機(jī)械頂管工程施工方案

機(jī)械頂管工程施工方案1、頂進(jìn)設(shè)備選型及工藝針對(duì)本工程頂管段水文、地質(zhì)條件特點(diǎn)，頂管采用封閉式頂管工藝，采用泥水平衡頂管工藝。（1）泥水平衡頂管工藝基本原理：泥水平衡頂管工藝基本原理是將已調(diào)成一定濃度和比重的泥水，通過(guò)送泥水系統(tǒng)送至頂管機(jī)頭前挖掘面處，泥水在挖掘面上形成一層不透水的泥膜，可阻止泥水向挖掘面里面滲透，同時(shí)調(diào)節(jié)泥水壓力來(lái)平衡地下水壓力和土壓力，達(dá)到穩(wěn)定挖掘面的目的；頂管機(jī)頭前進(jìn)的同時(shí)刀盤(pán)切削土體，被切削下來(lái)的殘土與泥水充分拌和后，由排泥系統(tǒng)輸送至地面泥水分離設(shè)備進(jìn)行處理，分離出的殘土被運(yùn)走，泥水再送入送水系統(tǒng)循環(huán)使用。(2）泥水平衡頂管施工特點(diǎn)：①適用的土質(zhì)范圍比較廣，如在地下水壓力很高以及變化范圍較大的條件下也可適用；②可有效地保持挖掘面的穩(wěn)定，對(duì)所頂管周?chē)耐馏w擾動(dòng)比較小，因此施工引起的地面沉降很?。虎叟c其他類(lèi)型頂管相比，泥水頂管施工時(shí)的總推力比較小，尤其是在黏土、砂土層表現(xiàn)得更為突出，適宜較長(zhǎng)距離頂管；④工作坑內(nèi)的作業(yè)環(huán)境比較好，作業(yè)也比較安全。由于它采用泥水管道輸送棄土，不存在吊土、搬運(yùn)土方等容易發(fā)生危險(xiǎn)的作業(yè)；可在大氣常壓下作業(yè)，也不存在采用氣壓頂管帶來(lái)的各種問(wèn)題及危及作業(yè)人員健康等問(wèn)題。⑤泥水輸送棄土的作業(yè)連續(xù)不斷地進(jìn)行，其施工進(jìn)度快，能有效地保證工期。（3）泥水平衡頂進(jìn)系統(tǒng)：泥水平衡頂進(jìn)系統(tǒng)主要由以下幾部分組成：①泥水平衡頂管機(jī)；②機(jī)內(nèi)控制柜；③洞口止水圈；④環(huán)形護(hù)口鐵；⑤馬蹄形頂鐵；⑥主頂油缸；⑦主頂油泵；⑧激光經(jīng)緯儀；⑨后背板；⑩基坑導(dǎo)軌；⑾油缸架子.它主要由以下幾大部分構(gòu)成：①泥水分離設(shè)備（沉淀箱及分離器等）;②進(jìn)水泵；③排泥管；④進(jìn)水管；⑤基坑旁通；⑥流量計(jì)；⑦排泥泵；⑧進(jìn)排泥泵控制柜；⑨進(jìn)排泥軟管；⑩流量調(diào)節(jié)器.泥水平衡進(jìn)排泥系統(tǒng)圖主頂千斤頂：它是頂進(jìn)系統(tǒng)中的主要設(shè)備。為安全起見(jiàn)，頂力設(shè)備配置要小，以利間距平行頂進(jìn).根據(jù)頂力估算，頂管主站擬配備2臺(tái)300T油壓千斤頂，按左右對(duì)稱(chēng)布置。主油缸的油壓由電動(dòng)油泵供給，千斤頂行程2500mm。其他設(shè)備：包括導(dǎo)軌、千斤頂臺(tái)架、頂鐵、分壓環(huán)、后承壓壁、操作平臺(tái)、爬梯等。（如圖）當(dāng)工作井底板完成后，設(shè)置好安全圍欄和爬梯，然后由工作井邊的起重機(jī)將上述設(shè)備吊入井內(nèi)按要求的精度安裝。（4）泥水平衡頂管工藝流程圖頂管施工現(xiàn)場(chǎng)工藝流程圖施工準(zhǔn)備施工準(zhǔn)備測(cè)量放樣現(xiàn)場(chǎng)平面布置起重設(shè)備安裝注漿設(shè)備系統(tǒng)安裝注漿材料配制基坑導(dǎo)軌安裝后座鋼板安裝主頂油缸安裝止水裝置安裝掘進(jìn)機(jī)試運(yùn)行破洞口磚封門(mén)主頂油缸推進(jìn)出泥準(zhǔn)備頂進(jìn)糾偏泥漿壓注操作控制頂進(jìn)出泥接口檢驗(yàn)施工準(zhǔn)備糾偏測(cè)量砼管進(jìn)場(chǎng)驗(yàn)收頂進(jìn)設(shè)備安裝掘進(jìn)機(jī)井內(nèi)就位掘進(jìn)機(jī)出洞管道頂進(jìn)砼管拼裝頂進(jìn)結(jié)束2、泥漿運(yùn)輸泥水平衡式頂管的出泥漿采用全自動(dòng)的泥水輸送方式，被挖掘的土通過(guò)在機(jī)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。在工作井外3米處開(kāi)挖1泥漿池，多余泥漿采用4000L泥漿運(yùn)輸車(chē)及時(shí)外運(yùn)，泥漿外運(yùn)需按AA市文明施工和揚(yáng)塵治理要求和渣土處理辦法，運(yùn)到指定棄土點(diǎn)，在泥漿運(yùn)輸過(guò)程中要考慮保潔措施，不得污染沿途道路環(huán)境.3、頂管頂進(jìn)⑴初始頂進(jìn)頂進(jìn)準(zhǔn)備工作完成后，開(kāi)始初始頂進(jìn)。初始頂進(jìn)在頂管工作中起著很重要的作用，一要穿過(guò)工作井洞口，在這過(guò)程中保證洞口結(jié)構(gòu)不被破壞，同時(shí)泥水不進(jìn)入頂坑；二要保證高程、中心偏差最小，為正常頂進(jìn)打下良好的基礎(chǔ)。①初始頂進(jìn)速度控制頂進(jìn)用工作井頂進(jìn)設(shè)備進(jìn)行速度控制，分為兩個(gè)部分，機(jī)頭入洞階段速度控制在3～5mm/min，此階段重點(diǎn)是找正管子中心、高程，偏差控制在±5mm之內(nèi)，所以速度不要太快。②初始頂進(jìn)泥水控制頂進(jìn)時(shí)泥水流量控制在1。4~1.5m3/min，泥水容重γ=1.2。泥水作用潤(rùn)滑刀、切削雜物泥水帶出，此時(shí)泥水分兩部分流出，一部分由機(jī)頭外流入集水井，集水井設(shè)4吋泥漿泵排入泥水分離裝置；另一部分由機(jī)頭出泥管排入泥水分離裝置。⑵頂管機(jī)正常頂進(jìn)①頂進(jìn)主要參數(shù)泥漿在整個(gè)頂管過(guò)程中起著關(guān)鍵作用，泥漿的壓力、濃度影響挖掘面的穩(wěn)定性。泥漿濃度流量影響到切削下土體能否正常送到地面。泥漿配比要在優(yōu)選貨源的前提下優(yōu)化配比，并能根據(jù)土質(zhì)變化及時(shí)變化。泥水初定參數(shù)：泥水比重1.15t/m3泥水倉(cāng)壓力245KPa泥水流量Q1≤0.65m3/min排泥流量Q2≤1。07m3/min機(jī)頭頂進(jìn)速度設(shè)定100mm/min，如要加大頂進(jìn)速度，在保證泥水倉(cāng)泥壓的條件下，要先加大泥漿流量，再計(jì)算頂進(jìn)速度，否則排泥管會(huì)堵塞。流量計(jì)設(shè)定1。07m3/min.②頂進(jìn)操作程序a。頂進(jìn)啟動(dòng)刀盤(pán)系統(tǒng)；啟動(dòng)輸泥管和排泥管道泵，泥路循環(huán)，自控系統(tǒng)調(diào)整管路壓力，使壓力達(dá)到設(shè)定壓力并穩(wěn)定；機(jī)頭頂進(jìn)：當(dāng)沒(méi)加中繼間時(shí)，工作井頂進(jìn)千斤頂設(shè)定頂進(jìn)速度100mm/min，b.下管時(shí)的操作程序打開(kāi)基坑傍通閥門(mén)，保持泥水倉(cāng)壓力，同時(shí)打開(kāi)沖洗閥門(mén)沖洗排泥管路；機(jī)頭刀盤(pán)停轉(zhuǎn)；待排泥管路沖洗干凈后，停止輸泥泵、排泥泵；關(guān)閉觸變泥漿、輸泥管、油管、排泥管閥門(mén)。拆除工作井管接口各種管線(xiàn)、電纜，管內(nèi)應(yīng)急燈工作.下管對(duì)口。（3）頂管測(cè)量測(cè)量必須按照設(shè)定的管道中心線(xiàn)和工作井位建立地面與地下測(cè)量控制系統(tǒng)，控制點(diǎn)應(yīng)設(shè)在不易擾動(dòng)、視線(xiàn)清楚、方便校核的地點(diǎn)，并加以保護(hù)，在施工期間應(yīng)進(jìn)行定期校核。在頂管工作井內(nèi)的后部設(shè)置測(cè)量平臺(tái)，其臨時(shí)水準(zhǔn)點(diǎn)由地面水準(zhǔn)點(diǎn)引入，在交接班時(shí)進(jìn)行儀器高程的校對(duì)和調(diào)整.頂進(jìn)軸線(xiàn)由設(shè)計(jì)管道軸線(xiàn)通過(guò)經(jīng)緯儀引入工作井內(nèi)，然后對(duì)中觀測(cè)。機(jī)頭出洞前，必須準(zhǔn)確測(cè)定機(jī)頭刃口的軸線(xiàn)和標(biāo)高，并將數(shù)據(jù)及時(shí)反饋，對(duì)機(jī)頭安裝的態(tài)勢(shì)進(jìn)行最后調(diào)整。管道是否沿著設(shè)計(jì)管軸線(xiàn)頂進(jìn)，靠測(cè)量進(jìn)行檢查。管道軸線(xiàn)偏差采用經(jīng)緯儀用支導(dǎo)線(xiàn)法測(cè)量與控制，高程偏差采用水準(zhǔn)儀測(cè)量。測(cè)量頻率：一般每頂進(jìn)500mm測(cè)量一次，特殊情況次數(shù)應(yīng)增加.全段頂完后，應(yīng)在每個(gè)管節(jié)接口處測(cè)量其軸線(xiàn)位置和高程，有錯(cuò)口時(shí)，應(yīng)測(cè)出相對(duì)高程。(4）頂管糾偏糾偏是指機(jī)頭偏離設(shè)計(jì)軸線(xiàn)后，利用設(shè)置在機(jī)頭后部的糾偏千斤頂組，改變機(jī)頭端面的方向，減少偏差，目的是使管道沿設(shè)計(jì)軸線(xiàn)頂進(jìn)。機(jī)頭糾偏的好壞，將直接影響頂管施工的質(zhì)量。頂進(jìn)糾偏是采用調(diào)整4臺(tái)糾偏千斤頂組的辦法，進(jìn)行編組操作，若管道偏左則千斤頂采用左伸右縮方法，反之亦然，如果同時(shí)有高程和方向偏差，則應(yīng)先糾正偏差大的一邊，頂進(jìn)時(shí)必須嚴(yán)格控制機(jī)頭的走向，隨時(shí)糾偏，控制好管道的線(xiàn)形.糾偏時(shí)應(yīng)做到在頂進(jìn)中糾偏，采用小角度分次逐步糾偏，勤調(diào)微糾。糾偏工作尚應(yīng)在仿真分析的指導(dǎo)下進(jìn)行。在頂進(jìn)中頂管機(jī)頭發(fā)生旋轉(zhuǎn)時(shí)，可采取在管內(nèi)的相反方向增加壓重塊或在中間站提供旋轉(zhuǎn)糾正力矩等方法，直到正常，以防止偏轉(zhuǎn)增大，影響出土和測(cè)量等工作。（5）觸變泥漿用泥漿減阻是長(zhǎng)距離頂管減少摩阻力的重要環(huán)節(jié)之一.在頂管施工過(guò)程中，如果注入的潤(rùn)滑泥漿能在管子的外圍形成一個(gè)比較完整的漿套，則其減摩效果將是十分令人滿(mǎn)意的，一般情況摩阻力減至3~5kN/m2。本工程采用頂管掘進(jìn)機(jī)尾部同步注漿和后面管段補(bǔ)漿兩種方式進(jìn)行減阻。①、觸變泥漿的材料觸變泥漿的主要成分是膨潤(rùn)土、摻入堿和水配制而成。為了在頂進(jìn)完畢后使觸變泥漿固結(jié)增強(qiáng)，可摻入石灰膏。但為了施工使用時(shí)保持流動(dòng)性，還必須摻入緩凝劑和塑化劑。②、觸變泥漿的拌和程序?qū)⒍康乃湃霐嚢韫迌?nèi)，并取其中的一部分水來(lái)融化堿；在攪拌過(guò)程中，將定量膨潤(rùn)土徐徐加入攪拌灌內(nèi)，攪拌均勻；將融化后的堿水倒入攪拌灌內(nèi)，再攪拌均勻，放置12h后即可使用。③、觸變泥漿應(yīng)注意的事項(xiàng)注漿孔的布置宜按管道直徑大小確定，一般每個(gè)斷面可設(shè)置3～4個(gè)，并具備排氣功能。攪拌均勻的泥漿應(yīng)放置一定時(shí)間方可灌注。灌漿前，應(yīng)通過(guò)注水檢查灌漿設(shè)備，確認(rèn)設(shè)備正常后方可灌注.灌漿壓力可按0.1Mpa開(kāi)始加壓，在灌漿過(guò)程中再按實(shí)際情況調(diào)整。灌漿時(shí)，按灌漿孔斷面位置的前后順序依次進(jìn)行。灌漿遇有機(jī)械故障、管路堵塞、接頭滲漏等情況時(shí)，經(jīng)處理后方可繼續(xù)頂進(jìn)，長(zhǎng)距離頂管施工中，頂力控制的關(guān)鍵是最大限度地降低頂進(jìn)阻力，而降低頂進(jìn)阻力最有效的方法。(6）洞口密封結(jié)構(gòu)出洞口密封結(jié)構(gòu)的作用是阻止在頂管過(guò)程中泥水從管節(jié)與洞口間的間隙流入井內(nèi)。根據(jù)管道中心線(xiàn)與井壁預(yù)留孔的位置，制作一個(gè)鋼結(jié)構(gòu)的內(nèi)套環(huán)，套環(huán)內(nèi)圈設(shè)有橡膠止水板，套環(huán)安裝在預(yù)留孔與管節(jié)之間，外圍焊接在孔的預(yù)埋鋼板上，內(nèi)圈橡膠緊貼管節(jié).（如圖）（7）頂管出洞口技術(shù)措施對(duì)工具管進(jìn)、出洞口范圍內(nèi)的土體，施工時(shí)視土質(zhì)情況決定是否進(jìn)行加固。為了防止機(jī)頭下沉，必須加延長(zhǎng)導(dǎo)軌，其形式、材質(zhì)與基坑導(dǎo)軌相同，長(zhǎng)度為60cm，并將前三節(jié)砼管與機(jī)頭做成剛性連接。將機(jī)頭徐徐推進(jìn)洞口，待刀盤(pán)全部進(jìn)洞以后，裝好止水圈.工具管安裝調(diào)試完畢后，推進(jìn)至預(yù)留孔1m處時(shí)停止。用空壓機(jī)鑿除沉井洞口封堵，盡快清理完畢。迅速將工具管推進(jìn)土中，靜候3～4小時(shí)，測(cè)出實(shí)際靜止土壓力，結(jié)合理論土壓力，制定出控制土壓力。頂管出洞過(guò)程中與正常頂進(jìn)階段，為了控制頂管的頂力，并保持地面沉降不超過(guò)允許值，需要以一定的壓力向頂管管道與周?chē)馏w的環(huán)形建筑縫隙壓鑄觸變泥漿，如果不設(shè)置洞口密封裝置或者洞口密封裝置設(shè)置達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，壓鑄的觸變泥漿就會(huì)通過(guò)洞口流入工作井內(nèi)，無(wú)法形成完整的漿套，引起頂力上升，地面沉降增大，對(duì)頂管不利。在洞口外的土質(zhì)差的工程條件下，還會(huì)造成泥土涌入工作井的情況，導(dǎo)致施工環(huán)境惡化，甚至無(wú)法頂進(jìn).工作井洞口止水裝置應(yīng)根據(jù)工作井的具體條件來(lái)進(jìn)行。采用一種較簡(jiǎn)單的橡膠法蘭的結(jié)構(gòu)形式。（8）頂管進(jìn)洞口技術(shù)措施在頂管機(jī)頭到達(dá)接收井前，做好以下工作：a.安置好接收導(dǎo)軌，主要防止進(jìn)洞后的前面幾節(jié)管子產(chǎn)生扭曲、“磕頭”等現(xiàn)象.b.預(yù)先在接收井井壁上鉆出二個(gè)探孔，用探棒測(cè)量：當(dāng)掘進(jìn)機(jī)頂進(jìn)到離洞口還有300mm處時(shí)停止頂進(jìn).c.將掘進(jìn)機(jī)徐徐推入接收井內(nèi)已鋪設(shè)好的接收導(dǎo)軌上，直至砼管出井壁150mm為止。d.起重機(jī)從接收井中吊出掘進(jìn)機(jī)。接收井施工完成后，必須對(duì)洞門(mén)的方位進(jìn)行測(cè)量確認(rèn)，根據(jù)實(shí)際標(biāo)高安裝頂管機(jī)接收基座，并配備拆除封門(mén)的材料和機(jī)械設(shè)備。當(dāng)推進(jìn)至距接收井沉井井壁外側(cè)30cm處時(shí)，停止推進(jìn)，鑿除沉井預(yù)留洞口封堵，在接收井鑿除封堵后掘進(jìn)機(jī)頭應(yīng)迅速、連續(xù)頂進(jìn)管節(jié)，盡快縮短出洞時(shí)間。掘進(jìn)機(jī)整體進(jìn)洞后就應(yīng)盡快把機(jī)頭和混凝土管節(jié)分離，并把管節(jié)和接收井的接頭按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行處理，減少水土流失.吊起工具管，清除泥土，迅速將預(yù)留孔與管節(jié)之間的空隙堵住，并留好出水孔。防止?jié)B水，泥土流失引起土體塌方和路面沉降。（9）照明和通風(fēng)系統(tǒng)管道內(nèi)的照明采用24V安全電壓，照明電源由工作井內(nèi)操作平臺(tái)上的配電箱供電.工具管處安裝1KVA24V變壓器，管道內(nèi)照明燈每三節(jié)管節(jié)上裝一只，功率為60W。管道內(nèi)還設(shè)有應(yīng)急照明系統(tǒng)，因故突然停電時(shí)，使用應(yīng)急照明，保證施工人員安全撤離.為防止電纜接頭松動(dòng)、接觸電阻增加影響供電質(zhì)量，將中繼間電箱作為中間電纜接頭箱，并配有一部分活動(dòng)接頭箱，既保證了接頭質(zhì)量，又可以避免包扎受潮而產(chǎn)生的漏電事故.應(yīng)急電源采用的是地面?zhèn)溆靡慌_(tái)發(fā)電機(jī)，在管道內(nèi)斷電時(shí)及時(shí)供電以保證照明、通風(fēng)、施工的正常進(jìn)行。頂管施工采用壓入式通風(fēng)，空壓機(jī)安裝在地面工作平臺(tái)上，用硬質(zhì)PVC通風(fēng)管道把風(fēng)送至工作井底部，并用同直徑的硬質(zhì)PVC橡膠通風(fēng)管道，從管內(nèi)把風(fēng)送至端部機(jī)頭處。通風(fēng)管要固定在工作井側(cè)壁及鋼管內(nèi)壁的上邊，固定要牢固。在中繼間處采用風(fēng)琴式軟管，以利風(fēng)管伸縮。在施工的全過(guò)程中風(fēng)管要隨著鋼管的延伸而不斷地接接入，要確保管道通風(fēng)，滿(mǎn)足管道內(nèi)施工需求。(10）置換泥漿措施頂進(jìn)結(jié)束，對(duì)已形成的泥漿套的漿液進(jìn)行置換，置換漿液為水泥漿，在管內(nèi)用單螺桿泵壓鑄，壓漿體凝結(jié)后拆除管路封閉注漿孔。4、機(jī)械頂管相關(guān)計(jì)算本工程4217m長(zhǎng)管道全部為d800一種管徑，深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)力學(xué)驗(yàn)算（取最深工作井W19：H=9.73m）。（1）、Φ800工作井的受力驗(yàn)算（土壓力）工作井最大主動(dòng)土壓力（有地下水，黏土）驗(yàn)算：P=r1htg2(450—Φ/2)+(r2—rw)（H-h）tg2(450-Φ/2)+(H-h)rWP＝16.5×3×tg2(450-140/2)＋(19。9－10)×(10.73－3)×tg2(450-140/2)＋(10。73－3)×10=154.23KN/m2=0.154N/mm2P為H處最大主動(dòng)土壓力KN/m2。r1為土干容重KN/m3。r2為土體濕土狀態(tài)下容重KN/m3。rW為水的容重取10KN/m3。H工作井地面到工作井基礎(chǔ)深度m.h為地面到井下地下水深度m。Φ土體內(nèi)摩擦角.本工程取140。依據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告，按地面1.5m以下有地下水計(jì)算，工作井多位于③層黏土中，r1＝16.5KN/m3，r2＝19。9KN/m3,Φ＝140,h=10m.工作井最大深度為9。73米，沉井深度H取最大值10。73米。Φ800頂管工作井剖面示意圖（詳見(jiàn)施工圖）（2）、工作井結(jié)構(gòu)厚度驗(yàn)算：t=KPD1/2fct=1.65×0.154×6000∕(2×20.1)=37.92㎜t為工作井墻厚度m.K為安全系數(shù)一般取1.65。P為（土和地下水對(duì)壁的最大側(cè)壓力KN/m2）也就是工作井最深處主動(dòng)土壓力等于上列計(jì)算P。fc為設(shè)計(jì)工作井結(jié)構(gòu)允許應(yīng)力KN/m2，C25混凝土取20。1N/mm2。D1為工作井內(nèi)徑。鋼筋混凝土沉井厚度t取500㎜，大于計(jì)算結(jié)果（t=37.92mm)。由以上驗(yàn)算知，工作井結(jié)構(gòu)滿(mǎn)足要求.（3）Φ800頂管總推力計(jì)算頂管的頂力就是頂管過(guò)程管道受的阻力，包括工具管切土正壓力、管壁摩擦阻力。根據(jù)工作井所處位置地質(zhì)的承載力數(shù)據(jù)分析工作井滿(mǎn)足頂進(jìn)要求。頂管采用d800口徑的泥水平衡頂管機(jī)施工，頂管掘進(jìn)機(jī)頭的外徑為960mm。頂進(jìn)阻力F=F1十F2其