泥水平衡顶管施工方案

泥水平衡顶管施工方案工作井施工完成后，开始顶管施工，针对施工地区的土质情况，我方计划采用泥水平衡顶管施工方案。1、泥水平衡顶管施工工艺一、泥水平衡式顶管微型掘进机被主顶油缸向前推进，掘进机头进入止水圈，穿过土层到达接收井，电动机提供能量，转动切削刀盘，通过切削刀盘进入土层。挖掘的土质，石块等在转动的切削刀盘内被粉碎，然后进入泥水舱，在那里与泥浆混合，最后通过泥浆系统的排泥管由排泥泵输送至地面上。在挖掘过程中，采用复杂的泥水平衡装置来维持水土平衡，以至始终处于主动与被动土压之间，达到消除地面的沉降和隆起的效果。掘进机完全进入土层以后，电缆、泥浆管被拆除，吊下第一节顶进管，它被推到掘进机的尾套处，与掘进头连接管顶进以后，挖掘终止、液压慢慢收回，另一节管道又吊入井内，套在第一节管道后方，连接在一起，重新顶进，这个过程不断重复，直到所有管道被顶入土层完毕，完成一条永久性的地下管道。掘进机在掘进过程中，采用了激光导向控制系统。位于工作后方的激光经纬仪发出激光束，调整好所需的标高及方向位置后，对准掘进机内的定位光靶上，激光靶的影像被捕捉到机内摄像机的影像内，并输送到挖掘系统的电脑显示屏内。操作者可以根据需要开启位于掘进机内置式油缸进行伸缩，为达到纠偏的目的，调整切削部分头部上下左右高度。在整个掘进过程中，甚至可以获得控制整个管道水平、垂直向5cm内的偏离精度。当工作井完成以后，经调试完毕的液压系统，顶管掘进机便通过运输至工地，并安装就位至导轨上，微型掘进设备还包括，操纵室和遥控台、液压动力站、后方主顶、泥水循环装置，激光定位装置，减摩剂搅拌注入装置，泥水处理装置；其他辅助装置包括起重机，发电机、卡车、电焊机等。随后，微型掘进装置上。泥水平衡式顶管突出的优点：（1）适用的土质范围比较广，如在地下水压力很高，以及变化范围很大的条件下，它都适用。（2）可有效地保持挖掘面的稳定，对所顶管子周围的土体扰动比较小，因而由顶管引起的地面沉降较小。（3）与其他类型的顶管比较，泥水顶管施工时的总推力比较小，尤其在粘土层这种表现得更为突出，所以特别适用于长距离顶管。（4）工作坑内的作业环境较好，作业比较安全，由于它采用泥水管道，输送弃土，不存在吊土，搬运等危险的作业。（5）泥水输送弃土为连续作业，因此进度比较快。主要设备参数：本工程使用的主要设备是YX-2000型和YX-1800型泥水平衡顶管机。主要参数如下：1尺寸外径（mm）：2420全长（mm）：4300重量（T）：252切削刀盘电机功率（KW）：74转矩（KN.m）：470转速(r/min)：1.5ɑ=3.323纠偏油缸数量（个）：4每个推力（KN）：1072纠偏角度：上下1.7°,左右1.2°4液压站（KW）：37顶力（T）：200×6行程（MM）：17005泥水系统排泥泵（KW）：55送泥泵（KW）：55送排泥管：4”6测量系统：用J2激光经纬仪导向14123546789顶管系统总体布置图1—顶铁2—油缸架3—油缸4--测量系统5—后靠背6—导轨7—止水胶板8—管道9—掘进机10--油泵11—汽车吊12--泥浆池13--通风机14--管材15--泥浆外运车10121315二、施工工艺流程：测量引点→工作井施工→测量放样→井下导轨机架、液压系统、止水圈等设备安装→地面辅助设施安装→顶管掘进机吊装就位→激光经纬仪安装→掘进机出工作坑→正常顶进→顶管机进接收坑，如下图所示。顶管机出洞顶管设备就位机头刀盘运转顶管机进洞送排泥泵开启顶进出土泥水分离主顶推进到位回缩主顶拆除管内管线管节安装安装管内管线弃土出运顶管机转场进洞密封器安装出洞密封器安装放样、复核井施工顶管井回填顶管井施工2、顶力计算、最大顶距确定和准备工作本工程顶管单元长度根据设计图纸的井室位置、地面运输和开挖工作坑的条件、顶管需要的顶力、后背与管口可能承受的顶力等因素确定单元长度。本工程土质参数基本相同，顶力计算时分不同管径取一个最大管径和最大单元长度进行计算。一、顶力的计算最大推力计算，采用经验公式，按最大顶距340米计算：F=F1+F2上式中：F—总推力；F1—端阻力；F2—侧壁摩阻力；F1=п/4×D2×P=1/4×3.14×2.422×7.32=34t式中D—管外径；P—控制土压力；P=Ko·γ·Ho=0.55×1.9×7=7.32t/m2式中：Ko—静止土压力系数，一般取0.55Ho—地面至掘进机中心的高度，取值7mγ—土的重量，取1.9t/m3F2=πD·f·L=3.14×2.4×0.4×340=1024吨式中：f—管外表面综合磨擦阻力，根据地质勘察报告，取值0.40T/m2D—管外径L—顶距F=F1+F2=34+1024=1058T〉工作井允许顶力，需要设置一个中继环。中继允许顶力1200×0.7=840吨，设置在距掘进机160米处，余下180米总顶力为P=34+3.14×2.4×0.4×180=576吨〈600吨，可满足要求。二、地面准备工作①在顶管顶进施工前，按要求进行施工用电，用水，通道，排水及照明等设备的安装。施工用电每台套采用150KW的发电机组。水需从外拖运，要修进场简易便车道，保证施工管材料、设备及机具进场。还需铺毛渣石的场平。现场设备摆放空间至少需长45米，宽55米的平整封闭场平区域。②施工材料，设备及机具必须备齐，以满足本工程的施工要求。管节等准备要有足够的余量(30～40m)。③井上，井下建立测量控制网，并经复核报验监理认可。三、井下准备工作及井内布置工作井井内布置主要是后靠背、导轨、主顶油缸、油泵动力站、钢制扶梯等。顶管基座为钢结构预制构件，顶管基座位置按管道设计轴线准确进行放样，安装时按照测量放样的基线，吊入井下就位安装固定。基座上的导轨按照顶管设计轴线并按实测洞门中心居中放置，并设置支撑加固，保证基座稳定不变形。四、技术交底，岗位培训在顶管施工前，对参加施工的全体人员分阶段进行详细的技术交底，对各技术工种进行岗位培训，经考核合格后，才能上岗。3、后座墙后座墙是顶进管道时为千斤顶提供反作用力的一种结构，有时也称为后座、后背或者后背墙等。在施工中，要求后座墙必须保持稳定，一旦后座墙遭到破坏，顶进工程就要停顿。后座墙设计要通过详细计算，其重要程度不亚于顶进力的预测计算。1．后座墙主要有功能是在顶进过程自始至终地承担主顶工作站顶管前进时的后坐力。后座墙的最低强度应保证在设计顶进力的作用下不被破坏，要求其本身的压缩回弹量为最小，以利于充分发挥主顶工作站的顶进效率。在设计和安装后座墙时，应使其满足如下要求。（1）、要有充分的强度在顶管施工中能承受主顶工作站千斤顶的最大反作用力而不至破坏。（2）、要有足够的刚度当受到主顶工作站的反作用力时，后座墙材料受压缩而产生变形，卸荷后要恢复原状。如压缩回弹量大，会导致大量行程消耗在后座墙压缩变形土，从而大在降低千斤顶的有效冲程，使顶进效率降低。故后座墙必须具有足够的刚度。（3）、后座墙表面要平直后座墙表面应平直，并垂直于顶进管道的轴线，以免产生偏心受压，使顶力损失和发生质量、安全事故。（4）、材质要均匀后座墙材料的材质要均匀一致，以免承受较大的后座力时造成后座墙材料压缩不匀，出现倾斜现象。4、泥水系统、水压控制、注浆量的计算一、泥水系统泥浆系统有二个作用：送走被挖掘机的渣土和平衡地下水。泥浆系统是由密封的管道组成，通过机头循环，形成泥浆混合物，由排泥管送走，最后沉淀在地面上的泥浆池内，泥浆通过众多的排泥泵被排出。再由进水泵进水送入机头，排泥由变速的排泥泵进行控制。机坑旁通装置可控制进排泥浆的速度、方向，以防止泥渣堵塞管道，淤积现场。当挖粘土时，可能使普通粘土，有一定的粘合度，可以直接将泥浆排入泥浆池内，但是当挖沙土时，泥浆中必须添加一定的粘合剂（诸如膨润土等）以增加泥浆粘度，以达到排渣的最终目的。进排泥水系统起着第二个作用：在有地下水存在的地方，掘进机表面的压力可以降低到小于水中的压力。这样避免了抽地下水的需要。进排泥水系统中的压力感应器可测出地下水的压力。机内泥水循环系统，电磁阀，旁通装置及载水阀可以起到调节水压的作用。机内电磁阀和旁通系统，可以阻止水压的变化，保持水压，在加管道时，不至于减小机头的水压，保证内部压力平衡。二、注浆量的计算2．1注浆量计算本工程每1米注浆量计算如下：V＝πDwTL＝3.14×2.6×0.1×1＝0.816m3（1）按照地质条件。一般压浆量为计算的150％～200％，本工程在粉砂土顶进，按照200％进行注浆量控制。（2）为防止路面沉陷和地上、地下构筑物不受扰动，顶管结束后，应及时对管体四周的缝隙充填水泥浆，使其密实坚固，填充水泥所用设备与触变泥浆设备相同。逐孔注浆，水泥浆液需搅拌均匀，无结块，无杂物，注浆结束后，要及时清理注浆设备，以防堵塞。（3）注浆压力根据管道深度H和土的天然重度γ而定，经验为2～3γH，本工程注浆压力为0.2～0.3MPa。（4）压浆填充材料：在管顶间隙较小管段，采用管内注浆，压浆材料为水泥粉煤灰浆，配比为，水泥：粉煤灰＝1：3（5）注浆顺序：每段注浆从第一孔开始，直注至下一孔出浆，依次注完。每段注浆后，静止6～8小时后进行第二次注浆。第二次注浆压力不变，直至压不进为止。根据本工程特点，初步设计每3节管（每节2米长）布设1节注浆管，依次调整注浆孔的位置，确保每个方向都能注浆润滑。总注浆量应不小于管外环形空间体积的2倍，考虑到泥浆的漏失，必须经常性地连续补浆，确保泥浆套的完整。注浆减磨要点：(1)选择优质的触变泥浆材料，对膨润土取样测试。主要指标为造浆率、失水量和动塑比。(2)在管子上预埋压浆孔，压浆孔的设置要有利于浆套的形成。(3)膨润土的贮藏及浆液配制、搅拌、膨胀时间，听取供应商的建议但都必须按照规范进行，使用前必须先进行试验。(4)压浆方式要以同步注浆为主，补浆为辅。在顶进过程中，要经常检查各推进段的桨液形成情况。(5)注浆设备和管路要可靠，具有足够的耐压和良好的密封性能。在注浆孔中设置一个单向阀，使浆液管外的土不能倒灌而堵塞注浆孔，从而影响注浆效果。(6)注浆工艺由专人负责，质量员定期检查。(7)注浆泵选择脉动小的柱塞液压，流量与顶进速度相应配。(8)由于顶管线路长，为使全程注浆压力不致相差过大，在中间还将每隔150m增设压浆泵以增大压力。5、操作控制系统由一名受过高度训练的操作人员，在地面控制室外内操作并仔细检测着整个操作系统、观察掘进机内的土压、油压、激光束位置。控制台提供操作数据和控制整套系统的电子按钮。控制板可以是人工控制方向和数据记录，或者是全自动控计算机控制方向和记录，其他的工作人员则负责井内管道和顶铁的更换以及进行、进排泥管和电缆的连接。当掘进机到达接收井时，挖掘会暂时中断，如果遇到有地下水或软土层时，还需有洞口止水圈安装在接收口墙上。最后，掘进机头从土层出来进接收井，就完成整个管道的铺装。这以后，掘进机被撤走，建造人工出口，接收井被关闭。一个工程常常有几个掘进段组成，这时，在工作井内的顶进设备变换方向，重新开始另一方的顶进工作，这个过程每过一个工作井重复二次，最后铺设成了整个下水道或输送管道。6、进出洞口的措施及管道顶进顶管和微型隧道施工中的进出洞口作业是一项很重要的工作，施工中应充分考虑到它的安全性和可靠性。尤其是从工作坑中的出洞开始顶管，如果出洞安全、可靠又顺利，那么可以说顶管施工已成功了一半。许多顶管工程就是失败在进出洞口这两个环节上。顶进前，首先对洞口6米处土体进行土体加固，其次，为防止洞口处的水土沿工具管外壁与洞门的间隙涌入工作井，在工作井内洞口处安装一道环形橡胶止水圈。在顶进施工过程中又可防止减摩浆从此处流失，保证泥浆套的完整，以达到减小顶进阻力的效果。工程技术人员、施工人员应了解施工现场情况和熟悉洞口附近的地质情况。分析可能出现洞口漏泥、水情况，井内布置一台排污泵，并制定相应的措施。在机头进洞时因土体是流沙，地下水位高，土体松软，地基承载力差，虽然经过地基处理，但为了机头顶进安全，机头不下沉，还应有机头加固措施。机头进洞时将机头与后面的五节管用拉杆连接起来，使之成为一个整体，