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1、D1800鋼管頂管施工方案一、概述本次1800頂管工程是南京市城東污水處理系統07標段污水收集系統中的一個重要組成部分。本段1800頂管施工具體長度如下：1. B15井泵站1800鋼管，頂進長度m。2. B15井B16井1800鋼管，頂進長度約m。3. B5井B16井1800鋼管，頂進長度約m。由于頂管施工均在運糧河及秦淮河側進行，并且要穿越運糧河河道，所以施工比較復雜。頂管施工覆土較深，頂進距離較長，對施工有影響的建（構）筑物尚未拆除，因此頂管施工的難度較大。本項目共有段頂管，全長約M，管徑為1800鋼管。本工程鋼管頂管采用機械式土壓泥水平衡頂管掘進機進行施工。二、頂管工藝流程圖三、頂進掘進2、機選型 本工程經過反復方案論證，最后確定選用D1000機械式土壓泥水平衡頂管掘進機。機械式土壓泥水平衡頂管掘進機是一種刀盤可伸縮的掘進機，操作可以在基坑內或地面操縱室內進行的，即Telemole掘進機。掘進機前殼體的前端是刀盤，在刀盤的后面就是泥水倉。刀盤是由電動機通過行星減速器減速以后再驅動的。刀盤可在泥水倉前后移動。刀盤上有二至四個矩形槽，槽內安放著可以前后伸縮的刀排和刀頭。刀排向前伸時，可以切削土體，同時被切削下來的土從刀頭與刀盤之間的空隙進入泥水倉內。在刀盤的面板上還散布著一個個固定的刀頭。該刀頭是在槽內刀頭縮回后切削土體用的。在刀盤邊緣還有幾把邊緣刀頭，該刀頭能在校正方向過程中把掘進3、機邊緣的土挖凈，使掘進機的方向容易校正。在平時，不進行方向校正時，該刀頭可把掘進機前方的土挖成與掘進機殼體一樣大小的洞，使掘進機頂進過程中，不使刀盤受擠壓的力過大而影響平衡的力。在土質條件比較硬的情況下更是如此。在前后殼體之間有糾偏油缸，在掘進機下部平行地安裝著兩根管子為進、排泥管。該掘進機的機械式土壓平衡機理在于刀盤伸縮的液壓系統。由于刀盤的伸縮是由油缸控制的，因此，只要控制刀盤油缸后腔的壓力，就可以控制刀盤前面的平衡壓力。油缸后腔與油泵和溢流閥同時接通，溢流閥調定某一壓力值，當掘進機前的土壓力大于設定值時，刀盤就后縮，而且刀盤與刀頭的空隙增大，進土量也就增加，前方土壓力就下降。反之，當掘進4、機前的土壓力小于設定值時，刀盤就向前伸，刀盤一直處于這種前后浮動狀態，從而使掘進機前方的土壓力保持在某一設定的值附近不變。這就是該掘進機用機械方式的刀盤來平衡掘進機所處土層的土壓力。該掘進機還有另一種平衡功能，即由控制排泥管的泥水流量來間接控制開挖面的地下水壓力。它把泥水壓力控制在比掘進機所處土層的地下水壓力高出20Kpa。從而避免了開挖面的地下水干擾影響。由于該掘進機有機械平衡土壓力和泥水壓力平衡地下水壓的雙重平衡功能，因此，它施工過后的地面沉降較小。四、中繼環的選型由于本次頂管頂進距離為270m，計劃使用1套中繼環，采取接力頂進。由于中繼環啟動伸縮次數很多。密封圈極易摩損失效而發生漏水、漏5、泥砂、漏漿等現象，給工程帶來嚴重后果，甚至發生工程事故。為此本工程中繼環設二道密封圈。在二道密封圈之間設置4只可以壓注潤滑油脂的油嘴，以減輕頂進時密封圈的摩損。還設置有4只注漿孔，頂進時可進行同步注漿，以減小頂進阻力。該結構形式的中繼環，在歷次水下頂進中，未發生泥漿泄漏現象。五、頂管出洞技術措施由于本工程管道頂部為粉砂土,做好頂管出洞口措施是施工成敗的關鍵，在出洞口先進行分層雙液注漿地基加固是非常必要的，加固范圍為LBH8m*5m*13m 1 注漿流程:埋設注漿管注漿就位放樣定位制備漿液拔管移孔、注漿注漿2雙液注漿的基本原理雙液注漿為滲透性注漿。漿液注入土體的過程，一般總是先滲透，當通道被阻并6、且壓力足夠大時，即在土體中產生劈裂現象，漿液順裂縫進一步擴散。當漿液極稠（坍落度23cm的砂漿）而壓力又很大時（810Mpa），就產生漿液對周圍土體明顯的壓密現象。滲透性注漿，漿液在壓力的作用下，克服地下水壓、土粒孔隙間的沿程阻力和本身的流動阻力，滲入土體天然孔隙和土粒骨架產生固化反應，在土層結構基本上不受擾動和破壞和情況下達到加固的目的，從原理上講，只要注漿管出口點的漿液壓力大于該點的地下孔隙水壓力，就能把漿液壓入土體。壓力越大，吸漿量和擴散距離也越大。注漿壓力一般為0.30.5Mpa，最大壓力不超過1Mpa。漿液的顆粒尺寸必須小于土的孔隙尺寸。漿液的擴散范圍除取決于注漿壓力外，還受漿液流動7、性的影響。滲透注漿，常用于在滲透系數大于10-4cm/s的飽和含水砂性土層中做防水帷幕和加固土層。采有滲透注漿可以堵塞砂性土的滲流通道，并使一定范圍的飽和含水的砂性土體固結成有較大強度的不透水的加固土體。采用超細水泥或聚胺脂、丙凝等化學漿液，可使滲透注漿在較大范圍的使用中收到良好效果。本工程的雙液注漿方法是采用雙泵系統，主劑和促凝劑分開，然后到總管中匯合注入土中。3注漿方案雙液注漿可有效控制漿液流動的范圍，使漿液達到速凝的效果，大大增加止水效果。) 注漿參數鉆孔距：50cm；鉆孔深度：14m；擴散半徑：2m；漿液填充率：40%（包括損失系數）；注漿壓力：0.5Mpa1.5Mpa；水灰比：0,78、0.8；水泥漿；水玻璃1:1，雙液漿配比:水玻璃/水泥15%水泥含量:375KG/M3土體。) 注漿設備鉆機；150液壓鉆機臺；注漿泵：50/50-1 液壓注漿泵臺；拌漿桶：ss-200為臺。) 注漿材料水泥：要求普通硅酸鹽水泥，新出廠；水玻璃；濃度；度模數左右。 4、洞口止水裝置（見下圖）在循環水泵房制作過程中，在洞內側預埋鋼法蘭和鋼內套，再在洞口砌磚墻封口，頂進開門時，用風鎬破除磚墻。坡洞時應不留隱患。在預留洞底部，還應設置延長導軌，以免機頭出洞時嗑頭。根據設計預留的法蘭，我們在法蘭上安裝洞口止水裝置。該裝置必須與導軌上的管道保持同心，誤差應小于2cm。循環水泵房洞口止水裝置密封為橡膠止水9、法蘭。在橡膠止水法蘭之前應預埋注漿孔，以便壓注膨潤土泥漿。5、頂管出洞口措施1)在預留孔的內側先預埋鋼法蘭，頂管前在鋼法蘭上焊接安裝洞口止水裝置，可采用簾布橡膠法蘭板和扇形鋼壓板，應確保該裝置與基坑導軌上的管道同心。 2) 基坑導軌、主頂油缸架、承壓壁、出洞口應嚴格控制好設計軸線，安裝精度高，并確保牢固穩定。 3) 機頭出洞口推進時，要將機頭和前幾節管子的上端用拉桿連接好，并調整好主頂油缸編組，以防機頭出洞入土后叩頭。六、頂管的頂力控制技術頂力控制的關鍵是做好觸變泥漿的注漿工藝，其次是合理地布置中繼環。1、確定控制頂力1) 頂管后座土體穩定驗算由于頂管后座經過土體加固，經試算完全能滿足施工要求10、。2) 頂進設備允許最大頂力4臺1500KN雙沖程油缸，總推力為6000KN。3) 控制頂力的確定本工程根據鋼管允許頂力確定，本工程控制頂力取F控4500KN2、頂力計算和中繼環的設置方案 1) 機頭迎面阻力F1rHtg2(45+18/2)*A 1.8*7.6tg254(*0.62) 29t2) 機頭外壁阻力F2d*L0*f0 *1.2*4.5*1.5 25t3) 管外壁摩阻力F3DLf 1.2*270*0.5 508t4) 總阻力 FF1+F2+F3562t5) 中繼環設置計劃L1（45054）0.6/3.141.20.5=126mL2450/(1.2*0.5)=238m 本工程270m頂管11、需設置中繼環1套。3頂力控制的關鍵技術1) 觸變泥漿的材料與配方泥漿潤滑減摩劑又稱觸變泥漿，是由膨潤土、CMC(粉末化學漿糊)、純堿和水按一定比例配方組成。不同的土質，應采用不同的配方，才能滿足不同的需要。膨潤土是觸變泥漿的主要材料，作為頂管施工用的膨潤土應選鈉基膨潤土，由其拌制成的漿液，觸變以后的流動性和靜止下來的膠凝性、固化性都比鈣基膨潤土拌制的漿液要好，對土層的支承和潤滑效果好。但是，我國的膨潤土多為鈣基膨潤土，所以一般用鈣基土進行鈉化處理。本工程同步注漿和補漿為一個獨立的管路系統。 配方膨潤土純堿摻加劑漏斗粘度(秒)視粘度CP失水量ml終切力(達 因/mm3) 比重穩定性A漿126CM12、C適量塞流30.591301.07302) 觸變泥漿的制漿工藝理論和實際施工表明，除了材料的選擇和配方以外，觸變泥漿的制漿工藝對注漿減摩效果影響很大。攪拌要充分，攪拌后靜置時間一般要12小時以上，對同一配方的材料，攪拌不充分，靜置時間短，其最終流限可以降低一倍以上。為此，我們設計了高速拌漿器，經高速拌漿30分鐘以上抽入儲漿箱靜置，儲漿箱的容積為5m3,充分滿足供漿要求。在儲漿箱內另設三臺攪拌器，靜置6小時后，再次攪拌，待12小時以后抽入另一臺高速攪拌器，經再次高速攪拌壓入總管。3) 觸變泥漿系統的管路布置 系統管路為一路總管，總管為2白鐵管，從地面將漿液通過一臺液壓注漿泵注入總管送到機頭，以滿13、足機尾同步注漿，支管為G1采用耐高壓橡膠頂管和接頭。在總管上，每隔100m設一只壓力表，支管僅在機尾同步注漿斷面設二只壓力表。4) 觸變泥漿系統的壓注方法制定合理的操作規程，使頂進時形成的建筑空隙及時用潤滑泥漿所填補，形成泥漿套，達到減少摩阻力和地面沉降，要達到這一目的，就必須嚴格執行頂管注漿操作規程，由專人操作，質量員檢查嚴格把好質量關。壓漿時必須堅持“先壓后頂，隨頂隨壓，及時補漿”的原則，補漿應按順序依次進行，每班不少于2次循環，定量壓注。 a)同步跟蹤注漿 地面泥漿站配制好的觸變泥漿，經液壓注漿泵增壓后，進入輸漿總管，通過環形分管注入頂管機及管節的壓漿孔形成泥漿套。當管節頂進時，利用掘進14、機尾部環向均勻布置的四只壓漿孔，與頂進同步進行跟蹤注漿，以確保當掘進機向前時在其后形成的環形空隙立即被泥漿所充填，從而形成完整的泥漿環套。 b)補壓漿管節在頂進過程中，由于有部分漿液流失到土層中去，因此必須利用鋼管上的壓漿孔進行補壓漿。一般在一節管節頂進結束后，就應進行補壓漿。而且還要視每段頂進的阻力情況，隨機采取分段補壓漿。 c)壓漿量與注漿壓力 壓漿量原則上控制在同步跟蹤壓漿量為管節外理論空隙體積的5倍左右，補壓漿量一般為管節外理論空隙體積的3倍左右。 注漿壓力值不宜過高也不應過小，據采用漿液的粘度和管路輸送長度，我們通過試頂后，壓漿站的壓力控制在0.280.3MPa較為合適。5) 壓漿工15、藝質量的判別和修正a) 在管內注漿總管上每隔100m設一只隔膜式壓力表，在機尾1號和2號注漿斷面的支管上也各設一只壓力表。頂管過程中，作業人員每班應記錄各表頭壓力值。判斷方法；如果支管路上，四個壓漿點的壓力值明顯不同，說明沒有形成環狀漿套。這樣就必須在壓力較小的壓漿孔處壓漿，或者把壓力超高的壓漿孔處的漿液放掉一些，以使各孔壓力均衡，形成整環漿套。在無壓力表的支管路上，可用手觸摸支管，如感覺有靜止情況，說明該支管堵塞，應予排除。在總管路上，若壓力表超過預定值，說明壓漿量太大，反之說明壓漿量不夠，應給以及時調整。b) 在頂進過程中，可以從主頂系統和各中繼環系統的液壓力值推算出頂進阻力。繪出頂力曲線16、變化圖。如果該曲線顯示頂力突然升高，就說明壓漿工藝出現問題，應立即查明原因，及時調整。七、頂管方向控制技術 (1) 測量儀器配備與檢驗 頂管施工需進行三維動態測量，其精度要求特別高，必須采用精度高，性能優良的測量儀器。為此，特配備了Leica TC2002型全站儀（測角+1”，量距1+1ppm），Leica T2經緯儀，Leica 鉛垂儀（精度1/40000），NA2 水準儀等一系列精密高檔儀器。頂管施工測量所使用的儀器、附件須及時送質檢單位檢驗，做全面鑒定，并在使用過程中經常進行檢查。(2)控制測量 a. 平面控制 為確保兩井間頂管貫通，橫向、豎向誤差小于100mm，在兩端頭井附近埋設地面導17、線點，利用空導點和地面導線點，以導線測量形式，將平面控制成果引測到施工現場。 利用空導點和地面導線點建立平面控制網。導線測量采用TC2002全站儀，方向觀測6測回，測角精度+1”,測距6測回，雙向觀測，測距相對誤差1/80000，對觀測結果進行平差。 井上座標點向井下傳遞采用聯系三角形方式，點位由Leica鉛垂儀垂直投設。 井下控制頂進方向的基準點用鋼架埋設成固定點，采用全站儀跟蹤觀測機頭平面偏差方向。 b. 高程控制 利用施工區域附近的已知高級水準點，布設二等水準路線，將高程引測到工作井附近，并設立施工高程控制點。水準測量采用NA2型帶平行玻璃板測微器水準儀配合銦鋼尺進行，往返觀測。 地面高18、程傳遞到井下時，可用鋼尺垂直懸掛，下系線錘至標準拉力，然后地面、井下兩臺水準儀同時觀測。鋼尺應進行尺長、溫度兩項改正。井下布設23個地下起始高程控制點。 頂管機頭高程控制水準儀和連通管兩種方式，連通管測量為從掘進機到管尾掛一根10mm透明塑料管，管內充滿水，根據連通原理，讀出二端液面差，再計算出掘進機頭水平偏差。每頂進20cm測量一次偏差值，做到及時掌握機頭姿態和發展趨勢，以便及時糾偏 b.地面沉降觀測 地面沉降點在路面用道釘埋設，特殊要求的構筑物用紅三角標記。 地面沉降觀測在頂管施工過程中每天進行，沉降量控制在+10mm、-30mm之間。 c.頂管姿態測量 為保證頂管機嚴格按設計軸線推進，必19、須及時觀測頂管動態數據，從而調整頂管各施工參數，指導頂管正確、安全推進。 在頂管機頭部縱向設一對水平橫尺，利用布設的三維坐標控制點，測量各尺讀數，經精確計算得頂管轉角、頂管中心方向偏差值、頂管坡度、頂管中心高程等數據，從而相應調整頂管機的各個施工參數。頂管推進軸線應控制在允許偏差范圍內，如有微小偏差，可按比例分段糾偏。 八、頂管地面沉降控制技術我們將嚴格控制地面沉降值，根據我們的經驗，地表沉降值將控制在1cm以內。1、地面沉降預測計算Attewell和Peck一樣，假定沉降槽的曲線線形為正態分布曲線.見以下公式：i/R=K(z/2R)n V= *i*Smax式中：i-沉陷槽曲線反彎點至中心距離20、； R-頂管開挖半徑； Z-從地表到頂管中心的深度； V-沉陷槽的容積； Smax-地表面最大沉降量 K,n-常數(參照藤田系數表) A-頂管開挖面積。由藤田系數表，得到粉砂土，機械式土壓泥水平衡掘進機的地層土損失量V/A=2.5%，常數K=1，n=1，又根據施工條件，求得i/R= K(z/2R)ni=R *K(z/2R)n=0.6*(7.6/1.2)=3.8m由V/A=2.5%，得到V=A*2.5%=(3.14/4)*1.22*0.025=0.028m3 V= *i*Smax Smax=V/( I)=0.028/( *3.8)=0.005m=5mm2、影響地面沉降的主要因素 根據本工程的現場21、條件和特點，影響地面沉降的主要因素有以下幾條：1) 機頭的類型，也就是開挖面的穩定措施。本工程采用機械式土壓泥水平衡頂管掘進機，具有二個平衡機理。能有效控制地表沉降。2) 機殼外徑與管外徑之間的建筑空隙的大小。本工程建筑空隙為2cm，既有利于泥漿套的形成，又不使空隙增大造成沉降。3) 頂進糾偏的偏心度。本工程頂管糾偏控制角度為0.5實際施工盡可能使糾偏角度小。4) 泥漿套的形成質量。5) 管道的密封狀況。3、減小地面沉降的針對性措施1) 減小頂管過程中的地面沉降措施a.地面監測，優化掘進機參數在初始推進階段，要精心組織地表監測，在軸線上方布設沉降控制樁。通過地表監測得到隆沉量與相對應的掘進機主22、參數（包括推進速度、開挖面土壓力,泥水壓力值，出泥濃度等）進行比較，從而優化掘進機參數，指導以后的頂管推進。b.注漿穩定措施除了在初始推進階段，優化推進參數以外，在頂進過程中加強同步注漿也是有效手段之一，必須盡可能將膨潤土泥漿套隨機頭向前移動，形成連續的環狀漿套。要選擇觸變性能良好的膨潤土制漿材料。c.嚴格控制糾偏角度，一般情況下糾偏角度應控制在0.2。當糾偏角度大于0.5或者偏差超過3cm的情況下，應該報警，并逐級匯報，經研究后方可繼續頂進。2) 減小頂管后期沉降的措施在頂進結束后，我們必須立即用純水泥漿置換膨潤土泥漿，置換水泥漿的水灰比為0.45，P=0.20.5Mpa，Q=0.3m3/m23、。九、頂管施工中所采取的關鍵技術措施1、頂管泥漿減阻的技術措施 實際施工中,通過管壁外優質潤滑泥漿的制作和壓注措施可大大降低頂進阻力.注漿為機頭同步注漿和管道補漿二部分。 頂進時，利用機頭尾部環向均勻布置的四只壓漿孔，及時進行注漿，保證在機頭后面形成完整有效的泥漿套。機頭后面的三節鋼管上都有壓漿孔，再往后每三節里有一節管節上壓漿孔，鋼管壓漿孔均呈斜向450正交環向交叉布置。頂進時利用鋼管上的壓漿孔進行補壓漿。2、頂管中繼環接力頂進技術措施結合本工程的特殊情況擬設計一種新型的中繼環，用于接力頂進。這種中繼環采用雙道橡膠密封圈進行密封。3、 頂管管節止轉的技術措施頂進時機頭糾偏的作用下會發生旋轉，24、而機頭旋轉尤其是轉角偏大時會對頂進造成不利影響，因此對工具管要采取糾旋轉措施。機頭的旋轉主要采用刀盤逆轉可實現糾偏效果，另可采用加壓重塊的方法。在機頭二側焊壓鐵支架，1#與6#管二側亦焊壓鐵支架。二側先平均放壓鐵，共10t。一旦發現機頭有微小偏轉，立即將壓鐵移到一側。1#中繼環放在機頭后面，起二個作用，其一，輔助機頭糾偏，其二，該中繼環油缸伸縮時可釋放機頭的扭轉力矩起到防止機頭偏轉的目的。4、 管道密封技術由于本工程管道埋設粉砂土層中，在地下工程中的密封問題是非常重要，我們將抓住每個環節，決不留任何隱患。1掘進機的密封對機械式土壓泥水平衡頂管掘進機施工，一旦在頂管施工中發生掘進機密封失效，將是25、難以在地下修復的。掘進機的密封有二個地方：一是主軸密封，我們設計了三道組合密封，并在相鄰密封之間留有油槽。在施工中，用油嘴泵注入具有一定壓力的油脂，來抵抗地下泥水的壓力。應該說這是目前國內外地下掘進機中最可靠的密封形式。二是掘進機前后殼體之間的密封，我們在原有的一道密封基礎上增加了一道Y型密封，并在二道密封之間注入油脂，以使掘進機前后殼體之間的密封也做到萬無一失。2) 中繼環的密封如前所述，中繼環的密封采用雙道橡膠圈。在施工中，我們還能注入油脂來減少密封件磨損和幫助產生良好的密封狀態。盡管如此，由于中繼環是伸縮的，是動密封，所以我們必須對有關的材料，加工尺寸精度和安裝質量引起高度重視，由專人負26、責把好各道質量關。十、鋼管的制作、焊接和內外防腐措施 進場焊接前，應根據材質和工藝要求編制、進行焊接工藝試驗和評定（同一材質不少于2個/組）。根據批準后的焊接工藝評定報告，由焊接工藝責任工程師編制“焊接工藝作業指導書”和焊縫返修作業指導書，施工中按規定焊接工藝進行。1. 焊工（1）焊工資格：焊工須持有技監（勞動）部門頒發有效的壓力容器相應級別下向焊的焊工資格，并經當地焊接主管部門考核頒發的長輸管線施焊資格。焊工進入工地，由現場項目部組織進行試焊23個與現場的材質、焊接工藝相同的焊口，經外觀、無損探傷（超聲波、射線）全位置檢查合格（一條環縫至少90%以上射線級以上）方允許上崗。上崗焊工登入“焊工27、登記表”以便集中管理。（2）每個焊工作業班組至少由3名焊工組成，并配備2-3拼裝工。2.焊條 焊條在密封良好未開封時，可以不進行烘焙。焊條堆放庫應滿足必要的溫度、濕度和堆放空間要求，不能受到水、油、潮氣、化學物質等有害物質侵蝕。生銹及藥皮脫落的焊條不許使用。3.焊接質量的保證措施1、焊接時，管子保持平衡，不要受到震動和沖擊。焊接時管口用草包封堵，防止穿堂風。2焊機地線連接牢固，禁止焊在母材上損傷母材，禁止地線與管材間發生電弧面燒傷管材表面。3施焊時嚴禁在坡口以外管材表面引弧。4根焊必須熔透，背面成型良好。根焊道焊完后，應盡快進行打磨和熱焊，根焊與熱焊間隔時間不宜超過5分鐘。5施焊時更換焊條應迅28、速，應在熔池來冷卻前換定焊條，并再行引弧。6全位置下向焊應遵循薄層多遍焊道的原則，層間必須仔細清除熔渣和飛濺物，外觀檢查合格后方可焊下一層焊道。7每相鄰兩層焊道更換焊條時，接頭不得重疊，應錯開2030mm。8每根焊條引弧后應一次焊完；每層焊道應連續焊完，中間不應中斷；要保證焊道層間溫度要求，每道焊口應連續焊完。9用纖維素焊條施焊時，出現藥皮嚴重發紅時，應予廢棄。10管道下向焊采用流水作業，每個焊接層由三名焊工同時施焊。當天結束時，不應留有未焊完的焊口，并將管口用管蓋封堵，避免進入臟物。11焊口焊接完成后在管面焊口5cm處用鋼印打上焊工鋼印編號、焊口編號、樁號，無法使用鋼印時可用不易脫落的油漆或記號筆。打磨表面飛濺、夾渣等，并進行外觀檢查合格，同時完成焊接過程的各項有關原始記錄。