D2600过江钢管顶管施工工艺探讨

1目录一、工程概况..............................................................2二、工程地质及管位........................................................4三、工艺选择..............................................................5四、顶管工艺..............................................................7五、顶管施工关键参数计算..................................................9六、主要关键技术.........................................................12七、顶管施工质量控制措施.................................................27八、预案.................................................................29九、建议.................................................................292一、工程概况汕头市南区污水处理濠江分厂厂外收集系统中穿过濠江管道，采用先顶一根D2600钢管，而后在大管内敷设两根D820钢管的污水传输方案。顶管管线长521m，一次顶进，属长距离水下顶管施工。（1）顶管管道：设计管中心标高为－11.46m，管道坡度为0；最深管顶覆土在工作井和接收井处约12.46m，最浅管顶覆土在濠江底约为6.0m。(2)工作井：工作井为φ14m圆井，井深15m，沉井刃脚深约20m，采用沉井施工。沉井采用排水下沉，干封底，井体分两次制作，两次下沉，采用旋喷桩止水；根据工艺要求工作井布置在濠江左岸。(3)接收井：接收井为φ6m的圆井，深度与工作井等同。接收井施工方式、平面布置、平面形状、材料与工作井一致。接收井布置在濠江右岸。管道纵剖面图如下：34二、工程地质及管位1）本段工程勘察报告由“汕头市建筑设计院”提供，ZK16～ZK29共计钻孔14个，控制性钻孔7个，孔深25m，一般性钻孔7个，孔深20m，钻孔间距40m。③层淤泥、淤泥混砂、淤泥质土：沿管线全程分布，层厚3.0-9.6m，饱和，流塑状态，地基承载力特征值fak=30-40kPa；⑥层淤泥质粘土、灰色粘土：沿管线全程分布，层厚3.0-12.9m，以流塑淤泥质粘土为主，有机质含量较高，根据现场土层特征及沉积环境分析，宜作淤泥质粘土处理，地基承载力特征值fak=50-60kPa。多年平均高潮位、平均低潮位分别为0.978m、-0.042m(85国家高程基准)。2)管位和顶进土层设计管底标高-12.46m，管位基本处于第③层淤泥、淤泥混砂、淤泥质土层及第⑥层淤泥质土层中。管道穿过土层的纵剖面如下：5zk163.78zk17-0.30zk18-0.36zk19-0.38zk20-0.43zk21-0.50高程(m)4.02.00.0-2.0-4.0-6.0-8.0-10.0-12.0-14.0-16.0-18.0-20.0-22.0-24.0-26.0-28.0-30.0-32.0孔距(m)40.0040.0040.0040.0040.004.108.0014.9016.0019.8031.0031.604.706.6010.0013.8018.4020.904.506.6014.5018.7024.0025.504.506.7016.9020.604.506.7016.5017.0025.0025.8030.505.107.5012.5016.2018.6022.3016-116-216-316-416-517-117-217-317-417-518-118-218-318-418-518-619-119-219-319-419-519-619-719-820-120-220-320-420-520-620-a21-121-221-321-421-521-621-714(1.75)1420(3.35)19.813(15.05)1015(17.75)11.422(18.05)1699(21.05)69.3129(24.25)86.1反弹2(4.55)1.98(4.85)7.612(6.15)1111(14.65)8.513(14.95)1016(20.75)11.25(4.35)4.88(4.65)7.612(6.15)1112(15.95)9.112(16.25)916(20.25)11.359(25.35)38.710(4.75)9.513(6.25)11.99(20.15)6.411(20.45)7.89(5.35)19(25.35)12.559(26.25)38.2127(29.15)38.211(16.55)8.213(16.85)9.74(21.85)2.84(22.15)2.8fxxx(27.85)反弹（海水深0.85m）（海水深1.10m）（海水深1.00m）（海水深1.20m）（海水深1.50m）工程地质剖面图比例尺：水平：1∶垂直：1∶1000200zk21-0.50zk22-0.59zk23-0.96zk24-2.74zk25-4.80zk26-5.0040.0040.0040.0040.0040.004.105.1012.0016.2021.5025.504.205.208.9014.5017.0021.3024.0026.6027.803.004.505.8012.0014.2018.2025.005.1013.5014.0015.6018.1020.4026.902.009.6014.5015.4018.0020.6027.5022-122-222-322-422-522-622-722-823-123-223-323-423-523-624-124-224-324-424-524-524-a25-125-225-325-425-525-626-126-226-326-426-526-64(4.35)3.93(4.65)2.910(18.75)7.212(19.05)8.69(4.75)8.620(17.95)14.64(21.75)2.85(22.05)3.427(24.95)17.85(3.95)4.96(4.25)5.818(14.45)1432(16.75)23.94(21.05)2.84(21.75)2.826(14.75)20.129(22.05)2032(24.15)21.430(15.95)22.732(17.35)23.624(20.85)16.828(23.55)18.936(27.35)22.9fxzxxxzccc（海水深1.50m）（海水深1.55m）（海水深1.80m）（海水深3.45m）（海水深4.76m）（海水深5.20m）zzk27-3.54zk28-0.69zk291.78zk302.9340.0040.0040.0040.003.605.409.6015.5016.6018.2021.1024.400.502.804.606.208.0011.1013.4014.0018.0019.7021.801.803.504.208.1026.5028.6030.0032.0037.0041.0049.2051.602.803.504.508.5011.2020.0027-127-227-327-427-527-628-128-228-328-428-528-629-129-229-329-429-529-629-729-829-930-130-230-330-430-530-630(15.95)22.732(17.35)23.624(20.85)16.828(23.55)18.97(4.35)6.716(16.25)12.121(17.55)16.022(22.75)15.038(24.25)25.45(0.35)511(5.25)10.322(19.15)15.812(4.55)11.515(6.35)13.711(27.25)732(31.35)816(36.75)7.314(42.35)7.336(46.85)18.778(50.35)40.610(4.75)9.513(6.05)11.916(7.85)14.1cccxxxffz（海水深4.20m）（海水深1.65m）x22.5021.00-11.0三、工艺选择（一）根据地质资料及现场勘查，本工程具有以下特点、难点：1、管道分别穿越濠江左右岸提防，施工易影响提防安全。2、受涨退潮影响，水位变化大，涨潮时水位高，水压大。3、管顶覆土厚度变化大，最大覆土厚度12.46m，最小6m。4、管径大，顶距长，属大口径长距离顶管。65、可能会碰到地下孤石。（二）根据本工程的特点，拟采取以下对策：1、在顶管顶进过程中采用管外壁注触变泥浆的措施从而降低顶进时的摩阻力，施工工程中严格控制膨润土的浓度来达到最好的减阻效果。2、在顶进过程中设置中继间，将整段管道分段推进，减少主推顶力。3、对提防高程变化进行跟踪监测，一旦发现变形超过要求，马上停工，采取补救措施；4、根据覆土厚度的不同及水位的变化，控制进排浆系统，确保泥水平衡。5、对可能遇到的地下孤石头编制预案，并严格执行施工方案的审批制度。三、基于以上特点和对策，通过对多种顶管机进行比较，本工程顶管工艺拟采用泥水平衡式顶管，它具有以下优点：1）本工程选用的是一种具有破碎能力的泥水平衡的顶管机，切削下来的泥土在泥土仓内形成塑性体，以平衡土压力，而在泥水仓内建立高于地下水压力10～20KPa的泥水、泥浆，以平衡地下水压力。通过把进水添加粘土等成份的比重调整图4-2泥水平衡式工具头顶管施工形象示意图7到一定范围内，即使挖掘面是砂的土质，也可形成一层结实的不透水泥膜，同时平衡地下水压力和土压力。2）顶管机的刀盘前面切割面安装有合金固定刮刀，刀座和刀盘焊接采用耐磨焊条。刮刀在刀盘的4把刀杆上的布置是全段面切割布置，刀盘每转动一周，滚刀和刮刀对前面土体是全段面的刮动。顶管机在主顶装置的推动下，使到坚硬的土体破裂；刮刀对破裂的土体进行切割，掏空前方土体，顶管机向前推进。3）顶管机的刀盘和泥土仓是个多棱体，且刀盘是围绕主轴作偏心转动，经过刀盘对前方土体切割，当有大块土体或小块石进入顶管机泥土仓，经刀盘转动时就会被轧碎，碎块泥土小于顶管机的隔栅孔就进入泥水仓被泥水循环管输送走。四、顶管工艺（一）泥水平衡顶管施工的基本原理顶管施工是从地面开挖两个基坑井，然后管节从工作井安放，通过主顶千斤顶或中继间的顶推机械的顶进，推动管节从工作井预留口穿出，穿越土层到达接收井的预留口边，然后通过接收井的预留口穿出，形成管道的施工。顶管施工时，通过后座主顶油泵和主顶千斤顶产生推力，推动管道向前推进。在管节推进的同时，顶管掘进机大刀盘切削前方土体，切削下来的土体进入顶管掘进机的泥土仓内，经刀盘的搅拌与进浆管送入的泥浆搅拌成浓的泥浆，再通过排浆管道将浓泥浆排出机头。通过管节一节一节向前推进，顶管掘进机不断推进最后到达接收井，形成整段管道。通过调整进排泥水量，或调整顶进速度，调整顶管掘进机泥水仓的泥水压力，从而保持了挖掘面的稳定。顶管施工前需先在地面上的泥浆池内搅拌一定量的比重1.1～1.2左右的泥浆。顶管施工时打开泥浆池的阀门，泥浆通过进泥泵加压，经进浆管进入到顶管掘进机的泥水仓；泥水仓的泥浆在工作井内的排泥泵抽排作用下，泥浆经排泥管排到地面泥水分离器处理，泥渣分离外运，泥浆留在泥浆池内，形成了泥水循环系统。8（二）顶管施工工艺流程图顶管施工工艺示意图9五、顶管施工关键参数计算以下的顶管机主要性能参数的计算主要是根据本工程地质勘察报告和水文地质