顶管施工组织设计-200910

顶管工程1********污水顶管工程施工组织设计编制单位：***********公司二○○九年十月顶管工程2目录第一章工程概况--------------------------------------------------------3第二章顶管机头选择-------------------------------------------------------------3第三章顶管配套设备选型---------------------------------------------5第四章顶管过程中所采取的应急措施-----------------------------7第五章顶管施工工艺的说明------------------------------------------9第六章顶进最大顶推力及其控制措施------------------------------11第七章顶管进出洞口的安全措施------------------------------------15第八章过河顶管沉降控制保护措施---------------------------------20第九章处理有关沼气及承压水的方法及措施---------------------22第十章顶管机械设备表-------------------------------------------------23第十一章线型控制及测量设备-----------------------------------------24第十二章质量保证体系及措施-----------------------------------------26第十三章确保安全生产的技术组织措施-----------------------------27顶管工程3顶管施工方案一、工程概况本工程顶管是*****污水三期管网工程，全线设计为泥水平衡顶管，管径为D1200混泥土管总长度约为1300米。二、顶管机头选择经过反复方案论证，最后确定选用机械式泥水平衡顶管掘进机。机械式泥水平衡顶管掘进机是一种刀盘可伸缩的掘进机，操作可以在基坑内或地面操纵切削刀盘切口封板纠偏千斤顶壳体前后倾斜仪切土口控制电动机吊盘测量仪器液压泵电视摄像仪垫板旁通阀法兰接头排泥浆软管橡胶垫板密封圈排泥浆软管减速装置顶管工程4室内进行的，即Telemole掘进机。掘进机前壳体的前端是刀盘，在刀盘的后面就是泥水仓。刀盘是由电动机通过行星减速器减速以后再驱动的。刀盘可在泥水仓前后移动。刀盘上有二至四个矩形槽，槽内安放着可以前后伸缩的刀排和刀头。刀排向前伸时，可以切削土体，同时被切削下来的土从刀头与刀盘之间的空隙进入泥水仓内。在刀盘的面板上还散布着一个个固定的刀头。该刀头是在槽内刀头缩回后切削土体用的。在刀盘边缘还有几把边缘刀头，该刀头能在校正方向过程中把掘进机边缘的土挖净，使掘进机的方向容易校正。在平时，不进行方向校正时，该刀头可把掘进机前方的土挖成与掘进机壳体一样大小的洞，使掘进机顶进过程中，不使刀盘受挤压的力过大而影响平衡的力。在土质条件比较硬的情况下更是如此。在前后壳体之间有纠偏油缸，在掘进机下部平行地安装着两根管子为进水、排泥管。该掘进机的机械式泥水平衡机理在于刀盘伸缩的液压系统。由于刀盘的伸缩是由油缸控制的，因此，只要控制刀盘油缸后腔的压力，就可以控制刀盘前面的平衡压力。油缸后腔与油泵和溢流阀同时接通，溢流阀调定某一压力值，当掘进机前的土压力大于设定值时，刀盘就后缩，而且刀盘与刀头的空隙增大，进土量也就增加，前方土压力就下降。反之，当掘进机前的土压力小于设定值时，刀盘就向前伸，刀盘一直处于这种前后浮动状态，从而使掘进机前方的土压力保持在某一设定的值附近不变。这就是该掘进机用机械方式的刀盘来平衡掘进机所处土层的土压力。该掘进机还有另一种平衡功能，即由控制排泥管的泥水流量来间接控制开挖面的地下水压力。它把泥水压力控制在比掘进机所处土层的地下水压力高出20Kpa。从而避免了开挖面的地下水干扰影响。由于该掘进机有机械平衡土压力顶管工程5和泥水压力平衡地下水压的双重平衡功能，因此，它施工过后的地面沉降较小。三、顶管配套设备选型1、主顶进装置主顶进系统由油缸组、顶进环、钢后靠及液压泵站等组成，其主要功能是完成管节顶进，是顶管设备系统的主要组成部份。①油缸组油缸组由4只油缸分两列左右对称布置，每列各2只油缸叠积而成，并用可分式结构的支座固定，用联接梁连成一体。油缸选用我公司的双冲程、双作用等推力液压千斤项，每只油缸最大推力为2000kN，装备推力为8000kN，满足管节最大承受顶力的要求。油缸行程3.0m，因此长度2．50m的管节可一次连续顶进完成，无须再设垫块，提高了工效，并减轻了劳动强度。②液压泵站选用2台A2F28RP2斜轴式柱塞油泵，配备Y200L—6型电机。通过调速阀可改变油泵的流量，据顶进时的工况要求及时控制主顶油缸的顶速。以满足开挖面土压平衡的条件，从而起到控制地面沉降的作用。③钢后靠管节顶进时油缸的反力，通过钢后靠均匀地传递到工作井井壁上，避免井壁受力不均或局部受力过大造成井壁结构破坏。钢后靠安装时，应与顶进轴线保持垂直，与井壁间的空隙应用素混凝土填实，确保整体接触。④注浆设备系统顶管工程6在顶管施工中，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及管节上设置的环形分管注入至顶管机及管节的各个注浆孔形成管节外围泥浆套。地面储浆箱外形尺寸L×B×H＝2×1.5×1m=3m3，由搅拌筒搅拌的泥浆抽入储浆箱进行水化膨胀，再通过液压注浆泵压入管内，在膨润土泥浆压入以前，对储浆箱内经水化的泥浆再一次搅拌，以减少压浆管道的阻尼。注浆泵站由SYB50／50—II型单缸液压注浆泵和液压动力站组成，注浆量Q＝80L／min，注浆压力P=0.28～0.3MPa，输浆总管由φ2”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φ1”高压软管。⑤泥水管路系统泥水系统选用二台石家庄水泵厂生产的渣浆泵。一台放在地面上为送泥泵，另一台放在基坑下为排泥泵。进泥管路采用4〞无缝钢管，排泥管路采用4〞无缝钢管，管节接头为卡箍式活络接头。基坑内设有旁通装置等。泥水系统采用Telemole管路系统。渣浆泵型号：4/3C－AH，电机功率18.5KW，流量90m3/h，扬程21.8m。顶管施工的管内出土是影响工效的关键环节，因为采用泥水管路系泥浆池渣浆泵机头＃＃＃顶管工程7统可使顶管实现连续推进。掘进施工中分为四个状态：停止状态、旁路状态、掘进状态及逆洗状态。在“停止状态”，切口水压若下降时，可以及时控制蝶阀的开度，使送泥水管道中的泥水补充到泥水仓，让切口水压力上升并稳定在设定值上。此时若送泥水管道中水压力低于设定值就可连动开启压力调节阀和进水泵，以提高管道水压力。在“旁路状态”时，顺利开启电磁比例阀，启动进水泵，开启进水阀截止阀，再逐个启动排泥泵、接力泵、PE泵。系统启动数分钟后，当送排泥水压油流量趋于稳定，并使送泥水压力和切口水压力基本相同时，再可操作到“顶进状态”。进入“顶进状态”时，顺利开启机头阀，开启进水阀、截止阀，关闭旁通阀。泥水输送系统可逐渐达到泥水平衡，调整送泥水压和排泥流量，使推进过程中一直保持泥水平衡，若在顶进过程中，切口水压值偏离设定值，操作人员应采取措施，使之恢复正常，若切口水压继续偏离，应立即切换到“旁路状态”。如果切口水压的偏离原因是泥水管道堵塞引起的，就应操作至“逆洗状态”，相应转换阀动作，对堵塞管道进行冲洗。管道畅逼后，应再转换到“旁路状态”。顶进结束，应将“顶进状态”切换到“旁路状态”，待泥水平衡后，再切换到“停止状态”。四、顶管过程中所采取的应急措施(1)由于本工程有两段过河顶管，考虑到在顶进过程中，管外壁很可能突然受地下明水的影响，使得触变泥浆套被破坏，引起顶进阻力剧增。为此在顶力配置的过程中，适当增加主顶系统的顶力，在计算顶力时应有足够的安全系数（安全系数取2）。另外在遇到类似紧急情况时、应立即查明原因，找出明水源头，并及顶管工程8时切断该明水，以使顶力恢复正常。(2)本过程顶管可能会遇到旧暗浜或地下不明障碍物，并影响机头姿态控制，为此在顶进过程中必须贯彻勤测微纠的原则，一旦方向突然失控，应立即在前后壳体之间加设辅助纠偏系统。另外机头处若有异声，还应严格控制切土口的开启量，使障碍无不致进入泥浆室而引起堵塞。(3)由于本工程工作量大，工期紧，为确保工程顺利进展。在顶管机头和配套设备的配置时，应有足够的备品，一旦发生设备故障及时更换，然后再修理，以缩短误工时间。顶管工程9五、顶管施工工艺的说明（1）顶管工艺流程图施工准备顶进设备安装测量放样轨道安全后座顶板安装后座千斤顶安装洞口止水装置安装掘进机试运行掘进机井内就位割开闷板后座千斤顶顶进出泥准备掘进机穿墙偏差测量出泥顶进纠偏轴线控制管道顶进接口检验砼管进场验收砼管拼装施工准备砼管顶进结束顶管工程10(2)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。在工作井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在混凝土上先用钢筋混凝土浇平，后靠钢板用δ＝50钢板，在钢板和混凝土墙之间应贯满混泥土并保证密实。（见下图）顶管工程11(3)工作井平面布置本工程采用16T汽车吊，在工作井实行全封闭隔离，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。(见下图)六、顶进最大顶推力及其控制措施1、确定控制顶力1)成品管允许顶力估算D1200F4＝AδC/n＝π（116.52－1042）/4*500/4.5＝2750KN2)工作井后座土体稳定验算P=Fp－FaP------顶管最大计算顶力（KN）Fp------工作井后靠井壁总被动土压力（KN）Fa------工作井顶向井壁总主动土压力（KN）Fp=[21rH2tg2(450+2)＋2cHtg(450+2)]BFa=[21rH2tg2(450-2)－2cHtg(450-2)]B汽车吊顶管工程12γ------土的重度（18KN/m3）H-----工作井深度（13m）φ------内摩擦角(15゜)C-----内聚力(KPa)B-----工作井宽度〔10m〕P=Fp－Fa＝13200KN3)顶进设备允许最大顶力4台2000KN双冲程油缸，总推力为8000KN。4)控制顶力的确定本工程根据以上计算确定为：D1200：F控＝2500KN2)机头外壁阻力D1200F2＝πd*L0*f0＝π*1.2*4.5*15＝254KN3)管外壁摩阻力D1200F3＝πDLf(以最长一节200m计算)＝π1.2*200*3＝2260KN4)总阻力D1200F＝F1+F2+F3＝200+254+2260=2714KN由于以上总阻力均小于其控制顶力,所以本工程不考虑设中继间。顶管工程133．顶力控制的关键技术1)触变泥浆的材料与配方泥浆润滑减摩剂又称触变泥浆，是由膨润土、CMC(粉末化学浆糊)、纯碱和水按一定比例配方组成。不同的土质，应采用不同的配方，才能满足不同的需要。膨润土是触变泥浆的主要材料，作为顶管施工用的膨润土应选钠基膨润土，由其拌制成的浆液，触变以后的流动性和静止下来的胶凝性、固化性都比钙基膨润土拌制的浆液要好，对土层的支承和润滑效果好。但是，我国的膨润土多为钙基膨润土，所以一般用钙基土进行钠化处理。本工程同步注浆和补浆用同一根管路系统，选用同种