顶管技术规程

顶管技术规程一、顶管简介机械顶管技术是指采用顶管掘进机械成孔，然后将管道从顶进工作坑顶入以形成连续衬砌的管道的非开挖铺设技术，按掘进机的种类可把机械顶管分为泥水式、土压式和岩石掘进机械，随着注浆减阻技术水平提高和设备不断改进，现在通常把一次性顶进300m以上距离才称为长距离顶管。机械顶管适应不同的土质，有无地下水，不同的施工条件和不同的要求，适用范围很广，泥水平衡顶管掘进机械和加泥式土压平衡顶管掘进机械使用范围最为广泛，可以称得上是全土质型，即从淤泥质土到砂砾层都能适应（N值从0—50之间，含水量20%---150%之间的土）而且不需要辅助施工措施（如降水等）。机械顶管不受地下水的影响，以土压平衡顶管机械为例：因为顶管掘进机械机头的土仓式全封闭的，在顶进过程中土仓中土的压力与它所处地层地下水和土压力处于一种平衡状态。它的排土量与掘进机所占去的土体积也处于一种平衡状态。机械顶管采用现代科技手段，顶管掘进成孔处于可控制状态，管节由工厂按国家标准预制加工，管节接口采用遇水膨胀楔型橡胶接口，可保证管道的工程质量和寿命。二、顶管施工。顶管施工工艺流程图1、工作原理及施工优点国产的NPD型泥水平衡顶管机，设备系统由泥水加压式掘进机、油压装置、泥水循环设备和泥水处理设备及遥控设备组成。在管段的起点和终点分别设工作井和接收井。掘进机放置井下、掘进机轴线与设计管线轨迹重合。掘进后到盘切削下来的岩土在掘进机内有泥水泵排至地面的泥水处理循环装置，同时沉淀后的泥水在压入掘进机内。管子下到工作井，F型接口混凝土套管用橡胶带密封好后由后方顶进装置沿设计轨迹顶入地下，上方为遥控设备，控制掘进路线，不断进行纠偏。测量放样基坑构筑工作坑设备安装进洞准备地面设备安装地面设备安装机头进洞顶管推进中继间安装注浆减摩、接口安装水平顶进顶管出洞拆除顶管设施本方法施工优点为泥水顶管时总的推力较小，可以相对保证后背的安全适宜长距离的顶管施工。在施工过程中，可以有效的保持挖掘面的稳定，对所顶管子周围的土体扰动较小，对地面及周边建筑物的影响较小。由于泥水输送弃土是连续进行，所以作业时的进度比较快，日顶进约20米左右，能有效的保证工期。本方法可以适应各种地质条件，在土质、地下水变化大的情况下，也能有效的应用。2、测量控制2.1针对永久性水准点、导线建立临时水准点，将核对资料报送项目技术主管，经项目技术主管审批合格后方可进行下一步工作。2.2施工过程中对以下工序进行测量控制：工作坑开挖时的上口开挖线、管道顶进时的轴线、高程。2.3控制点设置必须符合有关的规范和规定，在施工过程中建立测量控制系统，控制点设在不宜扰动、视线清楚、方便控制、易于核对处。3、设备安装3.1起重架：下管采用汽车吊。3.2导轨安装：导轨采用16号工字钢，两导轨平行，等高架在5个16号工字钢上，两端工字钢固定。3.3泥水设备安装：两个16立方一个12立方水箱及水泥分离设备等由汽车吊吊至指定位置。4、顶力计算4.1控制土压力值PP=K0γhK0—静土压系数，按土质取0.33γ—土容重h—覆土深度P=0.33×19×4.1=25.71KPa4.2顶管机初始推力FOFO=PπR2R—混凝土管有效半径FO=25.71×3.14×（1.32）2=140.66KN4.3一次顶进管子阻力PO=fπDLf—磨阻系数，按土质取8D—管外径L—顶进长度PO=8×3.14×2.64×150=9796.8KN4.4一次顶进总推力F1F1=F0+P0F1=140.66KN+9796.8KN=9937.46KN4.5考虑注浆减摩效果后实际总推力FF=αF1α—减摩系数0.8F=0.8×9947.46=7949.968KN4.6工作井后背墙：根据管道直径选择墙宽4m，高2m，墙厚40cm，内衬双层钢筋网片，外侧以预制钢后背为模板，两侧支模，内浇混凝土，混凝土强度采用C30，顶稿选用200T，行程为3.5m千斤顶，每台设备配置4台。5、管道接口及其它：F型钢承口砼管接口采用柔性接口。6、洞口止水本工程采用橡胶密封，其作用是保证后端有一定的密封性，在注浆有一定的压力的情况下保证浆液不从后端流出，确保泥浆作用。7、管道顶进与纠偏7.1在工作井内精确的测放轴线，稳置导轨，按照轨道和管道中心线高程，进行稳置主顶油缸架，油缸中心线和管道中心线在同一垂直面内。设置后背铁，后背铁采用4米×4米×0.3米钢质后背铁，后背铁受力面平直，具有足够的强度和刚度。后背铁安装要紧靠工作井后背砼，与工作井底板充分接触，并与管道中心线垂直。7.2机头入洞。安装机头，保证机头顶进轴线的准确，在导轨前设置引轨，引轨一段与轨道连接。机头开顶前，在机头尾部压放配重铁，机头入洞2/5后，及时连接第一节管进行陪重，随着顶进，机头后3-4节砼管节需要用Φ30专用丝杠连成整体，连接点为四个，与注浆孔错开，以确保机头不沉。7.3初始顶进。初始顶进阶段缓慢进行，不可进行纠偏，要始终注意观察掘进机与导轨的接触情况是否正常，如不正常必须停止顶进，分析原因再决定是否继续顶进。7.4正常顶进。在正常顶进中，泥水仓的进水阀和排泥阀均打开，调节好进、排泥水的流量，使泥水仓保持一定的压力，平衡地下水的压力。停止顶进时，先关闭顶进系统，然后关闭刀盘驱动系统，再关停排泥系统。7.5管节止转的方法和措施。顶管时，机头在刀盘及出土机的作用下，可能会发生旋转。对机头的旋转主要采用加压重块的方法，先在机头两侧做好放压重块的架子，并均衡放置重块，当机头右转时，将右侧压重块搬向左边，反之将左侧压重块搬向右边。7.6采用泥水平衡顶管施工，由泥水平衡掘进机进行破土及输送泥土。进浆管、排泥管均采用DN100钢管，用快速接头进行连接。通过排泥泵把泥水排到泥水分离设备进行泥水分离处理。在正常顶进中要始终观察刀盘扭矩，控制在允许范围内。7.7顶进速度控制在0.5-1.0米/小时。顶进测量开始5米时，即对中心线及高程测量一次，随着顶进，每掘进10米测量一次。管道顶进过程中，顶管中心和高度由激光导向仪进行测量，其纠偏精度由激光导向仪发射到掘进机测量用的靶盘随时进行控制，确保偏差度不超过±8cm。顶进管道允许偏差（mm）项目允许偏差轴线位置80管道内底高程D≥1500+70∽-90相邻管间错口钢筋混凝土管道15%壁厚且不大于20注：D为管道内7.8泥水管理及注浆减阻土壤的性质决定泥水管理的难度与所顶管子直径比和土质有关。尽管本工程是粘性土质，砼管直径比不大，但仍需控制泥浆压力及泥浆的调配。减少管子周边摩擦阻力，确保顶管顺利完成，同时起到控制泥浆的流失，防止地面沉降。砼套管设注浆孔，按120度分布，在管顶与覆土之间进行填充浆液。注浆程序，必须遵守“先注后顶，随顶随注”的原则。管道在顶进过程中不允许停止注浆，若因故停止注浆，必须先停止顶管，在停止注浆。7.9为防止覆土沉降，进行浆液置换。砼套管设注浆孔，按120度分布。配制1：2水泥砂浆由一侧注浆孔注入，另一侧注浆孔溢出，在管顶与覆土之间进行填充。7.10加强顶管中心轴线上方地面的沉降观测，观测点沿顶管轴线方向布置，起始段50m范围内，每隔10m布点，以后每30m布点。监测频率为每天一次，路面沉降达到1cm为报警值，其他管线沉降报警值为0.5cm。为加强对路面地下重要管线安全和及时发现顶管施工过程中可能造成的路基空洞不密实等安全隐患，通过顶管前后对路面雷达图像对比，综合评定顶管施工对道路结构的影响。顶进过程中地面沉降控制范围项目允许变化范围（MM）地面隆起的最大极限+10地面沉降的最大极限-107.11掘进机出洞管道顶进施工完成后，为了方便出洞顺利，需对出洞口土体进行加固，所经管道两侧及上部宽500mm、长5m范围内土体进行加固，防止掘进机出洞时产生叩头现象，在洞的下部用低标号混凝土浇注一块托板，把掘进机托住，或用倒链提起。7.12钢筋混凝土管应带注浆孔，顶管完后做注浆处理，砼管施工完毕。三、工作井1.工作井、接收井净空尺寸1.1工作井最小长度按顶管机长度确定，工作井的最小内净长度可按下列公式计算：L≥l1＋l3＋k式中L——工作井的最小内净长度（m）l1——顶管机下井时最小长度(m)l3——千斤顶长度(m)，一般可取2.5米k——后座和顶铁的厚度及安装富余量，可取1.6米1.2工作井最小宽度浅工作井内净宽度可按下列公式计算：B＝D1＋(2.0∽2.4)式中B——工作井的内净宽度（m）D1——管道的外径（m）深工作井内径宽度可按下列公式计算：B＝3D1＋(2.0∽2.4)1.3工作井深度确定工作井底板面深度应按下列公式计算：H＝HS＋D1＋h式中H——工作井底板面最小深度（m）HS——管顶覆土层厚度（m）h——管底操作空间（m）钢管可取h＝0.7∽0.8m玻璃纤维增强塑料夹砂管和钢筋混凝土管等可取h＝0.4∽0.5m2.工作井、接收井施工竖井施工工序分四步施工。即：施工准备、井圈施工、井身开挖、竖井封底。2.1锁口圈梁工作坑锁口圈梁宽300mm、深300mm钢筋混凝土结构。锁口圈梁施工程序：测量放线----挖槽----垫层混凝土----养护----纵向预留钢筋----绑扎锁口圈梁钢筋----安装竖井井架及梯道预埋件----支搭锁口圈梁模板----养护----拆模为了顶管工作井下部钢梁能与锁口圈梁连接，锁口圈梁向下预留钢筋接头。2.2顶管工作井井身开挖顶管工作井井身采用分段开挖，分阶段支护，随挖随支护，每一循环挖深0.8m左右，开挖后焊接锚杆，焊接纵向钢筋及安装及钢筋网，复喷混凝土至设计厚度250mm。施工程序：测量放线----井身开挖----安装钢架----焊接纵向钢筋及安装钢筋网----喷混凝土至设计厚度----下一循环工序。2.3护壁锚喷混凝土施工顶管工作井井壁支护钢隔栅喷射混凝土支护方法，井壁为250mm厚，C20喷射混凝土。2.4封底，井身开挖及支护至设计标高后，现浇200mm厚C20混凝土封底，井底预留集水坑。2.5竖井开挖过程中，随开挖随对周边井壁进行回填注浆，保证井壁背后土体稳定。顶管留洞尺寸为套管直径，洞口处加设加强筋，周围抹平。四、管材选用及管件构造要求1.管材选用顶管材质应根据管道用途、管材特性及当地具体情况确定。2.钢管顶管用钢材宜选用Q235B。顶管管材的规格和性能应符合现行国家标准《碳素结构钢》GB/T700的要求。管壁厚度应采用计算厚度加腐蚀厚度，腐蚀量厚度应根据使用年限及环境条件决定，且不应小于2mm。3.钢筋混凝土管钢筋混凝土顶管的混凝土强度不宜低于C40，抗渗等级不应低于S8。混凝土及钢筋的力学性能指标应按现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB50010的规定采用。4.混凝土管接头可按下列原则选用：4.1混凝土管接头宜使用钢承口和双插口接头。4.2双插口接头应使用钢套环或不锈钢套环。4.3应优先选用钢承口接头。4.4接头的允许偏转角应大于0.5°。“F”型钢套环接口的结构形式