泥水平衡顶管施工工法

1、泥水平衡顶管施工工法工艺原理泥水平衡顶管机工作原理 泥水平衡顶管机施工以泥水平衡原理为基本，通过改变泥水仓的送、排泥水量和顶 进速度来控制排土量，使泥水仓内的泥水压力值稳定并控制在所设定的范围之内，从而 达到开挖面的稳定。泥水平衡功能 泥水平衡输送系统有两项主要功能，一是通过泥水来平衡顶管机施工时土体和地下 水对其产生的压力，稳定开挖面，其二是将刀盘切削下来的土体在泥水仓内进行混合后， 将其由经过泥水管路输送到地面。图 1中右侧为泥水平衡顶管机。正常顶进过程， MV1阀、MV2阀打开， MV3阀关闭。 泥水由泵经送泥管送入，与进入泥水仓的切削土混合后，通过排泥泵经排泥管送至地面。 同时送入的泥

2、水需在泥水仓内建立一定的泥水压力，此压力需比顶管机处的土层的地下 水压力高 p，通常为 0.015 0.02MPa。顶管机上部的泥水平衡压力是 P3，底部的泥水 平衡压力是 P5。如果设 W为清水比重， 为泥水比重，则有如下关系式：P1= Wh2P2= W(h 2+h)P3= WhlP4= W(h 1+h)P5=P4+ h= W(h 1+ h)+ h3图 1 泥水平衡原理P1-顶管机顶部的地下水压力， P2-顶管机顶部的泥水压力， P3-基准面上的地下水压力，P4-基准面上地下水压力 P3+p的水压力， P5-顶管机内泥水压力与地下水压力相加的压 力。泥水平衡顶管机通常在 DEBC梯形压力区域

3、内工作。在设定泥水控制压力时，取泥 水仓顶部和底部压力和平均值，即：泥水控制原理泥水平衡控制运用调节器和执行机构 （ 调节水泵转速和控制阀开度 ） 与被控制对象构 成闭环负反馈。 根据被控参数的测量值与给定值之间的偏差， PID 调节规律， 对执行机构 进行控制，以达到泥水平衡控制目的。在停上掘进状态， 用切口泥水压调节器控制 CV阀开度或 PH泵转速， 使切口水压达到 设定值。在“ 旁路”状态，切口水压调节器根据控制 P1泵的转速，使送泥水压达到设定值。 在掘进状态，切口水压调节器根据测得的切口水压与设定值进行比较，如果泥水仓 压力大于设定值，则切口水压调节器输出值降低， P1 泵转速下降，

4、进入泥水仓的送泥水 量减少，使泥水仓压力降低，反之亦然。同时切口水压调节器与送泥水压调节器的输出 值互为跟踪，是解决过渡状态转换的扰动，一旦转换完成，切口水压调节器屏蔽跟踪信 号，送泥水压调节器仅起信号传送作用。在掘进状态，排泥水密度的变化将导致排泥水流量的变化，这种变化会增加切口水 压调节器的泥水平衡控制负担。因此，由排泥水流量调节器稳定排泥水流量，起到间接 控制泥水平衡的作用。排泥水流量调节器控制 P2 泵的转速，使排泥水流量达到设定值。四、工艺流程及操作要点工程开始操作要点：测量放样1. 测量放线顶管工作坑使用的中心和水准点 ,要引入坑下的牢固地点 . 为确保工程质量 ,必须 对中心及高

5、程严格控制 .测量的方法（1）通视条件下的测量使用交汇法引工作坑及接收坑预留洞口中心至各自的坑壁。 置经纬仪至 A 点，后视 B 点，作 BA直线的延长线，并在工作坑后部定出一点 C。保证 C、A、B 在一条轴线上，置 经纬仪在 C点上，后视 A 点，在工作坑井壁上定出一点 A，置激光经纬仪基座于井下 D 点，并抄平固定激光经纬仪架，置经纬仪于 A 点，后视 B 点，在激光经纬仪器架上定出 D 点，D点同 A、A、B点在竖直方向上成一直线，安装激光经纬仪于仪器架上，对中 D 点， 后视 A 点，依设计轴线打好角度，既可定出轴线。（2）不通视条件下的测量引出 A、B 两点后可根据导线法以及平移法

6、定出 C、D、A，其余步骤同通视条件下测 量定位。2. 工作坑作法（1）主工作坑外侧做双排水泥搅拌桩止水帷幕，防止因排除地下水而形成的沉降。水泥搅拌桩桩长 12m，桩径 70cm，咬合 20cm，咬合形成止水帷幕。后背采用密排 36#工 字钢桩， 桩长 12m。其它三侧采用 36#工字钢打间隔桩， 桩与桩间隔 0.8m。工作坑采用人 机配合开挖，工作坑内用 36#工字钢横向焊二道支撑框架，每道支撑由两根工字钢组成， 四角用 36#工字钢与框架焊牢，以确保工作坑支撑牢固。挖至 1m做第一道支撑框架，挖至管顶上 40cm做第二道支撑框架3. 洞口密封止水2）主工作坑基础做法： 底板浇筑 C10混凝

7、土，厚 100 ，基础内预埋铁板， 规格：20cm30cm,共 16 块，其上焊接滑道。（3）副坑外侧打双排水泥搅拌桩止水帷幕，内侧采用 36#工字钢打间隔桩，桩与桩 间隔 0.8m。工作坑加固做法同主坑。工作坑采用人机配合开挖，工作坑内用36#工字钢焊二道支撑框架， 四角用 36#工字钢与框架焊牢， 以确保工作坑支撑牢固 （见示意图一）。 挖至 1m做第一道支撑框架，挖至管顶上 40cm做第二道支撑框架，决不允许超挖后作框 架。示意图一（4）主、副工作坑排水措施工作坑内对角设直径 0.5m、深 1m集水井两座，井内设水泵抽水，坑内四周设 30cm30cm 排水沟， 1%坡度流向集水井。（5）

8、工作坑尺寸计算工作坑宽： W=D（+ 2.4 3.2 ）mD ：被顶进管子外径（ m）工作坑长： L=L1+L2+L3+L4+L5L1：管子顶进后，尾端压在导轨上的最小长度，混凝土管一般取0.3mL2：每节管子的长度（ m）L3：出土工作间隙，根据出土工具确定，一般为 1.0 1.5mL4：千斤顶长度L5：后背所占工作坑厚度顶管过程中，无论是管子从工作坑中出洞还是在接收坑中进洞，管子与洞口之间都必须留有一定的间隙。此间隙如果不把它封住，地下水和泥砂就会从该间隙中流到工作 坑内，会造成洞口上部地表的塌陷，甚至会造成事故，殃及周围的建筑物和地下管线的 安全。因此，顶管过程中洞口止水是一个不容忽视的

9、环节，必须认真、仔细地做好此项 工作。工作坑中，首先在管子顶进前方的坑内，浇注一道前止水墙，墙体可由级配较高的 素混凝土构成，其宽度为 2.0 5.0m，厚度约为 0.3 0.5m，高度约为 1.5 4.5m。然后 再在前止水墙的预留孔内安装橡胶止水圈。洞口止水圈的构造是由混凝土前止水墙、预 埋螺栓、钢压环及橡胶圈组成。后靠墙 在工作坑内，后坐墙是承受和传递全部顶力的基础，必须具有足够的强度和刚度， 并有足够的安全度。 后靠墙内配14120双向钢筋 , 砼标号为 C25,待砼强度达到设计强度 的 75%方可顶进。后背墙的受力分析潮湿程度0 Sr 0.50.5 Sr0.80.8 100m100节

10、2管底高程L100mD1500+30，-40管水准仪检测D1500+40，-50L100mD1500+40，-60D1500+60，-803相临管错口钢筋混凝土管20钢尺检查注：（1）表中 L 为管道顶进距离，以两井轴线距离计算；（ 2）表中 D为管道内径；（ 3）、特殊情况下采用对顶工艺时，对顶两端错口不大于 50mm2. 顶管工作坑允许偏差和检验方法序号项目允许偏差（mm）检验频率检验方法范围频率1混凝土抗压强度符合设计要求按附录 B 的规定检验经纬仪检测或2中线位移15每2挂中心线钢尺座检查3后垂直度1%H1垂直与钢尺检背水平线与中线偏差1%H查4导轨高程+3.,0水准仪检测中线位移3经

11、纬仪检测注：表中 H为后背的垂直高度， L 为后背水平长度八、安全措施（一）施工人员组织施工人员包括推进三个班轮转，另设地面、机电维修各一个班见表1、表 2。执行十、十二制度，每天保证顶管设备的正常运转，做到均衡施工顶进施工班人员 表 1序号岗位工种人数1中央控制室机修工12管节拼装土建工23润滑泥浆拌制普工24机械维修机修工15测量测量工16电器维修电工17吊车司机吊车工18井口吊运起重工19涂料制作普工2机电维修人员 表 2序号岗位工种人数1维修机修工12维修电焊工13维修电工1二）安全注意事项严格遵照国家颁发的建筑安装工程安全技术规程和天津市市政工程对施工现 场安全的有关规定；2顶管机及管道内照明用电应使用安全电压；3. 动力电缆转换接插前，要先切断电源，后拔出插头；4混凝土管吊运时，管下严禁站人；5. 管道内的电力电缆、控制电缆应悬挂固定，严禁随地铺设；外部照明要充足，安放高度不得低