顶管施工技术措施方案(带示意图)

筑龙网顶管施工技术措施方案顶管施工是继盾构施工之后发展起来的一种地下管道施工方法，它不需要开挖面层，并且能够穿越公路、铁道、河川、地面建筑物、地下构筑物以及各种地下管线。顶管施工就是借助于主顶油缸及管道间中继间等的推力，把工具管或掘进机从工作坑内穿过土层一直达到接引坑内吊起。与此同时，也就把紧随工具管或掘进机后的管道埋设在两坑之间。顶管主要有气压平衡顶管、泥水平衡顶管及土压平衡顶管。本文是为湖南长沙天然气次高压管道长潭高速部分（从浏阳河南岸到李家塘收费站）所编写的施工方案。本段DN600次高压管道沿长潭高速敷设安装，在位于J10+320.04～Ｊ10+434.62段采用DN1000砼管作为套管，天然气管道下穿长潭高速路。本文主要介绍了土压平衡长距离顶管。方案的编写我们不但参考了有关书籍，而且咨询了上海市政二公司顶管技术研究所及镇江煤矿专用设备厂。因此，该方案对于公司以后类似工程的招投标及施工技术措施的编写有一定的参考作用。一、该工程顶管概况：该工程需顶管位置为J1+885.22~J2+095.13、J11+038.6~J11+058.64，需顶管总长度为242.91米。根据设计要求，顶管所用管材为钢筋砼管，砼管内径为DN1000，砼管的壁厚、接口形式等详细资料业主未提供，本施工组织设计暂按常用的F型接口管考虑。顶管位置未提供详细地质资料。根据现场目测，初步判定为较硬粘土及老黄土，地下水位以上。进场后，我们将对顶管位置进行详细地质堪测，作出土质柱状图，以满足现场施工的筑龙网需要。地面到顶管掘进机中心的深度约为3米。根据以上情况，初步确定采用土压平衡顶管（由于许多资料不详，未能进行详细准确计算）。主要顶管施工机具一览表序号机具名称型号规格数量单位备注1泥土加压式顶管掘进机DK12001台镇江专用煤矿设备厂（包括主顶油缸、中继间等全套）2注浆泵QZB-50/601台镇江专用煤矿设备厂3套管式泥土输送泵BTS-11/51台镇江专用煤矿设备厂4电动龙门行车5t1台长江起重机械设备厂5柴油发电机120KW2台1台备用6经纬仪T21台瑞土7激光发射器1台8吊车8t汽车吊1台长江起重机械设备厂9自卸式翻斗车5t2辆筑龙网二、顶管施工工艺流程图及工艺原理图顶管施工工艺流程图及工艺原理图如下：工程开始测量放样出洞准备基坑构筑工作坑设备安装掘土运土放样复核推进测量卸管、接口安装进洞顶管掘进机出洞全线测量收坑工程结束地面设备安装注浆材料准备注浆顶管施工工艺流程图筑龙网、钢筋砼管：2、运输车：3、扶梯：4、主顶油泵：5、行车：6、安全扶栏：7、润滑注浆系统：8、操纵房：9、配电系统：10、操纵系统：11、机头：12、钢筋砼管：13、环形顶铁：14、马蹄形顶铁：15、导轨：16、主顶油缸：17、后座：18、测量系统顶管施工示意图筑龙网三、要施工技术及措施a)工作坑及接收坑A、由于地面距顶管掘进机中心深度约为3米，工作井深度约为3.5米，工作井开挖深度较浅，土质条件较好，故工作井采用机械开挖，人工直槽修边，整体原位浇注钢筋砼前墙、后座墙、工作井壁（钢筋配筋需根据顶推力、土质情况等进行详细计算）。工作坑平面位置及剖面示意如下图所示：500根据主顶油缸、掘进机尺寸具体设计4000前墙后座墙200工作井1000250010002000预埋铁件，用于焊接固定导轨3001000钢筋砼前墙钢筋砼后座墙工作井底板11工作进平面示意图1-1剖面示意图筑龙网、为了防止土层中的水流入工作坑中，影响工作坑的作业，造成洞口塌陷，必须认真做好前墙的止不工作，前墙止水构造如下图所示：11预埋螺栓前墙橡胶止水圈1-1剖面示意图前墙止水圈构造示意图C、接收坑：由于土质情况较好，接收坑采用钢板桩加固即可。2、顶铁及后靠背A、为了将主项油缸的几个点的推力比较均匀地分布到钢筋砼管上，同时起到保护砼管端面的作用，靠近钢筋砼管的顶铁为环形顶铁，环形顶铁的内外径与钢筋砼管的内外径相同，环形顶铁的端面形式必须与钢筋砼管的接口形式相适应，以利于力的传递和保护砼管端面。常用F型接口管环形顶铁示意图如下所示：B、当主顶油缸的行程不足时，主顶油缸回缩后，在主顶油缸和环形顶铁之间加上马蹄形顶铁，继续进行顶管推进。马蹄形顶铁构造示意如下图筑龙网所示：环形顶铁构造示意图（用于F型接口管）马蹄形顶铁构造示意图筑龙网、为了把主顶油缸产生的集中在几个点的数百吨反作用力较均匀地分布在后座墙上，在主顶油缸与后座墙之间加上钢结构后靠背。为便于运输和吊装，灵活组合，后靠背分成两块，其构造示意如下图所示：后靠背示意图(分成左右两块)3、基轨导轨基轨导轨与工作井的钢筋砼底板通过预埋铁件焊接固定，基轨导轨的作用主要有两个：一是使推进管在工作坑中有一个稳定的导向，并使推进管沿该导向进入土层中；二是让环形顶铁、马蹄形顶铁工作时有一个可靠的托架。我们设计采用复合型基轨导轨，基构造示意如下图所示。在每一根导轨上都有两个工作面：水平的一个面供顶铁在其上滑动，而倾斜的一个面则是与管子接触。为了测量及导轨安放的方便，导轨的水平面与钢筋砼管内的管底标高一致。每一副导轨还设有六只可以调节高低的撑脚，以筑龙网方便安装及进行标高的调整校核。可调撑脚复合型基轨导轨示意图111-1剖面图钢筋砼管内底标高4、注浆减摩A、由于顶进长度较长（其中一处连续顶进长度为209.93），且选用管材为钢筋砼管。为了减少顶管过程中管外壁与土体之间的滑动摩擦，减少顶进阻力，减轻主顶油缸负荷，减少主顶油缸对后座墙的反作用力，防止顶坏钢筋砼管及后座墙。必须通过注浆泵将润滑浆压到管壁与土体之间，使管壁与土体之间形成一个浆套，起到润滑减摩的作用。本设计中，我们选用的是QZB-50/60气动注浆泵，该泵为螺杆泵，非常适合顶管注浆，由于螺杆泵脉动小，浆液几乎是从注浆孔空隙中被挤出来的，浆套容易形成且容易保持。B、我们所采用的润滑浆配方为材料名称钠基膨润土废机油CMC增粘剂高分子胶水单位KgLkgkgkg数量1004022900钠基膨润土采用浙江临安膨润土矿生产的顶管专用膨润土。C、带有注浆孔的砼管在掘进机后连续放置4根，不断地注浆，使浆套筑龙网在管子外面保持得比较完整，然后每隔3~5根管子放置一节有注浆孔的管子用以补浆。D、注浆时压力不宜用得太高，因为注浆压力太了容易产生冒浆，不易形成浆套，且过高的压力作用在管子上时，会增加管子周边的正压力，反而使顶进时阻力增大。5、中继间的使用由于一次顶进长度较长，本设计采用中继间将一次顶进的管道分成3~5个推进区间。在顶进过程中，先由几个中继间按先后程序把管子推进一小段距离后，再由主顶油缸推进最后一个区间的管子，这样不断地重复，一直到把管子从工作坑顶到接收坑。管子顶通后，中继间需按先后序在拆除其内部油缸以后再合拢。中继间构造示意如下图所示：1、液压总动力源：2、液压总管：3、中继间油缸中继间顶进示意图中继间在安放时，第一只中继间应放在比较前面一些。因为掘进机在推进过程中推力的变化会因土质条件的变化而有较大的变化。所以，当总筑龙网~60%时，就应安放第一只中继间，以后，每当达到中继间总推力70%~80%时，安放一只中继间。而当主顶油缸达到中继间总推力的90%时，就必须启用中继间。6、通风由于顶进距离较长，管内通风必须高度重视。为了确保管内操作人员供氧充足，防止土层中的有害气体及机械作业过程中产生的粉尘等危害作业人员健康，本设计采用鼓风与抽风相配合的联合通风方式，鼓风风筒的排出口距掘进机小于3m，抽风筒的吸入口距洞口10m~20m，在该系统中，鼓风机的抽风机都安装在工作井的地面上，两者间必须间隔10m以上。该系统的主要特点是通风效果好，且风机都不进入管内，噪声小，对其他工序的影响较小。通风系统布置示意如下图所示：3m10m-20m鼓风机抽风机通风示意图机头7、土压平衡顶管的施工控制A、我们所采用的是镇江煤矿专用设备厂与上海市政二公司顶管技术研究所联合开发的DK1200型土压平衡式顶管掘进机及配套的自动化控制系筑龙网统，该机性能较好，自动化控制精度高。出土采用BTS-11/5套筒式输土泵，该泵能与土压平衡式顶管掘机相配套，使顶管能够连续进行，大大推进土压式顶管的推进速度，同时，也使所顶的管内变得文明、清洁，改善了施工作业环境。B、土压平衡顶管施工的平衡包含两个内容：一是顶管掘进机在顶进过程中与它所处土层的地下水压力和土压力处于一种平衡状态：二是顶管掘进机的排土量与掘进机推进所占去土的体积也处于一种平衡状态。只有同时满足以上两个条件，才能算是真正的土压平衡。从理论上讲，掘进机在顶进过程中，其土仓的压力P如果小于掘进机所处土层的主动土压力PA时,即P＜PA时,地面就会产生沉降。反之，如果在掘进机顶进过程中，土仓的压力大于掘进机所处土层的被动土压力PP时，即P＞PP时,地面就会产生隆起.并且,上述施工过程的沉降是一个逐渐演变的过程,尤其是在粘性土中,要达到最终的沉降所经历的时间会比较长。然而,隆起却是一个立即会反映出来的迅速变化的过程。隆起的最高点是沿土体的滑裂面上升,最终反映到距掘进机前方一定距离的地面上。裂缝自最高点呈放射状延伸。如果我们把土压力控制在PA＜P＜PP这样一个范围内,就能达到土压平衡。从实际操作来看，在复土比较深时，PA到PP这一变化范围比较大，再加上理论计算与实际之间有一定误差，所以必须进一步限定控制土压力的范围。一般常把控制土压力P设置在静止土压力p0±20kpa范围之内。掘进机土压力大小与顶进速度和螺旋输送机的排土量有关，在输土量不变时，顶进速度与土压力成正比；如果推进速度恒定，控制土压力与与筑龙网螺旋输送机的排土量成反比。因此，要保持掘进机内的控制土压力，就必须把顶进速度和排土量控制在一个合适的范围内。土压平衡管理流程如下图所示：在初始顶进时，必须反复试验，只有当初始顶进比较正常了，才可对掘进机进尺时所占的空间及排出土的量之间进行比较。一般情况下，在排土量达到进尺空间土量的95%～１００％时，都应视为正常。为了进一步检验排土是否标准，还可以根据地面沉降量来确定是否需要增加或减少排土量。假定我们设计的地面最大沉降量为±5mm。如果地面出现隆起，就应增YYY理论控制土压力初始顶进试验掘进控制土压力或变更运转条件的决定或变更土仓内的土压力与控制土压力相等排土量与进尺空间土的质量相等（95%~100%）地面变形量±5mm正常推进NNN筑龙网大排土量；如果地面出现沉降，就应减少排土量。只有在上述一切数据都正常的情况下，才可以进行正常的顶进。