机械式土压泥水平衡顶管施工方案

1、D1800钢管顶管施工方案一、概述本次1800顶管工程是南京市城东污水处理系统 07标段污水收集系 统中的一个重要组成局部。本段1800顶管施工具体长度如下：1. B15#井泵站1800钢管，顶进长度 m。2. B15#井B16#井1800钢管，顶进长度约 m。3. B5#井B16 #井1800钢管，顶进长度约 m。由于顶管施工均在运粮河及秦淮河侧进行，并且要穿越运粮河河道，所 以施工比拟复杂。顶管施工覆土较深，顶进距离较长，对施工有影响的建构筑物尚未 撤除，因此顶管施工的难度较大。本工程共有段顶管，全长约 M，管径为1800钢管。本工程钢管顶管采用机械式土压泥水平衡顶管掘进机进行施工、顶管工

2、艺流程图 三、顶进掘进机选型本工程经过反复方案论证，最后确定选用 D1000机械式土压泥水平衡顶 管掘进机。机械式土压泥水平衡顶管掘进机是一种刀盘可伸缩的掘进机，操作可以 在基坑内或地面操纵室内进行的，即 Telemole掘进机。掘进机前壳体的前端是刀盘，在刀盘的后面就是泥水仓。刀盘是由电动 机通过行星减速器减速以后再驱动的。刀盘可在泥水仓前后移动。刀盘上有 二至四个矩形槽，槽内安放着可以前后伸缩的刀排和刀头。刀排向前伸时， 可以切削土体，同时被切削下来的土从刀头与刀盘之间的空隙进入泥水仓 内。在刀盘的面板上还散布着一个个固定的刀头。该刀头是在槽内刀头缩回 后切削土体用的。在刀盘边缘还有几把边

3、缘刀头，该刀头能在校正方向过程 中把掘进机边缘的土挖净，使掘进机的方向容易校正。在平时，不进行方向 校正时，该刀头可把掘进机前方的土挖成与掘进机壳体一样大小的洞，使掘 进机顶进过程中，不使刀盘受挤压的力过大而影响平衡的力。在土质条件比 较硬的情况下更是如此。在前后壳体之间有纠偏油缸，在掘进机下部平行地 安装着两根管子为进、排泥管。该掘进机的机械式土压平衡机理在于刀盘伸缩的液压系统。由于刀盘的 伸缩是由油缸控制的，因此，只要控制刀盘油缸后腔的压力，就可以控制刀 盘前面的平衡压力。油缸后腔与油泵和溢流阀同时接通，溢流阀调定某一压 力值，当掘进机前的土压力大于设定值时，刀盘就后缩，而且刀盘与刀头的

4、空隙增大，进土量也就增加，前方土压力就下降。反之，当掘进机前的土压 力小于设定值时，刀盘就向前伸，刀盘一直处于这种前后浮动状态，从而使 掘进机前方的土压力保持在某一设定的值附近不变。 这就是该掘进机用机械 方式的刀盘来平衡掘进机所处土层的土压力。该掘进机还有另一种平衡功能，即由控制排泥管的泥水流量来间接控制 开挖面的地下水压力。 它把泥水压力控制在比掘进机所处土层的地下水压力 高出20Kpa。从而防止了开挖面的地下水干扰影响。由于该掘进机有机械平 衡土压力和泥水压力平衡地下水压的双重平衡功能，因此，它施工过后的地 面沉降较小。四、中继环的选型由于本次顶管顶进距离为 270m方案使用1套中继环，

5、采取接力顶进。 由于中继环启动伸缩次数很多。 密封圈极易摩损失效而发生漏水、漏泥砂、漏浆等现象，给工程带来严重后果，甚至发生工程事故。为此本工程中继 环设二道密封圈。在二道密封圈之间设置4只可以压注润滑油脂的油嘴，以减轻顶进时密封圈的摩损。还设置有 4只注浆孔，顶进时可进行同步注 浆，以减小顶进阻力。该结构形式的中继环，在历次水下顶进中，未发生 泥浆泄漏现象。五、顶管出洞技术措施由于本工程管道顶部为粉砂土 ，做好顶管出洞口措施是施工成败的关键，在出洞口先进行分层双液注浆地基加固是非常必要的，加固范围为L* B兴 H= 8m*5m*13m1. 注浆流程：2双液注浆的根本原理双液注浆为渗透性注浆。

6、浆液注入土体的过程，一般总是先渗透，当通 道被阻并且压力足够大时，即在土体中产生劈裂现象，浆液顺裂缝进一步扩 散。当浆液极稠坍落度23cm的砂浆而压力又很大时810Mpa,就产 生浆液对周围土体明显的压密现象。渗透性注浆，浆液在压力的作用下，克 服地下水压、土粒孔隙间的沿程阻力和本身的流动阻力，渗入土体天然孔隙 和土粒骨架产生固化反响， 在土层结构根本上不受扰动和破坏和情况下到达 加固的目的，从原理上讲，只要注浆管出口点的浆液压力大于该点的地下孔 隙水压力，就能把浆液压入土体。压力越大，吸浆量和扩散距离也越大。注 浆压力一般为0.30.5Mpa，最大压力不超过1Mpa浆液的颗粒尺寸必须小 于土

7、的孔隙尺寸。浆液的扩散范围除取决于注浆压力外，还受浆液流动性的 影响。渗透注浆，常用于在渗透系数大于 1 0-4 cm/s 的饱和含水砂性土层中做 防水帷幕和加固土层。采有渗透注浆可以堵塞砂性土的渗流通道，并使一定 范围的饱和含水的砂性土体固结成有较大强度的不透水的加固土体。 采用超 细水泥或聚胺脂、丙凝等化学浆液，可使渗透注浆在较大范围的使用中收到 良好效果。本工程的双液注浆方法是采用双泵系统，主剂和促凝剂分开，然后到总 管中集合注入土中。3注浆方案双液注浆可有效控制浆液流动的范围，使浆液到达速凝的效果，大大增 加止水效果。1 注浆参数钻孔距：50cm;钻孔深度：14m扩散半径：2m浆液填充

8、率：40% 包括损 失系数；注浆压力：0.5Mpa1.5Mpa水灰比：0,70.8 ;水泥浆；水玻璃= 1:1，双液浆配比：水玻璃/水泥=15%水泥含量:375KG/Mf土体。2 注浆设备钻机；PA 150液压钻机 12台；注浆泵：SYE 50/50-1液压注 浆泵4台；拌浆桶：ss-200为2台。3 注浆材料水泥：要求普通硅酸盐水泥，新出厂；水玻璃；浓度；40度模数3左4、洞口止水装置见下列图在循环水泵房制作过程中，在洞内侧预埋钢法兰和钢内套，再在洞口 砌砖墙封口，顶进开门时，用风镐破除砖墙。坡洞时应不留隐患。在预留洞 底部，还应设置延长导轨，以免机头出洞时嗑头。根据设计预留的法兰，我们 在

9、法兰上安装洞口止水装置。该 装置必须与导轨上的管道保持同 心，误差应小于2cm。循环水泵房 洞口止水装置密封为橡胶止水法 兰。在橡胶止水法兰之前应预埋 注浆孔，以便压注膨润土泥浆。5、顶管出洞口措施1) 在预留孔的内侧先预埋钢法兰，顶管前在钢法兰上焊接安装洞口止水 装置，可采用帘布橡胶法兰板和扇形钢压板，应确保该装置与基坑导轨上的 管道同心。2) 基坑导轨、主顶油缸架、承压壁、出洞口应严格控制好设计轴线，安 装精度高，并确保牢固稳定。3) 机头出洞口推进时，要将机头和前几节管子的上端用拉杆连接好，并 调整好主顶油缸编组，以防机头出洞入土后叩头。六、顶管的顶力控制技术顶力控制的关键是做好触变泥浆

10、的注浆工艺， 其次是合理地布置中继环 1、确定控制顶力1) 顶管后座土体稳定验算 由于顶管后座经过土体加固，经试算完全能满足施工要求。2) 顶进设备允许最大顶力4台1500KN双冲程油缸，总推力为 6000KN3) 控制顶力确实定本工程根据钢管允许顶力确定，本工程控制顶力取F控=4500KN2、顶力计算和中继环的设置方案1) 机头迎面阻力 Fi= rHtg2(45 ° +18° /2)*A=1.8*7.6tg 254( n *0.62)=29t2) 机头外壁阻力F2=n d*Lo*f o=n *1.2*4.5*1.5=25t3管外壁摩阻力Fa=n DLf=n 1.2*270

11、*0.5=508t4总阻力 F = Fi+F2+E = 562t5中继环设置方案Li= 450-54 x 0.6/3.14 x 1.2 x 0.5=126mL2= 450/ nX 1.2*0.5=238m本工程270m顶管需设置中继环1套。3. 顶力控制的关键技术1触变泥浆的材料与配方泥浆润滑减摩剂又称触变泥浆，是由膨润土、CMC粉末化学浆糊、纯碱和水按一定比例配方组成。不同的土质，应采用不同的配方，才能满足 不同的需要。膨润土是触变泥浆的主要材料，作为顶管施工用的膨润土应选钠基膨 润土，由其拌制成的浆液，触变以后的流动性和静止下来的胶凝性、固化 性都比钙基膨润土拌制的浆液要好，对土层的支承和

12、润滑效果好。但是， 我国的膨润土多为钙基膨润土，所以一般用钙基土进行钠化处理。本工程同步注浆和补浆为一个独立的管路系统。配方膨润土纯碱掺加剂漏斗粘度秒视粘 度CP失水 量ml终切力 达因/mni比重稳定性A浆12%6%。CMC话量塞流30.591301.07302触变泥浆的制浆工艺理论和实际施工说明，除了材料的选择和配方以外，触变泥浆的制浆工艺对注浆减摩效果影响很大。搅拌要充分，搅拌后静置时间一般要12小时以上，对同一配方的材料，搅拌不充分，静置时间短，其最终流限可以降低 一倍以上。为此，我们设计了高速拌浆器，经高速拌浆30分钟以上抽入储浆箱静置，储浆箱的容积为5mi,充分满足供浆要求。在储浆

13、箱内另设三台搅 拌器，静置6小时后，再次搅拌，待12小时以后抽入另一台高速搅拌器， 经再次高速搅拌压入总管。3触变泥浆系统的管路布置系统管路为一路总管，总管为 2白铁管，从地面将浆液通过一台液压 注浆泵注入总管送到机头，以满足机尾同步注浆，支管为G1采用耐高压橡 胶顶管和接头。在总管上，每隔 100m设一只压力表，支管仅在机尾同步注 浆断面设二只压力表。4触变泥浆系统的压注方法制定合理的操作规程，使顶进时形成的建筑空隙及时用润滑泥浆所填补， 形成泥浆套，到达减少摩阻力和地面沉降，要到达这一目的，就必须严格执 行顶管注浆操作规程，由专人操作，质量员检查严格把好质量关。压浆时必 须坚持“先压后顶，

14、随顶随压，及时补浆的原那么，补浆应按顺序依次进行， 每班不少于2次循环，定量压注。a同步跟踪注浆地面泥浆站配制好的触变泥浆， 经液压注浆泵增压后，进入输浆总管, 通过环形分管注入顶管机及管节的压浆孔形成泥浆套。当管节顶进时，利 用掘进机尾部环向均匀布置的四只压浆孔，与顶进同步进行跟踪注浆，以 确保当掘进机向前时在其后形成的环形空隙立即被泥浆所充填，从而形成 完整的泥浆环套。b) 补压浆 管节在顶进过程中，由于有局部浆液流失到土层中去，因此必须利用 钢管上的压浆孔进行补压浆。一般在一节管节顶进结束后，就应进行补压 浆。而且还要视每段顶进的阻力情况，随机采取分段补压浆。c) 压浆量与注浆压力 压浆

15、量原那么上控制在同步跟踪压浆量为管节外理论空隙体积的5 倍左右，补压浆量一般为管节外理论空隙体积的 3 倍左右。 注浆压力值不宜 过高也不应过小，据采用浆液的粘度和管路输送长度，我们通过试顶后， 压浆站的压力控制在 0.280.3MPa较为适宜。5) 压浆工艺质量的判别和修正a)在管内注浆总管上每隔100m设一只隔膜式压力表，在机尾1号和2号注 浆断面的支管上也各设一只压力表。顶管过程中，作业人员每班应记录各表 头压力值。判断方法；如果支管路上，四个压浆点的压力值明显不同，说明 没有形成环状浆套。这样就必须在压力较小的压浆孔处压浆，或者把压力超 高的压浆孔处的浆液放掉一些，以使各孔压力均衡，形

16、成整环浆套。在无压 力表的支管路上，可用手触摸支管，如感觉有静止情况，说明该支管堵塞，应予排除。在总管路上，假设压力表超过预定值，说明压浆量太大，反之说明 压浆量不够，应给以及时调整。b在顶进过程中，可以从主顶系统和各中继环系统的液压力值推算出顶进 阻力。绘出顶力曲线变化图。如果该曲线显示顶力突然升高，就说明压浆工 艺出现问题，应立即查明原因，及时调整。七、顶管方向控制技术1测量仪器配备与检验顶管施工需进行三维动态测量，其精度要求特别高，必须采用精度高，性能优良的测量仪器。为此，特配备了 Leica TC2002型全站仪测角兰1，量距 1+1ppn，Leica T2 经纬仪，Leica 铅垂仪

17、精度 1/40000，NA2 水准仪等一系列精密高档仪器。顶管施工测量所使用的仪器、附件须及时送质 检单位检验，做全面鉴定，并在使用过程中经常进行检查。2控制测量a. 平面控制为确保两井间顶管贯穿，横向、竖向误差小于100mm在两端头井附近埋设地面导线点，利用空导点和地面导线点，以导线测量形式，将平面控制成果引测到施工现场。利用空导点和地面导线点建立平面控制网。导线测量采用TC2002全站仪，方向观测6测回，测角精度+1 ,测距6测回，双向观测，测距相对误 差1/80000，对观测结果进行平差。井上座标点向井下传递米用联系三角形方式，点位由Leica铅垂仪垂直投设井下控制顶进方向的基准点用钢架

18、埋设成固定点， 采用全站仪跟踪观测 机头平面偏差方向。b. 高程控制 利用施工区域附近的高级水准点，布设二等水准路线，将高程引测 到工作井附近，并设立施工高程控制点。水准测量采用NA2型带平行玻璃板测微器水准仪配合铟钢尺进行，往返观测。地面高程传递到井下时，可用钢尺垂直悬挂，下系线锤至标准拉力，然 后地面、井下两台水准仪同时观测。钢尺应进行尺长、温度两项改正。井下 布设23个地下起始高程控制点。顶管机头高程控制水准仪和连通管两种方式， 连通管测量为从掘进机到 管尾挂一根10mm透明塑料管，管内充满水，根据连通原理，读出二端液面 差，再计算出掘进机头水平偏差。每顶进 20cm 测量一次偏差值，做

19、到及时 掌握机头姿态和开展趋势，以便及时纠偏b. 地面沉降观测 地面沉降点在路面用道钉埋设，特殊要求的构筑物用红三角标记。地面沉降观测在顶管施工过程中每天进行，沉降量控制在+10mm、-30mm之间。c. 顶管姿态测量 为保证顶管机严格按设计轴线推进，必须及时观测顶管动态数据，从而调整顶管各施工参数，指导顶管正确、平安推进。在顶管机头部纵向设一对水平横尺，利用布设的三维坐标控制点，测量各尺读数，经精确计算得顶管转角、顶管中心方向偏差值、顶管坡度、顶管 中心高程等数据，从而相应调整顶管机的各个施工参数。顶管推进轴线应控制在允许偏差范围内，如有微小偏差，可按比例分段 纠偏。八、顶管地面沉降控制技术

20、1cm我们将严格控制地面沉降值，根据我们的经验，地表沉降值将控制在 以内。1、地面沉降预测计算Attewell和Peck 样，假定沉降槽的曲线线形为正态分布曲线 .见以下公式：i/R=K(z/2R) nV=2A *i*Smax式中：i-沉陷槽曲线反弯点至中心距离;R-顶管开挖半径；Z-从地表到顶管中心的深度；V-沉陷槽的容积；Smax-地外表最大沉降量K,n-常数(参照藤田系数表)A-顶管开挖面积。由藤田系数表，得到粉砂土，机械式土压泥水平衡掘进机的地层土损失量V/A=2.5%,常数K=1, n=1，又根据施工条件,求得 i/R= K(z/2R) n23由 V/A=2.5%,得到 V二A*2.

21、5%=(3.14/4)*1.2*0.025=0.028mV= 2A *i*SmaxSmax=V/( 2A l)=0.028/( 2A *3.8)=0.005m=5mm2、影响地面沉降的主要因素根据本工程的现场条件和特点，影响地面沉降的主要因素有以下几条：1) 机头的类型，也就是开挖面的稳定措施。本工程采用机械式土压泥水平 衡顶管掘进机，具有二个平衡机理。能有效控制地表沉降。2) 机壳外径与管外径之间的建筑空隙的大小。本工程建筑空隙为2cm既有利于泥浆套的形成，又不使空隙增大造成沉降。3) 顶进纠偏的偏心度。本工程顶管纠偏控制角度为0.5。实际施工尽可能使 纠偏角度小。4) 泥浆套的形成质量。5

22、) 管道的密圭寸状况。3、减小地面沉降的针对性措施1)减小顶管过程中的地面沉降措施a.地面监测，优化掘进机参数在初始推进阶段，要精心组织地表监测，在轴线上方布设沉降控制桩。通过 地表监测得到隆沉量与相对应的掘进机主参数(包括推进速度、开挖面土压 力，泥水压力值，出泥浓度等)进行比拟，从而优化掘进机参数，指导以后 的顶管推进。b.注浆稳定措施除了在初始推进阶段，优化推进参数以外，在顶进过程中加强同步注浆 也是有效手段之一，必须尽可能将膨润土泥浆套随机头向前移动，形成连续 的环状浆套。要选择触变性能良好的膨润土制浆材料。c. 严格控制纠偏角度，一般情况下纠偏角度应控制在 0.2 °。当纠

23、偏角度大于0.5 °或者偏差超过3cm的情况下，应该报警，并逐级汇报，经研究前方 可继续顶进。2) 减小顶管后期沉降的措施 在顶进结束后，我们必须立即用纯水泥浆置换膨润土泥浆，置换水泥浆 的水灰比为 0.45, P=0.20.5Mpa, Q=0.3nVm。九、顶管施工中所采取的关键技术措施1、顶管泥浆减阻的技术措施实际施工中 , 通过管壁外优质润滑泥浆的制作和压注措施可大大降低 顶进阻力 . 注浆为机头同步注浆和管道补浆二局部。顶进时,利用机头尾部环向均匀布置的四只压浆孔,及时进行注浆,保 证在机头后面形成完整有效的泥浆套。机头后面的三节钢管上都有压浆孔, 再往后每三节里有一节管节上

24、压浆孔,钢管压浆孔均呈斜向450 正交环向交叉布置。顶进时利用钢管上的压浆孔进行补压浆。2、顶管中继环接力顶进技术措施 结合本工程的特殊情况拟设计一种新型的中继环,用于接力顶进。这种中继环采用双道橡胶密封圈进行密封。3、顶管管节止转的技术措施顶进时机头纠偏的作用下会发生旋转， 而机头旋转尤其是转角偏大时会 对顶进造成不利影响，因此对工具管要采取纠旋转措施。机头的旋转主要采用刀盘逆转可实现纠偏效果， 另可采用加压重块的方 法。在机头二侧焊压铁支架， 1#与 6#管二侧亦焊压铁支架。 二侧先平均放压 铁，共 10t 。一旦发现机头有微小偏转，立即将压铁移到一侧。 1#中继环放 在机头后面，起二个作

25、用，其一，辅助机头纠偏，其二，该中继环油缸伸缩 时可释放机头的扭转力矩起到防止机头偏转的目的。4、管道密封技术 由于本工程管道埋设粉砂土层中，在地下工程中的密封问题是非常重 要，我们将抓住每个环节，决不留任何隐患。1掘进机的密封对机械式土压泥水平衡顶管掘进机施工，一旦在顶管施工中发生掘进机 密封失效，将是难以在地下修复的。掘进机的密封有二个地方：一是主轴密 封，我们设计了三道组合密封，并在相邻密封之间留有油槽。在施工中，用 油嘴泵注入具有一定压力的油脂，来抵抗地下泥水的压力。应该说这是目前 国内外地下掘进机中最可靠的密封形式。二是掘进机前后壳体之间的密封， 我们在原有的一道密封根底上增加了一道 Y 型密封，并在二道密封之间注入 油脂，以使掘进机前后壳体之间的密封也做到万无一失。2) 中继环的密封如前所述，中继环的密封采用双道橡胶圈。在施工中，我们还能注入油 脂来减少密封件磨损和帮助产生良好的密封状态。尽管如此，由于中继环是 伸缩的，是动密封，所以我们必须对有关的材料，加工尺寸精度和安装质量 引起高度重视，由专人负责把好各道质量关。十、钢管的制作、焊接和内外防腐措施进场焊接前，应根据材质和工艺要求编制、 进行焊接工艺试验和评定 同 一材质不少于 2 个/组。根据批准后的焊接工艺评定报告，由焊接工艺责任 工程师编制“焊接工艺作业指