机械式土压泥水平衡顶管施工方案

上海市第二市政工程有限公司1D1800钢管顶管施工方案一、概述本次Φ1800顶管工程是南京市城东污水处理系统07标段污水收集系统中的一个重要组成部分。本段Φ1800顶管施工具体长度如下：1.B15＃井～泵站Φ1800钢管，顶进长度m。2.B15＃井～B16＃井Φ1800钢管，顶进长度约m。3.B5＃井～B16＃井Φ1800钢管，顶进长度约m。由于顶管施工均在运粮河及秦淮河侧进行，并且要穿越运粮河河道，所以施工比较复杂。顶管施工覆土较深，顶进距离较长，对施工有影响的建（构）筑物尚未拆除，因此顶管施工的难度较大。本项目共有段顶管，全长约M，管径为Φ1800钢管。本工程钢管顶管采用机械式土压泥水平衡顶管掘进机进行施工。上海市第二市政工程有限公司2二、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钢管进场验收钢管拼接施工准备钢管顶进结束上海市第二市政工程有限公司3三、顶进掘进机选型本工程经过反复方案论证，最后确定选用D1000机械式土压泥水平衡顶管掘进机。机械式土压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上海市第二市政工程有限公司4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、排泥管。该掘进机的机械式土压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。上海市第二市政工程有限公司5四、中继环的选型由于本次顶管顶进距离为270m，计划使用1套中继环，采取接力顶进。由于中继环启动伸缩次数很多。密封圈极易摩损失效而发生漏水、漏泥砂、漏浆等现象，给工程带来严重后果，甚至发生工程事故。为此本工程中继环设二道密封圈。在二道密封圈之间设置4只可以压注润滑油脂的油嘴，以减轻顶进时密封圈的摩损。还设置有4只注浆孔，顶进时可进行同步注浆，以减小顶进阻力。该结构形式的中继环，在历次水下顶进中，未发生泥浆泄漏现象。五、顶管出洞技术措施由于本工程管道顶部为粉砂土,做好顶管出洞口措施是施工成败的关键，在出洞口先进行分层双液注浆地基加固是非常必要的，加固范围为L＊B＊H＝8m*5m*13m1．注浆流程:放样定位注浆就位埋设注浆管制备浆液注浆拔管移孔、注浆上海市第二市政工程有限公司62．双液注浆的基本原理双液注浆为渗透性注浆。浆液注入土体的过程，一般总是先渗透，当通道被阻并且压力足够大时，即在土体中产生劈裂现象，浆液顺裂缝进一步扩散。当浆液极稠（坍落度2~3cm的砂浆）而压力又很大时（8~10Mpa），就产生浆液对周围土体明显的压密现象。渗透性注浆，浆液在压力的作用下，克服地下水压、土粒孔隙间的沿程阻力和本身的流动阻力，渗入土体天然孔隙和土粒骨架产生固化反应，在土层结构基本上不受扰动和破坏和情况下达到加固的目的，从原理上讲，只要注浆管出口点的浆液压力大于该点的地下孔隙水压力，就能把浆液压入土体。压力越大，吸浆量和扩散距离也越大。注浆压力一般为0.3~0.5Mpa，最大压力不超过1Mpa。浆液的颗粒尺寸必须小于土的孔隙尺寸。浆液的扩散范围除取决于注浆压力外，还受浆液流动性的影响。渗透注浆，常用于在渗透系数大于10-4cm/s的饱和含水砂性土层中做防水帷幕和加固土层。采有渗透注浆可以堵塞砂性土的渗流通道，并使一定范围的饱和含水的砂性土体固结成有较大强度的不透水的加固土体。采用超细水泥或聚胺脂、丙凝等化学浆液，可使渗透注浆在较大范围的使用中收到良好效果。本工程的双液注浆方法是采用双泵系统，主剂和促凝剂分开，然后到总管中汇合注入土中。3．注浆方案双液注浆可有效控制浆液流动的范围，使浆液达到速凝的效果，大大增加止水效果。上海市第二市政工程有限公司7１)注浆参数钻孔距：50cm；钻孔深度：14m；扩散半径：2m；浆液填充率：40%（包括损失系数）；注浆压力：0.5Mpa~1.5Mpa；水灰比：0,7~0.8；水泥浆；水玻璃＝1:1，双液浆配比:水玻璃/水泥＝15%水泥含量:375KG/M3土体。２)注浆设备钻机；ＰＡ150液压钻机１～２台；注浆泵：ＳＹＢ50/50-1液压注浆泵４台；拌浆桶：ss-200为２台。３)注浆材料水泥：要求普通硅酸盐水泥，新出厂；水玻璃；浓度；４０度模数３左右。4、洞口止水装置（见下图）在循环水泵房制作过程中，在洞内侧预埋钢法兰和钢内套，再在洞口砌砖墙封口，顶进开门时，用风镐破除砖墙。坡洞时应不留隐患。在预留洞底部，还应设置延长导轨，以免机头出洞时嗑头。根据设计预留的法兰，我们在法兰上安装洞口止水装置。该装置必须与导轨上的管道保持同心，误差应小于2cm。循环水泵房洞口止水装置密封为橡胶止水法兰。在橡井壁预埋注浆孔橡胶密封环筋板钢法兰上海市第二市政工程有限公司8胶止水法兰之前应预埋注浆孔，以便压注膨润土泥浆。5、顶管出洞口措施1)在预留孔的内侧先预埋钢法兰，顶管前在钢法兰上焊接安装洞口止水装置，可采用帘布橡胶法兰板和扇形钢压板，应确保该装置与基坑导轨上的管道同心。2)基坑导轨、主顶油缸架、承压壁、出洞口应严格控制好设计轴线，安装精度高，并确保牢固稳定。3)机头出洞口推进时，要将机头和前几节管子的上端用拉杆连接好，并调整好主顶油缸编组，以防机头出洞入土后叩头。六、顶管的顶力控制技术顶力控制的关键是做好触变泥浆的注浆工艺，其次是合理地布置中继环。1、确定控制顶力1)顶管后座土体稳定验算由于顶管后座经过土体加固，经试算完全能满足施工要求。2)顶进设备允许最大顶力4台1500KN双冲程油缸，总推力为6000KN。3)控制顶力的确定本工程根据钢管允许顶力确定，本工程控制顶力取F控＝4500KN2、顶力计算和中继环的设置方案1)机头迎面阻力F1＝rHtg2(45°+18°/2)*A上海市第二市政工程有限公司9＝1.8*7.6tg254(π*0.62)＝29t2)机头外壁阻力F2＝πd*L0*f0＝π*1.2*4.5*1.5＝25t3)管外壁摩阻力F3＝πDLf＝π1.2*270*0.5＝508t4)总阻力F＝F1+F2+F3＝562t5)中继环设置计划L1＝（450－54）×0.6/3.14×1.2×0.5=126mL2＝450/(π×1.2*0.5)=238m①本工程270m顶管需设置中继环1套。3．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，对土层的支承和上海市第二市政工程有限公司10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为一个独立的管路系统。配方膨润土纯碱掺加剂漏斗粘度(秒)视粘度CP失水量ml终切力(达因/mm3)比重稳定性A浆12％6‰CMC适量塞流30.591301.07302)触变泥浆的制浆工艺理论和实际施工表明，除了材料的选择和配方以外，触变泥浆的制浆工艺对注浆减摩效果影响很大。搅拌要充分，搅拌后静置时间一般要12小时以上，对同一配方的材料，搅拌不充分，静置时间短，其最终流限可以降低一倍以上。为此，我们设计了高速拌浆器，经高速拌浆30分钟以上抽入储浆箱静置，储浆箱的容积为5m3,充分满足供浆要求。在储浆箱内另设三台搅拌器，静置6小时后，再次搅拌，待12小时以后抽入另一台高速搅拌器，经再次高速搅拌压入总管。3)触变泥浆系统的管路布置系统管路为一路总管，总管为2〞白铁管，从地面将浆液通过一台液压注浆泵注入总管送到机头，以满足机尾同步注浆，支管为G1〞采用耐高压橡胶顶管和接头。在总管上，每隔100m设一只压力表，支管仅在机尾同步注浆断面设二只压力表。4)触变泥浆系统的压注方法制定合理的操作规程，使顶进时形成的建筑空隙及时用润滑泥浆所填补，形成泥浆套，达到减少摩阻力和地面沉降，要达到这一目的，上海市第二市政工程有限公司11就必须严格执行顶管注浆操作规程，由专人操作，质量员检查严格把好质量关。压浆时必须坚持“先压后顶，随顶随压，及时补浆”的原则，补浆应按顺序依次进行，每班不少于2次循环，定量压注。a)同步跟踪注浆地面泥浆站配制好的触变泥浆，经液压注浆泵增压后，进入输浆总管，通过环形分管注入顶管机及管节的压浆孔形成泥浆套。当管节顶进时，利用掘进机尾部环向均匀布置的四只压浆孔，与顶进同步进行跟踪注浆，以确保当掘进机向前时在其后形成的环形空隙立即被泥浆所充填，从而形成完整的泥浆环套。b)补压浆管节在顶进过程中，由于有部分浆液流失到土层中去，因此必须利用钢管上的压浆孔进行补压浆。一般在一节管节顶进结束后，就应进行补压浆。而且还要视每段顶进的阻力情况，随机采取分段补压浆。c)压浆量与注浆压力压浆量原则上控制在同步跟踪压浆量为管节外理论空隙体积的5倍左右，补压浆量一般为管节外理论空隙体积的3倍左右。注浆压力值不宜过高也不应过小，据采用浆液的粘度和管路输送长度，我们通过试顶后，压浆站的压力控制在0.28～0.3MPa较为合适。上海市第二市政工程有限公司125)压浆工艺质量的判别和修正a)在管内注浆总管上每隔100m设一只隔膜式压力表，在机尾1号和2号注浆断面的支管上也各设一只压力表。顶管过程中，作业人员每班应记录各表头压力值。判断方法；如果支管路上，四个压浆点的压力值明显不同，说明没有形成环状浆套。这样就必须在压力较小的压浆孔处压浆，或者把压力超高的压浆孔处的浆液放掉一些，以使各孔压力均衡，形成整环浆套。在无压力表的支管路上，可用手触摸支管，如感觉有静止情况，说明该支管堵塞，应予排除。在总管路上，若压力表超过预定值，说明压浆量太大，反之说明压浆量不够，应给以及时调整。b)在顶进过程中，可以从主顶系统和各中继环系统的液压力值推算出顶进阻力。绘出顶力曲线变化图。如果该曲线显示顶力突然升高，就说明压浆工艺出现问题，应立即查明原因，及时调整。七、顶管方向控制技术(1)测量仪器配备与检验顶管施工需进行三维动态测量，其精度要求特别高，必须采用精度高，性能