某TLM顶管施工方案

.概述工程概况、地质情况和工程特点地质条件交通条件施工顺序总体安排工作井及接收井施工方法检查井施工方法顶进施工工艺安全生产及文明施工第1节．工程概况和主要工程量第七节.顶管施工方案一、选择适合本工程的顶管机头及其配套设备，中继间类型的选择及应急时采取的技术措施(1)选择顶管掘进机选择好顶管掘进机对顶管施工是至关重要的。根据浙江城建勘测工程有限公司提供的工程地质勘察报告，由地质纵剖图可见，顶管穿越多层不同的土质，土质变化大，经过我公司顶管专家组的专题研究，决定选择土压泥水平衡顶管掘进机(TLM)用于本工程。Telemole掘进机的开挖面具有二种平衡机理，大刀盘平衡开挖面的土压力，使之在主动土压力和被动主压力之间。泥水系统的压力平衡开挖面的地下水压力，这种双重平衡机理的掘进机对地表隆沉控制精度是很高的，一般对D800掘进机地表隆沉控制值小于5mm。此外，该掘进机的操作是在地面控制室进行的，采用激光导向，闭路电视监控，还具有自动化程度高，质量易控制等特点。由于管内实现连续出土，日推进进尺大于25m。(2)中继环设计对φ800顶管，为提高工程的可靠性，每套中继环安装16只250KN双作用油缸，总推力为4000KN，油缸行程为300，由于中继环的实际总推力是顶进阻力引起的，所以在正常顶进条件下，中继环液压系统的工作压力较低，设备故障率小，可靠性高。中继环的结构形式，中继间密封共设2道，在2道密封之间可以压注润滑脂。中继环和主顶进装置由PLC可编程序计算器实现预定的联动，只需一名操作人员就可控制。在每套中继环处还安置了行程仪传感器，在操纵台上显示出行程读数，以便操作人员控制。(3)主顶进系统主顶进系统共有4只1500KN双冲程等推力油缸，行程3500mm，总推力6000KN，4只双冲程油缸组装在油缸架内，安装后的4只油缸中心位置必须与设计图一致，以使顶进受力点和后座受力都保持良好状态。安装后的油缸中心误差应小于5mm。主顶液压动力机组由二台大流量斜轴式轴向柱塞泵供油，采用大通径的电磁阀和系统管路，减小系统阻尼，油缸可以单动，亦可联动。主顶系统由PLC可编程序计算器控制，并采用变频调速器实现流量的无级调速。主顶系统操作台设在地面控制室内，主顶和中继环实现联动。尽管在顶管施工前，我们对机头进行了大修。对中继间的设计考虑了二道密封圈，在加工过程中对尺寸严格控制，但地下工程往往会发生不可预见情况。特制定以下应急技术措施。a.准备足够的机械和液压易损零部件，使施工中的修理时间缩到最短。b.在机头的主轴密封和中继间密封中增加了油脂供油系统，一旦发生渗漏泥水，可以很快通过压注润滑脂，以润滑脂的压力封堵渗漏通径。(4)注浆设备系统对长距离顶管能否及时地有效地向管节外围压注触变泥浆，以形成和维护好泥浆套，起到高效的减摩作用，往往是顶管成败的关键。本顶管施工用的膨润土触变泥浆，是在地面压浆站配制后，通过液压注浆泵压入输浆总管，输浆总管由2”镀锌钢管和球阀、水暖管件等组成，与管节上各压浆孔接通的环形管，采用1”高压软管。注浆设备主要技术参数单缸液压注浆泵型号：SYB50／50－II注浆流量：Q＝80L／min注浆压力：P＝4Mpa油泵型号：10SCYl4—lBQ＝10ml／rp＝31.5MPa电机型号：Y112M—4N=4KWN=1450r/min(5)主要顶管施工机械设备表机械名称规格型号功率出厂时间数量新旧程度％小计其中拥有新购租赁D800土压泥水平平衡掘进机100KW1套1套70主顶油缸1500KN10只10只80液压动力站2套2套80注浆管路设备2套2套80泥水管路设备2套2套80基坑设备2套2套6015T履带吊2台2台70钻机15KW2台2台70液压注浆泵SYB-50/55020KW2台2台70电焊机直流30KW2台2台60污泥泵3”3KW4台4台60配电箱200KVA2只2只70二、顶管施工工艺的说明，最大顶推力及其限制措施顶管工艺流程图掘进机井内就位砼管进场验收轴线控制出泥准备后座千斤顶顶进割开闷板掘进机试运行洞口止水装置安装后座千斤顶安装测量放样轨道安全后座顶板安装砼管顶进结束施工准备砼管拼装接口检验管道顶进顶进纠偏电瓶车出土偏差测量掘进机穿墙施工准备顶进设备安装掘进机井内就位砼管进场验收轴线控制出泥准备后座千斤顶顶进割开闷板掘进机试运行洞口止水装置安装后座千斤顶安装测量放样轨道安全后座顶板安装砼管顶进结束施工准备砼管拼装接口检验管道顶进顶进纠偏电瓶车出土偏差测量掘进机穿墙施工准备顶进设备安装成品管的选择本工程顶管采用F型钢承口式钢筋砼管，接口采用楔形橡胶圈，过铁路顶管采用“F”型钢板钢筋砼复合管，接口采用楔形橡胶圈，该接口形式是非常可靠的。但在制造和施工中还应严格把关，确保成品管强度，选材尺寸精度和密封都符合设计要求。F型成品管的接口存在二环渗水途径可能从管外进入管内，一环是从钢套环和混凝土交界面渗入，另一环是从楔形橡胶止水圈渗入。应当指出的是夹板衬垫是不能起密封作用的。设计意图是左侧通过锚固钢筋使钢套环与混凝土牢固结合，并由一环聚胺脂软膏阻断可能因纠偏引起的渗水通径，而右侧是通过高精度钢模保证橡胶止水圈产生足够的压缩过盈量，从而满足密封要求。(3)顶管工作坑设施基坑导轨应具有足够的强度和刚度。本工程基坑导轨由型钢和钢板焊接而成。在底板基础上应事先预埋钢板，预埋钢板的位置与基坑导轨相吻合，以便导轨与之焊接。预埋钢板上的锚固钢筋要焊牢并有足够的锚固强度，导轨安放后，还应在二侧用型钢支撑好，必要时再浇筑混凝土，确保导轨在受撞击的条件下，不走动，不变形。主顶油缸架是拼装式结构，主顶油缸架的安装也要定位准确。保证油缸受力点的正确位置。其高程和平面安装误差小于5mm。承压壁是承受和传递全部顶力的后座墙，更应具有足够的强度和刚度，并有足够安全度。本工程的承压壁设计先用混凝土浇平，后靠钢板用δ＝70钢板，在钢板和混凝土平面之间衬满堂50mm松木板，承压壁的面积H×B＝3.4×3.4m。(4)洞口止水装置在洞口外侧，要设置钢封门，钢封门采用16＃槽钢，密排布置，在洞内侧，根据设计要求，先制作钢筋混凝土墙，再砌砖墙，顶进开门时，用风镐破除钢筋混凝土墙和砖墙，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。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。在机头将要到达接收井时，要精确测出机头姿态位置，尽量满足橡胶法兰与机头同心的要求。(5)平面布置本工程采用15T履带吊，在实行全封闭隔离，并建筑必要的生产临时设施。要保持施工现场的文明、安全和卫生整洁。(6)最大顶推力及其限制措施本工程主顶液压系统最大顶推力根据管子允许顶力设置；对D800最大顶推力F=3000KN；限制措施为控制液压系统的压力；对D800:P限＝15.7Mpa由于限制的系统压力较小，所以液压系统的故障将大大减小，顶管的可靠性也相应提高。当液压系统的压力达到P限时,主顶液压控制台将报警，以满足限制最大顶力的措施。三、顶管进出洞口地基加固措施(1)概述本工程顶管进出洞口措施是施工成败的关键，在进出洞口先进行分层注浆地基加固，加固范围为L＊B＊H＝5＊4＊4.5m=90m3，接收井加固范围为L＊B＊H＝2.5＊4＊4.5m=45m3，强度为0.15MPa，地基加固采用分层注浆法。(2)分层注浆施工注浆浆液采用425#普通硅酸盐水泥浆加磨细粉煤灰。浆液配比表425#水泥磨细粉煤灰水水玻璃膨润土1110.020.02a.分层注浆施工工艺流程图灌封闭泥浆钻孔设备就位灌封闭泥浆钻孔设备就位冲洗塑料阀管注浆冲洗塑料阀管注浆插注浆芯管b.施工方案布孔原则(因分层注浆影响半径750mm，有效半径500mm)：孔距均为lm，改善土体性质，从而达到地基加固及防渗的目的。注浆时采用先从外围，后内部的注浆施工方式，以防止浆液流失。每孔注浆时，自下而上分层注浆，每次拨管间距为0.33m，注浆压力为0.25—0.35MPa。先将注浆管压入土层至设计深度，然后接上压浆机，边向上拨起注浆管边向土层内注浆。四、建筑物、构筑物沉降控制保护措施本工程顶管轴线附近建筑物较少，顶管施工对周围建筑物影响较小，而且由于我公司计划在本工程中投入使用的顶管掘进机为土压泥水平衡掘进机，该型掘进机对地面沉降控制精度高。尽管如此，我们仍将在顶管过程中，精心操作，严格控制地面沉降。(1)地表沉降预测(Attewell方法)Attewell和Peck一样，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=*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---地表面最大沉降量K,n---常数(参照藤田系数表)A---顶管开挖面积。由藤田系数表，得到淤泥质粘土，土压泥水平衡掘进机的地层土损失量V/A=1.0%，常数K=1，n=1，又根据施工条件，求得i/R=K(z/2R)ni=R*K(z/2R)n=0.84*(4.5/1.68)=2.25m由V/A=1.0%，得到V=A*1.0%=(3.14/4)*1.22*0.01=0.01m3V=*i*SmaxSmax=V/(I)=0.01/(*2.25)=0.002m=2mm(2)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，在轴线上方每隔3m布设一个沉降控制桩。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、开挖面土压力值，出土率等）进行比较，从而优化掘进机参数，指导以后的顶管推进。(3)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。(4)置换泥浆措施在顶进结束后，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=0.2～0.5Mpa，Q=0.3m3/m。五、处理有关沼气及流砂的方法和措施及顶管机头碰到原有地下障碍物的措施和方法由于本工程顶管埋设较浅，在开挖面一般情况下不会遇到沼气，而且，我公司采用的顶管掘进机是在地面遥控操作，管内一般情况下无人操作。但是在施工过程中，管内要做好通风措施。如果管内必须动用明火，应对管内气体进行详细测定，在确保绝对安全情况下，才能使用明火。本工程顶距较长，我们将采用通风系统，管内空气含氧率不低于20%，新鲜空气量不低于每人每小时30m3。有害气体浓度不低于健康标准，管内温度不超过320C，相对湿度不超过80%，易燃气体的浓度不超过爆炸下限的10%。在顶进过程中，要选用国家许可的大气检测仪器对管内气体进行连续测量。根据我们经验，由于管道埋设较浅，有可能会遇到不明障碍物。因为我们是用封闭式土压泥水平衡掘进机施工，该掘进机采用的是面板式刀盘，切土口可以控制，所以如果有较大的石块，是不可能进入机内的。而小块碎石进入机内，能通过排泥管道输出，但是，如果机头遇到桩之类的障碍物，机头将难以排出。六、顶进过程中，采用中间接力顶进的中继间设置情况在综合分析了主顶液压装置，中继间的最大推力，管子允许的轴向力以及工作井后座最大土抗力以后，我们先确定控制顶力。控制顶力由管子允许顶力确定。D800：F控＝3000KN工具管迎面阻力F1和管道周边摩阻力F2工具管迎面的土压力控制在主动土压力和被动土压力之间，我们忽略C值影响，工具管迎面阻力取静止土压力。D800:F1＝rHA＝19*4.5*(3.14/4)1.42=131.5KN（设定土的容重r=1.9t/m3，土面至管中心深度H）管道周边摩阻力F2＝πD＊L＊fD---管外径L---顶进长度f---单位面积周边阻力。根据大量顶管工程实例，取顶管经验数据f=7KPa，又考虑在1号中继间以前留有一定安全系数，为0.7,这样可得：1号中继间以前的长度D800:L1＝(F控-F1)0.7/πDf＝(300-13.15)0.7/（π×1.4×0.7）＝65m对1号中继环以后相邻两个中继间之间的长度LD800：L＝F控/πDf＝300/（π×1.4×0.7）=97m相邻二中继间之间的长度，根据每节顶程的长度和具体情况也作了相应的调整。各顶程的中继间距离和数量列表如下顶进方向(井号))管径(mm)长度(m)中继间套数1→2φ80024223→2φ80010013→4φ80016015→4φ80021825→6φ80023127→6φ80024027→8φ80024029→8φ8001281合计φ800155915七、顶进过程中线型控制及量测设备(1)测量仪器配备与检验顶管施工需进行三维动态测量，其精度要求很高，我们将采用精度高，性能优良的测量仪器才能够满足其精度要求。为此，我们将配备性能优良的苏光一厂的激光2”经纬仪，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、附件按时送质检单位进行检验，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通，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。导线测量采用索佳测距仪，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采用联系三角形方式，点位由铅垂仪垂直投设。井下控制顶进方向的基准点用钢架埋设成固定点，采用激光经纬仪跟踪观测机头偏差方向。b.高程控制利用施工区域附近的已知高级水准点，布设等级水准路线，将高程引测到附近，并设立施工高程控制点。地面高程传递到井下时用钢尺垂直悬挂，下系至标准拉力线锤，然后地面、井下两台水准仪同时观测。井下布设2～3个地下起始高程控制点。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、安全推进。顶管姿态测量是通过位于内的激光经纬仪，将激光点打在机头坐标靶上，再通过闭路电视反映在电视显示器上，以指导纠偏操作。