顶管施工工艺

顶管施工工艺顶管施工准备工作施工前应熟悉施工图纸，进行图纸自审，掌握设计意图与规定，并进行设计交底。进行现场调研，核算确认工程沿线的地质、水文、环境，管线、构筑物、障碍物和其他设施，便于采用有效的针对性措施。交通组织、大临搭建、贯彻施工设备、材料、队伍。编制施工组织设计。顶管工作井、接受井工作井和接受井围护构造形式应根据水文地质条件、邻近建（构）筑物、地上与地下管线状况，构造受力及施工安全等规定合理选型。当工作井埋置较浅、地下水位较低时，宜选用钢板桩或SMW工法。在顶管埋置较深的区域，工作井宜采用沉井或地下持续墙。当场地狭小且周围建（构）筑物需要保护时，宜选用钻孔灌注桩或地下持续墙。工作井的最小长度：L≥L1+L2+L3+S1+S2+S3式中：L——工作井最小长度（m）；L1——顶管机或管段长度，取大者（m）；L2——千斤顶长度（m）；L3——后座及扩散段厚度（m）；S1——顶入管段留在导轨上的最小长度，可取0.5m；S2——顶铁厚度（m）；S3——顶进管段回缩及便于安装管段所留附加间隙，0.2m。工作井的最小宽度：B≥D+2S工作井的最小深度：H=H1+D+h工作井的穿墙孔直径：D1=D'+0.1接受井的最小长度和宽度应满足顶管机在井内拆除和吊出的规定。接受井的穿墙孔的直径宜：D2＝D'+2(C+0.1)工作井、接受井的穿墙孔应设置止水装置。止水装置可采用盘根止水和橡胶板止水，也可采用组合形式止水。砂土、粉性土等土层宜采用盘根止水；黏性土土层宜采用橡胶板止水；在长距离顶管或承压水土层中宜采用多道或组合形式止水；顶管结束后，管道与穿墙孔的间隙应及时进行封堵。紧固橡胶止水，在外侧加设止水轧兰内衬5道盘根，形成二道组合式止水管材和管道接口管材选用：顶管管材材质应根据管道用途、管材特性及工程详细状况确定。给水工程管材宜选用钢管或玻璃纤维增强塑料夹砂管。排水工程管材宜选用F型钢筋混凝土管或玻璃纤维增强塑料夹砂管。输送腐蚀性水体及管外水土有腐蚀性时，应优先选用玻璃纤维增强塑料夹砂管。单节管的长度应根据钢板宽度确定，钢板卷管的单节管长度一般越长越好，以减少现场焊缝，但由于受钢板宽度和工作井尺寸的限制，不也许做的很长，为了充足运用钢板，因此单节管的长度宜为钢板的宽度的倍数。顶管施工技术顶管机的选型顶管机应在保证工程质量、安全、文明施工、保护地下、地上构建筑物和管线安全、减少施工对交通的影响基础上，根据工程水文地质和施工环境条件合理选型。顶管机的选型时应充足考虑到设备的可靠性、顶管机的顶进效率、施工措施的经济性和环境保护规定等。地表变形与许多原因有关，其中顶管机的选型和开挖面的稳定控制是影响地表变形的重要原因。刀盘驱动的顶管机，应能满足开挖面的土质规定T＝αD'3式中：T——刀盘驱动扭矩（kN·m）；α——刀盘扭矩系数（kN/m2）；D‘——顶管机外径（m）；泥水平衡顶管机，刀盘扭矩系数宜不小于14kN/m2；土压平衡顶管机，刀盘扭矩系数宜不小于16kN/m2；顶管配套设备安装：顶管施工前需安装重要施工设备应包括：顶进设备、洞口止水装置、测量设备、泥浆设备、施工电缆及其他辅助施工设备。顶管后座安装应符合下列规定：1顶管的后座可采用拼装式后座和整体式后座；2顶管后座的反力墙应平整；3后座应满足千斤顶最大顶力的规定；4后座应与顶进轴线垂直，与反力墙之间宜设传力装置。反力墙为沉井或地下持续墙构造时，可采用拼装式后座，反力墙为SMW工法、旋喷桩、深层搅拌桩等构造形式时宜采用整体式后座。后座应与构造墙密贴，后座的面积应满足构造墙抗冲切和土体承载力的规定，强度、刚度应满足最大顶力规定。导轨安装应符合下列规定：1导轨宜选用钢质材料制作，导轨具有足够的强度和刚度；2导轨安装前，应先复核管道中心位置，导轨的高度应与穿墙管标高相对应；3两导轨安装应顺直、平行、等高，并固定在工作井的底板上；4导轨对管道的支承角宜为60°；5导轨安装的容许偏差应符合下表的规定。需要注意的是，在顶进过程中需要对轨道的变形状况进行测量复核。项目偏差轴线位置±3mm标高0～+3mm轨道内距±2mm（1）千斤顶的规格和数量应根据工作井容许顶力、管段容许顶力确定；（2）安装在支架上的千斤顶，应按管道轴线两侧对称布置，规格应相似，其合力的作用点应在管道中心的铅垂线上。（3）对于千斤顶支架安装后的油缸中心位置必须与顶铁的受力肋板部位一致且与顶进轴线平行。安装后的油缸中心误差不不小于10mm。（4）千斤顶油缸合力中心位置的布置可合适向下，满足导轨上管节自重作用在洞口止水位置向下力矩即可，所布置的油缸可在使用过程中自由组合来到达调整合力中心位置的作用。1顶铁分U形或圆形两种，宜根据状况选择；2顶铁应具有刚度大且稳定性好的构造性能；3顶铁与管口之间的接触面应衬垫缓冲材料；4顶铁还需要与管节的接口形式综合考虑。测量：顶管测量应包括地面控制点复测和地面控制网的布设、联络测量、地下平面和高程测量及贯穿、竣工测量。联络测量应包括地面导线测量、地面水准测量、定向测量和高程传递测量。首级控制点的复测和地面控制网的测量重要技术规定井上和井下定向的平面测量点应采用固定观测墩的形式。固定观测墩比较稳定，易于观测，有助于提高导线的测量精度。定向和导入高程测量应在顶管每掘进100m复核一次，在距进洞前50m时应增长复核不少于3次。每100m高程控制点直至控制掘进的导线点和高程点，在距贯穿面50m时应从首级控制点开始至少测量3次，分析数据，决定与否加测从首级控制点检查井下的起始定向边和。管道贯穿后应按设计规定进行竣工测量，并提交竣工测量成果表、竣工图和竣工测量汇报。长距离顶管和曲线顶管宜采用自动测量系统。自动测量系统的施工应符合下列规定：自动测量系统应由软件系统和硬件系统构成。软件系统应具有控制及测量数据处理功能，硬件系统应包括测量仪器、通讯线缆及接头等；全站仪站点数量和位置应根据顶管线路及施工进度进行合理布置，并应进行软件预模拟；3测量初期应根据实际状况进行人工辅助，调整测量仪器和站点布置顶力估算和容许顶力。总顶力估算：F＝F1+F2式中：F——总顶力（kN）；F1——管道与土层的摩阻力（kN），F1＝πDL'f；D——管道外径（m）；L'——管道顶进长度（m）；f——管道外壁与土的平均摩阻力(kN/m2)，宜取2~7；F2——顶管机的迎面阻力（kN）。总顶力的计算与实际施工顶力有一定差距，与土层状况和施工技术水平有关。迎面阻力F2钢管与玻璃纤维增强塑料夹砂管容许顶力：Fds=kdsfsAp式中：Fds——钢管容许顶力（N）；kds——钢管综合系数，一般可取kds=0.277；当顶进长度不不小于300m且穿越土层又均匀时，可取0.346；fs——钢管轴向抗压强度设计值（N/mm2）；Ap——管道的最小有效传力面积（mm2）。控制顶力应选择工作井容许反力和管材容许顶力两者较小的一种值。中继间的容许顶力应不不小于管材容许顶力。顶管始发与接受顶管始发、接受的洞口土体加固应根据地质状况、顶管机型、管道直径、埋深和周围环境等状况确定。土体加固宜采用水泥土搅拌桩、高压旋喷桩、冰冻法及降水等形式。由于沉井下沉时周围土体被扰动，顶管机出洞时，洞外土体泥水易流失，同步顶管机自重太重，须采用防磕头措施。(1)调整后座主推千斤顶的合力中心，用后座千斤顶进行纠偏；(2)土体承载力低于100kPa时，应将混凝土管节前3节~5节用拉杆相连；(3)出洞口土体应进行加固，土体承载力低于60kPa时加固长度宜不小于顶管机长度；(4)加强洞口密封可靠性，防止或及时封堵顶管出洞口的水土流失。(5)设置延伸导轨采用沉井施工的始发和接受井洞口的临时封门可采用外钢封门、内钢封门、砖砌封门、钢筋混凝土封门、型钢封门或以上几种的组合等形式。顶管施工采用降水措施时应设置水位观测井，并应使水位降到管底如下。始发、接受前应在洞门上打设探测孔，确认土体渗漏水状况：在洞门处打不少于5个（上、下、中、左、右）观测孔，样洞呈米字分布，观测土体变形、均质性等状况，以掌握加固土体的实际状况。洞口凿除物应清除，顶管机始发时，导轨上的管子应与洞口的止水装置保持同轴度规定，防止洞口的止水装置损坏。顶管机始发时应设置延伸导轨，其标高和轴线应与工作井内导轨一致。顶管始发前，应在起始顶进段设置可靠的止退装置。顶管接受前，根据地层特点制定可靠的加固措施，保证洞口外侧土体稳定，防止出现洞口涌水涌泥涌砂事故。在高承压水的砂性土层或周围环境保护规定高的砂性土层等状况下，顶管机接受可采用水中进洞和钢套筒辅助进洞等措施，以平衡内外水土压力。中继间中继间的设置应根据估算总顶力、管材容许顶力、工作井容许顶力、中继间千斤顶总顶力和主顶千斤顶的顶力确定。第一道中继间应根据顶管机迎面阻力及估算摩阻力确定，宜布置在顶管机后方20m~50m的位置。第一道中继间宜布置在顶管机后方约20m~50m的位置，重要是为了顶管机在纠偏时后续的管道能及时纠偏，距离过长纠偏效果难以保证。后来各环的中继间布置宜：S'＝k（F3-F2）/(πDf)式中：S'——中继间的间隔距离（m）；F2——顶管机的迎面阻力（kN）；F3——控制顶力（kN）；f——管道外壁与土的平均摩阻力(kN/m2)，宜取2~5；D——管道外径（m）；k——顶力系数，宜取0.5~0.6。施工结束后，由前向后依次拆除中继间内的顶进设备。拆除中继间应先将千斤顶、油路、油泵、电器设备等拆除。每个中继间拆除的次序应是：先顶部、次两侧、后底部。由第一种中继间开始往后拆、拆除的空间由背面的中继间继续向前顶进，使管口相连接。钢管中继间拆除后，在微弱断面处宜加焊内环，两端焊缝应平滑。泥浆减阻顶管的注浆分机尾同步注浆和管道补浆二部分。并对顶进距离为500m以内和不小于500m的总管布置加以辨别。顶进距离为500m以内的，宜采用1根总管。对不小于500m的顶进距离，提议采用二根总管和二种不一样配方的浆液，触变泥浆的材料宜选择优质膨润土。分别满足同步注浆和沿线补浆的规定。顶进施工前应做触变泥浆配合比试验。泥浆应充足搅拌使其水化，泥浆搅拌完毕宜放置24h后再行使用。触变泥浆性能指标注浆泵的选型和管路系统的布置规定，这些规定并不是一成不变的，伴随新型注浆泵的产生，管路系统的布置将得到改善。施工中，在机尾和管路等处均装有压力表，便于观测，从而控制和调整压浆的压力。机尾后方应设置不少于4个持续同步注浆断面，同步注浆量宜为机尾空隙的5倍~10倍，沿线补浆量宜为机尾空隙的3倍~8倍。注浆压力宜控制在0.8γh～1.2γh(γ为土的容重，h为埋深)。工作坑的出洞口预埋注浆孔和注浆。出洞口的注浆可以防止管道入土后被土体握裹的状况发生。一旦在管外壁形成背土现象，不仅会对顶进减阻产生不利影响，并且会引起较大的地表变形。管道焊接1、焊接工艺流程如下：管材检查（圆度、管口垂直度等）→剖口打磨→下管→钢管组对→轴线高程检查→点焊固定→打底焊接→清根→盖面(多次)→清根(多次)→成形→焊缝打磨→探伤检查→预留防腐处打磨→现场防腐补口→检查合格→管节顶进2、焊缝坡口宜采用“V”型，角度宜为30~40°。钢管焊缝质量检查，非压力管不应低于焊缝质量分级的Ⅲ级原则；压力管不应低于焊缝质量分级的Ⅱ级原则。3、焊接采用二氧化碳气保护根焊，自保护焊丝盖面，自保护焊接采用林肯药性焊丝，焊丝直径采用>1.0mm，盖面焊丝直径更大，它有焊接速度快、焊缝质量好等长处，但对焊接工人水平规定高，成本较贵。4、焊缝不应有裂缝、气孔、夹渣、融合性飞溅等缺陷。井内拼装焊接不适宜修边。因井内拼装焊接修边后不能保证焊接质量。待焊缝冷却，无损检查合格后应进行防腐处理。焊接工艺及其重点：在焊接中属于多层多道焊接。两段钢管联接时，有纵焊缝的交错的规定。1）焊接前准备2）焊前预热及焊后热处理3）焊接厚度和层数4）焊缝长度控制和搭接、次序5）焊接温度及其控制焊接应力及其产生原因焊接过程是一种先局部加热，然后再冷却的过程，焊件在焊接时产生的变形为热变形，焊件冷却后产生的变形为焊接残存变形，这时焊件中的应力即为焊接残存应力。焊接过程的不均匀温度场以及由它引起的局部塑性变形和比容不一样的组织是产生焊接应力和变形的主线原因。为减小焊接应力，大口径压力钢管除封底焊和最终一层外，每段的每层焊接完毕后，立即采用风铲加装特制“铲头”进行“锻打消应”；进行“锻打消应”可使焊缝的熔敷金属产生塑性变形以减小焊接应力；锻打消应所使用的压缩空气的压力以0.5Mpa为宜，压力过大易产生“过锻”。管道顶进时要符合下列规定：（1）初始顶进速度宜控制在10mm/min；（2）正常顶进时，顶进速度宜不不小于30mm/min；（3）初始土压力值和顶进速度应根据洞口土体的加固强度和加固体积设定；（4）土压力值确实定应根据选用的顶管机型确定。土压平衡式顶管机的土压力值宜设定在静止水土压力值与被动土压力值之间；泥水平衡与气压平衡顶管机的土压力值宜设定在地下水压力值加0.02MPa。阐明:管道初始顶进时应控制推进速度，不适宜过快，在此过程中应探索推进的有关数据，为正常顶进提供根据；顶管正常顶进时应控制开挖量与出土量的平衡；土压力值确实定应根据土的性质和出土量的多少而确定。顶进过程中由于周围土质的变化，纠偏的影响及管内设备的不均布置，导致管道推进时发生不一样程度的扭转，因此要采用防扭措施。(1)在不均匀土层或曲线顶管顶进时，顶管机应设置限扭装置；(2)在顶管机及每个中继间应设管道扭转指示针，管道扭转时宜采用单侧压重，或变化切削刀的转动方向进行纠正。拼装管节时，主推千斤顶在缩回前应对已顶进的管节与井壁进行临时固定。由于在初始顶进阶段正面水土压力远不小于管周围的摩阻力，因此在千斤顶回缩时，管道也跟随即退，导致洞口止水装置受损，为此需将初始顶进的管道与井壁相连，防止管道退缩，直至管道外壁摩阻力不小于顶管机正面水土压力为止。顶管偏离轴线时，应按下述原则进行纠偏：(1)每顶进一节管节应至少测量一次顶管机的姿态偏差，并进行纠偏；(2)纠偏效果应超前预测，并应调整纠偏角度。纠偏应注意：管道纠偏的测量根据应当是顶管机端面的中心偏差，但由于测点无法进入顶管机头部，因此对于管端的偏差无法测量，从而必须从测点推算顶管机管端的偏差，以此作为纠偏的根据。管道顶进出现偏差是正常的，纠偏过程不能大起大落，不追求零偏差，要保持管道轴线以合适的曲率半径逐渐回到轴线上来。控制和减少沉降的施工措施：（1）顶管各项施工参数应严格控制；（2）顶管机尾部的压浆孔应及时有效地进行同步注浆，保证能形成完整的泥浆套，压浆时应先压后顶、边压边顶。管道内的压浆孔应进行补浆，并应严格控制注浆量及注浆压力；（3）顶管施工时应进行实时监测和信息化施工，监测数据应汇报，并应根据监测数据调整施工参数；（4）砼管节渗漏应严格控制，当出现管节渗漏时应立即补漏；（5）顶管结束后宜用水泥浆对泥浆套进行置换。管顶覆盖层厚度：穿越江河水底时，覆盖层最小厚度不不不小于外径的1.5倍，且不不不小于2.5m。管顶覆盖层最小厚度还应满足抗浮规定。浅覆土施工：调查覆土厚度，假如不不小于1.5倍管径，应采用覆土、压重等措施。穿越管线施工：微扰动施工措施，设置模拟段，监测措施，优化顶进技术参数，信息化施工等。穿越河道施工措施：调查实测河床底底标高，覆土厚度属于浅覆土施工，需采用措施。顶管进入河道时合适减少土压力或泥水压力，减小同步注浆压力，同步减少纠偏或纠偏幅度。排泥网格式、泥水平衡顶管应采用泥水排放，并应用管道输送。土压平衡顶管宜采用泥水转换管道输送方式排放，也可采用排泥泵或运送小车排土。有一定含水量的黏土、粉质黏土可采用泥泵输水，较长距离的顶管可采用接力泵的形式进行出土，有条件的还可采用电动混凝土泵取代泥泵。采用泥水排放出泥时，宜设置泥浆沉淀池。对砂土地层宜配置泥水分离设备对泥水进行分离。通风对小口径且顶进距离较长的管道，宜采用压缩空气送风。通风管应固定在工作井侧壁及顶管管道内壁侧边。顶进距离较短的顶管可采用鼓风通风，但轴流风机体积大，噪声大，且在一定距离后达不到通风效果，采用压缩空气通风不仅减少了噪声，并且通风效果良好。超长距离顶管第一组生命呼吸保障系统，系统采用压缩空气供应，配置专用20m3的螺杆式空压机，通过4寸钢管送至工具头部。第二组采用轴流风机，通过风管送至工具头后部约1000m之处，深入改善顶管内空气质量供电长距离顶管供电现场布置一座800KVA箱变，进线10000V，出线3300V。顶管施工时将采用3300V高压向管内输电，管内安顿4台3300V/380V降压变压器。第一台距头部400米，第二台至第四台每台间距500m左右，以保证顶管时正常供电。管内供