙塵的能力強(qiáng)，安全性能好害氣體、煙塵的能力強(qiáng)，安全性能好，這種通風(fēng)形式尤其適用于手掘式頂管。這種通風(fēng)形式尤其適用于手掘式頂管。如果遇到沼氣等則驅(qū)散能力強(qiáng)，鼓風(fēng)式如果遇到沼氣等則驅(qū)散能力強(qiáng)，鼓風(fēng)式通風(fēng)可選用小型風(fēng)扇。由于風(fēng)壓在風(fēng)管通風(fēng)可選用小型風(fēng)扇。由于風(fēng)壓在風(fēng)管內(nèi)的衰減比較大，鼓風(fēng)式通風(fēng)不能用于內(nèi)的衰減比較大，鼓風(fēng)式通風(fēng)不能用于太長的頂管施工中。具體長度應(yīng)視鼓風(fēng)太長的頂管施工中。具體長度應(yīng)視鼓風(fēng)量、風(fēng)筒直徑等決定。量、風(fēng)筒直徑等決定。19注漿減阻注漿減阻中繼間接力中繼間接力長距離通風(fēng)長距離通風(fēng)抽風(fēng)式抽風(fēng)式通風(fēng)又稱吸入式抽風(fēng)，它

11、是將抽抽風(fēng)式通風(fēng)又稱吸入式抽風(fēng)，它是將抽風(fēng)機(jī)安裝在工作坑的地面上，把抽風(fēng)管風(fēng)機(jī)安裝在工作坑的地面上，把抽風(fēng)管道一直通到挖掘面或掘進(jìn)機(jī)操作室內(nèi)。道一直通到挖掘面或掘進(jìn)機(jī)操作室內(nèi)。因?yàn)轱L(fēng)機(jī)在抽風(fēng)時(shí)產(chǎn)生負(fù)壓，所以采用因?yàn)轱L(fēng)機(jī)在抽風(fēng)時(shí)產(chǎn)生負(fù)壓，所以采用風(fēng)管最好是玻璃鋼或硬塑料管，而不宜風(fēng)管最好是玻璃鋼或硬塑料管，而不宜采用軟管。在中繼間和基坑中活動(dòng)的地采用軟管。在中繼間和基坑中活動(dòng)的地方，采用可伸縮和彎曲的波紋狀管道。方，采用可伸縮和彎曲的波紋狀管道。抽風(fēng)式通風(fēng)過程中，混濁的空氣從吸入抽風(fēng)式通風(fēng)過程中，混濁的空氣從吸入口沿風(fēng)管排出管內(nèi)口沿風(fēng)管排出管內(nèi),直到地面上，工作坑直到地面上，工作坑上部的新鮮空氣

12、不斷對管內(nèi)進(jìn)行補(bǔ)充，上部的新鮮空氣不斷對管內(nèi)進(jìn)行補(bǔ)充，通風(fēng)效果比較好通風(fēng)效果比較好。如果抽風(fēng)距離比較長，。如果抽風(fēng)距離比較長，也可以用兩臺抽風(fēng)機(jī)串聯(lián)起來使用。也可以用兩臺抽風(fēng)機(jī)串聯(lián)起來使用。20注漿減阻注漿減阻中繼間接力中繼間接力長距離通風(fēng)長距離通風(fēng)組合式采用組合式通風(fēng)可以獲得更為理想的通采用組合式通風(fēng)可以獲得更為理想的通風(fēng)效果。基本形式有兩種風(fēng)效果?；拘问接袃煞N:一種是一種是長鼓短長鼓短抽抽，另一種是，另一種是長抽短鼓長抽短鼓。所謂長鼓短抽。所謂長鼓短抽就是以鼓風(fēng)為主，抽風(fēng)為輔的組合通風(fēng)就是以鼓風(fēng)為主，抽風(fēng)為輔的組合通風(fēng)系統(tǒng)。在該系統(tǒng)中鼓風(fēng)的距離長，風(fēng)筒系統(tǒng)。在該系統(tǒng)中鼓風(fēng)的距離長，風(fēng)筒長

13、；抽風(fēng)的距離短，風(fēng)筒也短。所謂長長；抽風(fēng)的距離短，風(fēng)筒也短。所謂長抽短鼓式，即抽風(fēng)距離比較長，鼓風(fēng)距抽短鼓式，即抽風(fēng)距離比較長，鼓風(fēng)距離比較短。離比較短。21工程概況工程概況本工程主要包括長橋支線頂管段, 其長1 743 m,內(nèi)徑3 .5 m , 鋼管厚壁34 mm, 以及隴西支線頂管段, 其長1 312 m, 內(nèi)徑2 200 mm 。長橋頂管工程的工作井外徑為20 m , 內(nèi)徑為17m , 接受井為外徑15 .6 m, 內(nèi)徑為12 .6 m , 頂管軸線標(biāo)高為-16 .2m(地面標(biāo)高+4 .5m 左右), 頂管上方布滿了建筑物, 靠近工作井附近為6 層住宅建筑, 其余多為二三層高的房屋和倉庫

14、, 此外還需穿過淀浦河。接收井附近有著徐浦大橋引橋橋樁和地下管線等, 施工環(huán)境條件惡劣。長橋支線頂管線路圖見圖2 。22工程概況工程概況23工程施工工藝工程施工工藝24關(guān)鍵技術(shù)及機(jī)理分析關(guān)鍵技術(shù)及機(jī)理分析頂進(jìn)糾偏及測量導(dǎo)向頂進(jìn)糾偏及測量導(dǎo)向頂進(jìn)偏差產(chǎn)生的原因主要是主頂油缸的后背墻表頂進(jìn)偏差產(chǎn)生的原因主要是主頂油缸的后背墻表面不平整或不垂直頂管軸線面不平整或不垂直頂管軸線, 墻后土質(zhì)不均勻墻后土質(zhì)不均勻, 導(dǎo)導(dǎo)軌安裝偏差過大軌安裝偏差過大, 工具管穿墻時(shí)管軸線與頂進(jìn)方工具管穿墻時(shí)管軸線與頂進(jìn)方向生產(chǎn)夾角向生產(chǎn)夾角, 迎面土阻力不均迎面土阻力不均, 主頂油缸頂力分布主頂油缸頂力分布不均或偏心不均或

15、偏心,管外摩擦力分布不均勻。管外摩擦力分布不均勻。25關(guān)鍵技術(shù)及機(jī)理分析關(guān)鍵技術(shù)及機(jī)理分析中繼環(huán)的使用及修復(fù)中繼環(huán)的使用及修復(fù)當(dāng)總推力達(dá)到中繼環(huán)總推力的當(dāng)總推力達(dá)到中繼環(huán)總推力的40 % 60 %時(shí)時(shí), 設(shè)置第一只中繼環(huán)設(shè)置第一只中繼環(huán), 以后每當(dāng)達(dá)到中繼環(huán)總推力以后每當(dāng)達(dá)到中繼環(huán)總推力的的70 % 80 %時(shí)時(shí), 再設(shè)置一只中繼環(huán)再設(shè)置一只中繼環(huán), 而當(dāng)主頂而當(dāng)主頂油缸達(dá)到中繼環(huán)總推力的油缸達(dá)到中繼環(huán)總推力的90 %, 就必須起用中繼就必須起用中繼環(huán)環(huán) 。長橋支線頂管共使用。長橋支線頂管共使用18 只中繼環(huán)只中繼環(huán), 第一只距第一只距工具管工具管22 .5 m , 第二只距工具管第二只距工具

16、管37 .5 m , 第三第三只與第二只間距為只與第二只間距為65 m , 以后每以后每100 m 左右設(shè)置左右設(shè)置一只中繼環(huán)。一只中繼環(huán)。26關(guān)鍵技術(shù)及機(jī)理分析關(guān)鍵技術(shù)及機(jī)理分析注漿減摩注漿減摩在長距離頂管施工中, 管壁與土之間將產(chǎn)生巨大的摩阻力, 當(dāng)頂推力超過管子所能承受的強(qiáng)度范圍, 管子將會被壓壞, 于是就考慮了使用中繼環(huán)和用觸變泥漿作為潤滑劑來減少摩阻力的方案。觸變泥漿的工作機(jī)理是:管道外環(huán)空間充滿觸變泥漿形成泥漿環(huán)套, 不僅減少了土層對管子的垂直壓力, 而且因泥漿具有浮力作用, 減輕了管道對下部土層正壓力, 泥漿處于流動(dòng)濕潤狀態(tài), 從而保持為濕潤摩擦一種摩擦系數(shù)較小的摩阻狀態(tài)。有觸變泥漿, 摩擦系數(shù)可有5 .8 25 倍變化, 粘力也有5 倍左右變化。其減阻效果可達(dá)50 % 60 %。27關(guān)鍵技術(shù)及機(jī)理分析關(guān)鍵技術(shù)及機(jī)理分析管內(nèi)通風(fēng)管內(nèi)通風(fēng)長距離頂進(jìn)的時(shí)間比較長, 人員在管內(nèi)要消耗大量的氧氣, 管內(nèi)氧氣含量本來就非常低, 久而久之就會因缺氧影響作業(yè)人員的健康。在維修中繼環(huán)、折除中繼環(huán)時(shí), 堵漏所采用的聚氨脂受熱后分解會發(fā)出劇毒氣體。如果不及時(shí)進(jìn)行管內(nèi)通風(fēng), 勢必危及作業(yè)人員的生命安全。某工程就因此造成數(shù)名作業(yè)人員慘死現(xiàn)場的事故。長橋頂管工程中, 采用了二路供氣的形式