机械顶管工程施工方案

机械顶管工程施工方案1、顶进设备选型及工艺针对本工程顶管段水文、地质条件特点，顶管采用封闭式顶管工艺，采用泥水平衡顶管工艺。（1）泥水平衡顶管工艺基本原理：泥水平衡顶管工艺基本原理是将已调成一定浓度和比重的泥水，通过送泥水系统送至顶管机头前挖掘面处，泥水在挖掘面上形成一层不透水的泥膜，可阻止泥水向挖掘面里面渗透，同时调节泥水压力来平衡地下水压力和土压力，达到稳定挖掘面的目的；顶管机头前进的同时刀盘切削土体，被切削下来的残土与泥水充分拌和后，由排泥系统输送至地面泥水分离设备进行处理，分离出的残土被运走，泥水再送入送水系统循环使用。(2）泥水平衡顶管施工特点：①适用的土质范围比较广，如在地下水压力很高以及变化范围较大的条件下也可适用；②可有效地保持挖掘面的稳定，对所顶管周围的土体扰动比较小，因此施工引起的地面沉降很小；③与其他类型顶管相比，泥水顶管施工时的总推力比较小，尤其是在黏土、砂土层表现得更为突出，适宜较长距离顶管；④工作坑内的作业环境比较好，作业也比较安全。由于它采用泥水管道输送弃土，不存在吊土、搬运土方等容易发生危险的作业；可在大气常压下作业，也不存在采用气压顶管带来的各种问题及危及作业人员健康等问题。⑤泥水输送弃土的作业连续不断地进行，其施工进度快，能有效地保证工期。（3）泥水平衡顶进系统：泥水平衡顶进系统主要由以下几部分组成：①泥水平衡顶管机；②机内控制柜；③洞口止水圈；④环形护口铁；⑤马蹄形顶铁；⑥主顶油缸；⑦主顶油泵；⑧激光经纬仪；⑨后背板；⑩基坑导轨；⑾油缸架子.它主要由以下几大部分构成：①泥水分离设备（沉淀箱及分离器等）;②进水泵；③排泥管；④进水管；⑤基坑旁通；⑥流量计；⑦排泥泵；⑧进排泥泵控制柜；⑨进排泥软管；⑩流量调节器.泥水平衡进排泥系统图主顶千斤顶：它是顶进系统中的主要设备。为安全起见，顶力设备配置要小，以利间距平行顶进.根据顶力估算，顶管主站拟配备2台300T油压千斤顶，按左右对称布置。主油缸的油压由电动油泵供给，千斤顶行程2500mm。其他设备：包括导轨、千斤顶台架、顶铁、分压环、后承压壁、操作平台、爬梯等。（如图）当工作井底板完成后，设置好安全围栏和爬梯，然后由工作井边的起重机将上述设备吊入井内按要求的精度安装。（4）泥水平衡顶管工艺流程图顶管施工现场工艺流程图施工准备施工准备测量放样现场平面布置起重设备安装注浆设备系统安装注浆材料配制基坑导轨安装后座钢板安装主顶油缸安装止水装置安装掘进机试运行破洞口砖封门主顶油缸推进出泥准备顶进纠偏泥浆压注操作控制顶进出泥接口检验施工准备纠偏测量砼管进场验收顶进设备安装掘进机井内就位掘进机出洞管道顶进砼管拼装顶进结束2、泥浆运输泥水平衡式顶管的出泥浆采用全自动的泥水输送方式，被挖掘的土通过在机舱内的搅拌和泥水形成泥浆，然后由泥浆泵抽出，高速排土。在工作井外3米处开挖1泥浆池，多余泥浆采用4000L泥浆运输车及时外运，泥浆外运需按AA市文明施工和扬尘治理要求和渣土处理办法，运到指定弃土点，在泥浆运输过程中要考虑保洁措施，不得污染沿途道路环境.3、顶管顶进⑴初始顶进顶进准备工作完成后，开始初始顶进。初始顶进在顶管工作中起着很重要的作用，一要穿过工作井洞口，在这过程中保证洞口结构不被破坏，同时泥水不进入顶坑；二要保证高程、中心偏差最小，为正常顶进打下良好的基础。①初始顶进速度控制顶进用工作井顶进设备进行速度控制，分为两个部分，机头入洞阶段速度控制在3～5mm/min，此阶段重点是找正管子中心、高程，偏差控制在±5mm之内，所以速度不要太快。②初始顶进泥水控制顶进时泥水流量控制在1。4~1.5m3/min，泥水容重γ=1.2。泥水作用润滑刀、切削杂物泥水带出，此时泥水分两部分流出，一部分由机头外流入集水井，集水井设4吋泥浆泵排入泥水分离装置；另一部分由机头出泥管排入泥水分离装置。⑵顶管机正常顶进①顶进主要参数泥浆在整个顶管过程中起着关键作用，泥浆的压力、浓度影响挖掘面的稳定性。泥浆浓度流量影响到切削下土体能否正常送到地面。泥浆配比要在优选货源的前提下优化配比，并能根据土质变化及时变化。泥水初定参数：泥水比重1.15t/m3泥水仓压力245KPa泥水流量Q1≤0.65m3/min排泥流量Q2≤1。07m3/min机头顶进速度设定100mm/min，如要加大顶进速度，在保证泥水仓泥压的条件下，要先加大泥浆流量，再计算顶进速度，否则排泥管会堵塞。流量计设定1。07m3/min.②顶进操作程序a。顶进启动刀盘系统；启动输泥管和排泥管道泵，泥路循环，自控系统调整管路压力，使压力达到设定压力并稳定；机头顶进：当没加中继间时，工作井顶进千斤顶设定顶进速度100mm/min，b.下管时的操作程序打开基坑傍通阀门，保持泥水仓压力，同时打开冲洗阀门冲洗排泥管路；机头刀盘停转；待排泥管路冲洗干净后，停止输泥泵、排泥泵；关闭触变泥浆、输泥管、油管、排泥管阀门。拆除工作井管接口各种管线、电缆，管内应急灯工作.下管对口。（3）顶管测量测量必须按照设定的管道中心线和工作井位建立地面与地下测量控制系统，控制点应设在不易扰动、视线清楚、方便校核的地点，并加以保护，在施工期间应进行定期校核。在顶管工作井内的后部设置测量平台，其临时水准点由地面水准点引入，在交接班时进行仪器高程的校对和调整.顶进轴线由设计管道轴线通过经纬仪引入工作井内，然后对中观测。机头出洞前，必须准确测定机头刃口的轴线和标高，并将数据及时反馈，对机头安装的态势进行最后调整。管道是否沿着设计管轴线顶进，靠测量进行检查。管道轴线偏差采用经纬仪用支导线法测量与控制，高程偏差采用水准仪测量。测量频率：一般每顶进500mm测量一次，特殊情况次数应增加.全段顶完后，应在每个管节接口处测量其轴线位置和高程，有错口时，应测出相对高程。(4）顶管纠偏纠偏是指机头偏离设计轴线后，利用设置在机头后部的纠偏千斤顶组，改变机头端面的方向，减少偏差，目的是使管道沿设计轴线顶进。机头纠偏的好坏，将直接影响顶管施工的质量。顶进纠偏是采用调整4台纠偏千斤顶组的办法，进行编组操作，若管道偏左则千斤顶采用左伸右缩方法，反之亦然，如果同时有高程和方向偏差，则应先纠正偏差大的一边，顶进时必须严格控制机头的走向，随时纠偏，控制好管道的线形.纠偏时应做到在顶进中纠偏，采用小角度分次逐步纠偏，勤调微纠。纠偏工作尚应在仿真分析的指导下进行。在顶进中顶管机头发生旋转时，可采取在管内的相反方向增加压重块或在中间站提供旋转纠正力矩等方法，直到正常，以防止偏转增大，影响出土和测量等工作。（5）触变泥浆用泥浆减阻是长距离顶管减少摩阻力的重要环节之一.在顶管施工过程中，如果注入的润滑泥浆能在管子的外围形成一个比较完整的浆套，则其减摩效果将是十分令人满意的，一般情况摩阻力减至3~5kN/m2。本工程采用顶管掘进机尾部同步注浆和后面管段补浆两种方式进行减阻。①、触变泥浆的材料触变泥浆的主要成分是膨润土、掺入碱和水配制而成。为了在顶进完毕后使触变泥浆固结增强，可掺入石灰膏。但为了施工使用时保持流动性，还必须掺入缓凝剂和塑化剂。②、触变泥浆的拌和程序将定量的水放入搅拌罐内，并取其中的一部分水来融化碱；在搅拌过程中，将定量膨润土徐徐加入搅拌灌内，搅拌均匀；将融化后的碱水倒入搅拌灌内，再搅拌均匀，放置12h后即可使用。③、触变泥浆应注意的事项注浆孔的布置宜按管道直径大小确定，一般每个断面可设置3～4个，并具备排气功能。搅拌均匀的泥浆应放置一定时间方可灌注。灌浆前，应通过注水检查灌浆设备，确认设备正常后方可灌注.灌浆压力可按0.1Mpa开始加压，在灌浆过程中再按实际情况调整。灌浆时，按灌浆孔断面位置的前后顺序依次进行。灌浆遇有机械故障、管路堵塞、接头渗漏等情况时，经处理后方可继续顶进，长距离顶管施工中，顶力控制的关键是最大限度地降低顶进阻力，而降低顶进阻力最有效的方法。(6）洞口密封结构出洞口密封结构的作用是阻止在顶管过程中泥水从管节与洞口间的间隙流入井内。根据管道中心线与井壁预留孔的位置，制作一个钢结构的内套环，套环内圈设有橡胶止水板，套环安装在预留孔与管节之间，外围焊接在孔的预埋钢板上，内圈橡胶紧贴管节.（如图）（7）顶管出洞口技术措施对工具管进、出洞口范围内的土体，施工时视土质情况决定是否进行加固。为了防止机头下沉，必须加延长导轨，其形式、材质与基坑导轨相同，长度为60cm，并将前三节砼管与机头做成刚性连接。将机头徐徐推进洞口，待刀盘全部进洞以后，装好止水圈.工具管安装调试完毕后，推进至预留孔1m处时停止。用空压机凿除沉井洞口封堵，尽快清理完毕。迅速将工具管推进土中，静候3～4小时，测出实际静止土压力，结合理论土压力，制定出控制土压力。顶管出洞过程中与正常顶进阶段，为了控制顶管的顶力，并保持地面沉降不超过允许值，需要以一定的压力向顶管管道与周围土体的环形建筑缝隙压铸触变泥浆，如果不设置洞口密封装置或者洞口密封装置设置达不到设计要求，压铸的触变泥浆就会通过洞口流入工作井内，无法形成完整的浆套，引起顶力上升，地面沉降增大，对顶管不利。在洞口外的土质差的工程条件下，还会造成泥土涌入工作井的情况，导致施工环境恶化，甚至无法顶进.工作井洞口止水装置应根据工作井的具体条件来进行。采用一种较简单的橡胶法兰的结构形式。（8）顶管进洞口技术措施在顶管机头到达接收井前，做好以下工作：a.安置好接收导轨，主要防止进洞后的前面几节管子产生扭曲、“磕头”等现象.b.预先在接收井井壁上钻出二个探孔，用探棒测量：当掘进机顶进到离洞口还有300mm处时停止顶进.c.将掘进机徐徐推入接收井内已铺设好的接收导轨上，直至砼管出井壁150mm为止。d.起重机从接收井中吊出掘进机。接收井施工完成后，必须对洞门的方位进行测量确认，根据实际标高安装顶管机接收基座，并配备拆除封门的材料和机械设备。当推进至距接收井沉井井壁外侧30cm处时，停止推进，凿除沉井预留洞口封堵，在接收井凿除封堵后掘进机头应迅速、连续顶进管节，尽快缩短出洞时间。掘进机整体进洞后就应尽快把机头和混凝土管节分离，并把管节和接收井的接头按设计要求进行处理，减少水土流失.吊起工具管，清除泥土，迅速将预留孔与管节之间的空隙堵住，并留好出水孔。防止渗水，泥土流失引起土体塌方和路面沉降。（9）照明和通风系统管道内的照明采用24V安全电压，照明电源由工作井内操作平台上的配电箱供电.工具管处安装1KVA24V变压器，管道内照明灯每三节管节上装一只，功率为60W。管道内还设有应急照明系统，因故突然停电时，使用应急照明，保证施工人员安全撤离.为防止电缆接头松动、接触电阻增加影响供电质量，将中继间电箱作为中间电缆接头箱，并配有一部分活动接头箱，既保证了接头质量，又可以避免包扎受潮而产生的漏电事故.应急电源采用的是地面备用一台发电机，在管道内断电时及时供电以保证照明、通风、施工的正常进行。顶管施工采用压入式通风，空压机安装在地面工作平台上，用硬质PVC通风管道把风送至工作井底部，并用同直径的硬质PVC橡胶通风管道，从管内把风送至端部机头处。通风管要固定在工作井侧壁及钢管内壁的上边，固定要牢固。在中继间处采用风琴式软管，以利风管伸缩。在施工的全过程中风管要随着钢管的延伸而不断地接接入，要确保管道通风，满足管道内施工需求。(10）置换泥浆措施顶进结束，对已形成的泥浆套的浆液进行置换，置换浆液为水泥浆，在管内用单螺杆泵压铸，压浆体凝结后拆除管路封闭注浆孔。4、机械顶管相关计算本工程4217m长管道全部为d800一种管径，深基坑支护结构力学验算（取最深工作井W19：H=9.73m）。（1）、Φ800工作井的受力验算（土压力）工作井最大主动土压力（有地下水，黏土）验算：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为H处最大主动土压力KN/m2。r1为土干容重KN/m3。r2为土体湿土状态下容重KN/m3。rW为水的容重取10KN/m3。H工作井地面到工作井基础深度m.h为地面到井下地下水深度m。Φ土体内摩擦角.本工程取140。依据地质勘察报告，按地面1.5m以下有地下水计算，工作井多位于③层黏土中，r1＝16.5KN/m3，r2＝19。9KN/m3,Φ＝140,h=10m.工作井最大深度为9。73米，沉井深度H取最大值10。73米。Φ800顶管工作井剖面示意图（详见施工图）（2）、工作井结构厚度验算：t=KPD1/2fct=1.65×0.154×6000∕(2×20.1)=37.92㎜t为工作井墙厚度m.K为安全系数一般取1.65。P为（土和地下水对壁的最大侧压力KN/m2）也就是工作井最深处主动土压力等于上列计算P。fc为设计工作井结构允许应力KN/m2，C25混凝土取20。1N/mm2。D1为工作井内径。钢筋混凝土沉井厚度t取500㎜，大于计算结果（t=37.92mm)。由以上验算知，工作井结构满足要求.（3）Φ800顶管总推力计算顶管的顶力就是顶管过程管道受的阻力，包括工具管切土正压力、管壁摩擦阻力。根据工作井所处位置地质的承载力数据分析工作井满足顶进要求。顶管采用d800口径的泥水平衡顶管机施工，顶管掘进机头的外径为960mm。顶进阻力F=F1十F2其