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1、機(jī)械頂管工程施工方案1、頂進(jìn)設(shè)備選型及工藝針對本工程頂管段水文、地質(zhì)條件特點(diǎn)，頂管采用封閉式頂管工 藝，采用泥水平衡頂管工藝。(1)泥水平衡頂管工藝基本原理：泥水平衡頂管工藝基本原理是將已調(diào)成一定濃度和比重的泥水, 通過送泥水系統(tǒng)送至頂管機(jī)頭前挖掘面處，泥水在挖掘面上形成一層 不透水的泥膜，可阻止泥水向挖掘面里面滲透，同時(shí)調(diào)節(jié)泥水壓力來 平衡地下水壓力和土壓力，到達(dá)穩(wěn)定挖掘面的目的；頂管機(jī)頭前進(jìn)的 同時(shí)刀盤切削土體，被切削下來的殘土與泥水充分拌和后，由排泥系 統(tǒng)輸送至地面泥水別離設(shè)備進(jìn)行處理，別離出的殘土被運(yùn)走，泥水再 送入送水系統(tǒng)循環(huán)使用。(2)泥水平衡頂管施工特點(diǎn)： 適用的土質(zhì)范圍比擬廣，2、如在地下水壓力很高以及變化范圍 較大的條件下也可適用； 可有效地保持挖掘面的穩(wěn)定，對所頂管周圍的土體擾動比擬 小，因此施工引起的地面沉降很小； 與其他類型頂管相比，泥水頂管施工時(shí)的總推力比擬小，尤 其是在黏土、砂土層表現(xiàn)得更為突出，適宜較長距離頂管； 工作坑內(nèi)的作業(yè)環(huán)境比擬好，作業(yè)也比擬平安。由于它采用 泥水管道輸送棄土，不存在吊土、搬運(yùn)土方等容易發(fā)生危險(xiǎn)的作業(yè);a.安置好接收導(dǎo)軌，主要防止進(jìn)洞后的前面幾節(jié)管子產(chǎn)生扭曲、 “磕頭”等現(xiàn)象.b.預(yù)先在接收井井壁上鉆出二個(gè)探孔，用探棒測量：當(dāng)掘進(jìn)機(jī)頂 進(jìn)到離洞口還有300mm處時(shí)停止頂進(jìn).c.將掘進(jìn)機(jī)徐徐推入接收井內(nèi)已鋪設(shè)好的接收導(dǎo)軌上，直至砂管 3、出井壁150mm為止。d.起重機(jī)從接收井中吊出掘進(jìn)機(jī)。接收井施工完成后，必須對洞門的方位進(jìn)行測量確認(rèn)，根據(jù)實(shí)際 標(biāo)高安裝頂管機(jī)接收基座，并配備撤除封門的材料和機(jī)械設(shè)備。當(dāng)推進(jìn)至距接收井沉井井壁外側(cè)30cm處時(shí)，停止推進(jìn)，鑿除沉 井預(yù)留洞口封堵，在接收井鑿除封堵后掘進(jìn)機(jī)頭應(yīng)迅速、連續(xù)頂進(jìn)管 節(jié)，盡快縮短出洞時(shí)間。掘進(jìn)機(jī)整體進(jìn)洞后就應(yīng)盡快把機(jī)頭和混凝土 管節(jié)別離，并把管節(jié)和接收井的接頭按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行處理，減少水土 流失.吊起工具管，清除泥土，迅速將預(yù)留孔與管節(jié)之間的空隙堵住, 并留好出水孔。防止?jié)B水，泥土流失引起土體塌方和路面沉降。(9)照明和通風(fēng)系統(tǒng)管道內(nèi)的照明采用24V平安電壓，照明電源由工作4、井內(nèi)操作平 臺上的配電箱供電.工具管處安裝1KVA24V變壓器，管道內(nèi)照明燈每 三節(jié)管節(jié)上裝一只，功率為60Wo管道內(nèi)還設(shè)有應(yīng)急照明系統(tǒng)，因 故突然停電時(shí)，使用應(yīng)急照明，保證施工人員平安撤離.為防止電纜接頭松動、接觸電阻增加影響供電質(zhì)量，將中繼間電 箱作為中間電纜接頭箱，并配有一局部活動接頭箱，既保證了接頭質(zhì) 量，又可以防止包扎受潮而產(chǎn)生的漏電事故.應(yīng)急電源采用的是地面?zhèn)溆靡慌_發(fā)電機(jī)，在管道內(nèi)斷電時(shí)及時(shí)供 電以保證照明、通風(fēng)、施工的正常進(jìn)行。頂管施工采用壓入式通風(fēng)，空壓機(jī)安裝在地面工作平臺上，用硬 質(zhì)PVC通風(fēng)管道把風(fēng)送至工作井底部，并用同直徑的硬質(zhì)PVC橡膠 通風(fēng)管道，從管內(nèi)把風(fēng)送至端部機(jī)頭5、處。通風(fēng)管要固定在工作井側(cè)壁 及鋼管內(nèi)壁的上邊，固定要牢固。在中繼間處采用風(fēng)琴式軟管，以利 風(fēng)管伸縮。在施工的全過程中風(fēng)管要隨著鋼管的延伸而不斷地接接入, 要確保管道通風(fēng)，滿足管道內(nèi)施工需求。(10)置換泥漿措施頂進(jìn)結(jié)束，對已形成的泥漿套的漿液進(jìn)行置換，置換漿液為水泥 漿，在管內(nèi)用單螺桿泵壓鑄，壓漿體凝結(jié)后撤除管路封閉注漿孔。4、機(jī)械頂管相關(guān)計(jì)算本工程4217m長管道全部為d800 一種管徑，深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)力 學(xué)驗(yàn)算(取最深工作井W19： H=9.73m)o(1)、800工作井的受力驗(yàn)算(土壓力)工作井最大主動土壓力(有地下水，黏土)驗(yàn)算：Plhtg2(450一/2)+(r2rw) (H-h)6、 tg2(450-O/2)+(H-h)rWP= 16.5 X 3 X tg2(450- 140/2) + (19 0 9 - 10) X (10.73 - 3) Xtg2（450- 140+ （10。73-3）X 10=154.23KN/m2=0.154 N/mm2P為H處最大主動土壓力KN/m2orl為土干容重KN/m3。r2為土體濕土狀態(tài)下容重KN/m3。rW 為水的容重取10KN/m3oH工作井地面到工作井基礎(chǔ)深度m.h為地面到井下地下水深度m0土體內(nèi)摩擦角.本工程取140o依據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告，按地面1.5m以下有地下水計(jì)算，工作井多 位于層黏土中，rl = 16.5KN/m3, r2 =7、19。9KN/m3,=140,h=10m.工作井最大深度為9。73米，沉井深度H取最大值10。73米。800頂管工作井剖面示意圖(詳見施工圖)(2)、工作井結(jié)構(gòu)厚度驗(yàn)算：t=KPDl/2fc6000 / (2X20.1)=37.92 mmt為工作井墻厚度m.K為平安系數(shù)一般取1.65。P為(土和地下水對壁的最大側(cè)壓力KN/m2)也就是工作井最深 處主動土壓力等于上列計(jì)算P。fc為設(shè)計(jì)工作井結(jié)構(gòu)允許應(yīng)力KN/m2, C25混凝土取20。1N/mm2。D1為工作井內(nèi)徑。鋼筋混凝土沉井厚度t取500 mm,大于計(jì)算結(jié)果(t=37.92mm)0由以上驗(yàn)算知，工作井結(jié)構(gòu)滿足要求.(3)800頂管總推力計(jì)8、算頂管的頂力就是頂管過程管道受的阻力，包括工具管切土正壓力、 管壁摩擦阻力。根據(jù)工作井所處位置地質(zhì)的承載力數(shù)據(jù)分析工作井滿足頂進(jìn)要 求。頂管采用d800 口徑的泥水平衡頂管機(jī)施工，頂管掘進(jìn)機(jī)頭的外 徑為960mm。頂進(jìn)阻力F=F1 十 F2其中F總推力，F(xiàn)1一迎面阻力，F(xiàn)2一頂進(jìn)阻力F1=ti/4*D*P (D 管外徑 0.96mP一控制土壓力)Fl=3.14/4*0。96*10.18=7.67tF2=7tD*f*LF2=3o 14*0。96*0.4* 188=226.68t。(本次最大頂距為 188 米，按188米計(jì)算米P=Ko*y *HoP=0o 55*2*9。25 = 10.18t/m29、式中Ko靜止土壓力系數(shù)，一般取0.55Ho 地面至掘進(jìn)機(jī)中心的厚度，取最大值9。25m丁一土的濕重量，取2t/m3因此，總推力 F=7.67+226。68 = 234。35*9。8=2296。7KN。式中f一管摩擦阻力：管壁與土間摩擦系數(shù)及土壓力大小有關(guān)。根據(jù)有關(guān)工程統(tǒng)計(jì)資料，管壁摩擦阻力一般在0。10.5 t/m2之間.D一管外徑0o 96mL頂距(4)、800工作井后背頂力計(jì)算后背位于工作井的后部，它決定了管道頂進(jìn)的成敗。雖是臨時(shí)性 結(jié)構(gòu)物，但必須平安可靠。對后背有以下要求：a為滿足本工程管徑” 800mm頂管的要求，后背設(shè)計(jì)為寬2500 aim、高2500 mm、厚300 mm得鋼板內(nèi)澆10、C25硅結(jié)構(gòu)。b澆注碎必須用插入泵振實(shí)，具有一定的密實(shí)度，澆注后按時(shí)灑 水養(yǎng)護(hù)。后背要求壁面平整，垂直于中軸線，以便頂管設(shè)備安裝。c后背處土壤為一致的原狀土，確保受力時(shí)壓縮均勻，以免頂力 使后背傾斜。根據(jù)設(shè)計(jì)，本工作井可承受最大頂力3000KN2296。7KN,可 見在考慮各種因素的情況下，此種工作井施工方案是平安、可靠、可 行的。可在大氣常壓下作業(yè)，也不存在采用氣壓頂管帶來的各種問題及危及 作業(yè)人員健康等問題。 泥水輸送棄土的作業(yè)連續(xù)不斷地進(jìn)行，其施工進(jìn)度快，能有 效地保證工期。（3）泥水平衡頂進(jìn)系統(tǒng)：泥水平衡頂進(jìn)系統(tǒng)主要由以下幾局部組成：泥水平衡頂管機(jī); 機(jī)內(nèi)控制柜； 洞口止水圈； 環(huán)形護(hù)11、口鐵；馬蹄形頂鐵; 主頂油缸； 主頂油泵； 激光經(jīng)緯儀；后背板； 基坑 導(dǎo)軌；（11）油缸架子.它主要由以下幾大局部構(gòu)成：泥水別離設(shè)備（沉淀箱及別離 器等）：進(jìn)水泵；排泥管；進(jìn)水管；基坑旁通；流量 計(jì)；排泥泵；進(jìn)排泥泵控制柜；進(jìn)排泥軟管；流量調(diào)節(jié) 器.泥水平衡進(jìn)排泥系統(tǒng)圖主頂千斤頂：它是頂進(jìn)系統(tǒng)中的主要設(shè)備。為平安起見，頂力設(shè) 備配置要小，以利間距平行頂進(jìn).根據(jù)頂力估算，頂管主站擬配備2 臺300T油壓千斤頂，按左右對稱布置。主油缸的油壓由電動油泵供 給，千斤頂行程2500mm。其他設(shè)備：包括導(dǎo)軌、千斤頂臺架、頂鐵、分壓環(huán)、后承壓壁、 操作平臺、爬梯等。（如圖） 當(dāng)工作井底板完成后，設(shè)置好平安12、 圍欄和爬梯，然后由工作井邊的起重機(jī)將上述設(shè)備吊入井內(nèi)按要求的 精度安裝。（4）泥水平衡頂管工藝流程圖頂管施工現(xiàn)場工藝流程圖頂進(jìn)結(jié)束施工準(zhǔn)備2、泥漿運(yùn)輸泥水平衡式頂管的出泥漿采用全自動的泥水輸送方式，被挖掘的 土通過在機(jī)艙內(nèi)的攪拌和泥水形成泥漿，然后由泥漿泵抽出，高速排 io在工作井外3米處開挖1泥漿池，多余泥漿采用4000L泥漿運(yùn)輸 車及時(shí)外運(yùn)，泥漿外運(yùn)需按AA市文明施工和揚(yáng)塵治理要求和渣土處 理方法，運(yùn)到指定棄土點(diǎn)，在泥漿運(yùn)輸過程中要考慮保潔措施，不得 污染沿途道路環(huán)境.3、頂管頂進(jìn)初始頂進(jìn)頂進(jìn)準(zhǔn)備工作完成后，開始初始頂進(jìn)。初始頂進(jìn)在頂管工作中起 著很重要的作用，一要穿過工作井洞口，在這過13、程中保證洞口結(jié)構(gòu)不 被破壞，同時(shí)泥水不進(jìn)入頂坑；二要保證高程、中心偏差最小，為正 常頂進(jìn)打下良好的基礎(chǔ)。初始頂進(jìn)速度控制頂進(jìn)用工作井頂進(jìn)設(shè)備進(jìn)行速度控制，分為兩個(gè)局部，機(jī)頭入洞 階段速度控制在35mm/min,此階段重點(diǎn)是找正管子中心、高程， 偏差控制在5mm之內(nèi)，所以速度不要太快。初始頂進(jìn)泥水控制頂進(jìn)時(shí)泥水流量控制在1。4L5m3/min,泥水容重丫=1.2。泥水 作用潤滑刀、切削雜物泥水帶出，此時(shí)泥水分兩局部流出，一局部由 機(jī)頭外流入集水井，集水井設(shè)4 口寸泥漿泵排入泥水別離裝置；另一部 分由機(jī)頭出泥管排入泥水別離裝置。頂管機(jī)正常頂進(jìn)頂進(jìn)主要參數(shù)泥漿在整個(gè)頂管過程中起著關(guān)鍵作用，泥漿的壓力14、濃度影響挖 掘面的穩(wěn)定性。泥漿濃度流量影響到切削下土體能否正常送到地面。 泥漿配比要在優(yōu)選貨源的前提下優(yōu)化配比，并能根據(jù)土質(zhì)變化及時(shí)變 化。泥水初定參數(shù)：泥水比重1.15t/m3泥水倉壓力245KPa泥水流量QI WO.65m3/min排泥流量Q2W1。07m3/min機(jī)頭頂進(jìn)速度設(shè)定100mm/min,如要加大頂進(jìn)速度，在保證泥水 倉泥壓的條件下，要先加大泥漿流量，再計(jì)算頂進(jìn)速度，否那么排泥管 會堵塞。流量計(jì)設(shè)定1 o 07m3/min.頂進(jìn)操作程序a。頂進(jìn)啟動刀盤系統(tǒng)；啟動輸泥管和排泥管道泵，泥路循環(huán)，自控系統(tǒng)調(diào)整管路壓力,使壓力到達(dá)設(shè)定壓力并穩(wěn)定;機(jī)頭頂進(jìn)：當(dāng)沒加中繼間時(shí)，工作井頂進(jìn)千15、斤頂設(shè)定頂進(jìn)速度1 OOmm/min，b.下管時(shí)的操作程序翻開基坑傍通閥門，保持泥水倉壓力，同時(shí)翻開沖洗閥門沖洗排 泥管路；機(jī)頭刀盤停轉(zhuǎn)；待排泥管路沖洗干凈后，停止輸泥泵、排泥泵；關(guān)閉觸變泥漿、輸泥管、油管、排泥管閥門。撤除工作井管接口 各種管線、電纜，管內(nèi)應(yīng)急燈工作.下管對口。(3)頂管測量測量必須按照設(shè)定的管道中心線和工作井位建立地面與地下測 量控制系統(tǒng)，控制點(diǎn)應(yīng)設(shè)在不易擾動、視線清楚、方便校核的地點(diǎn), 并加以保護(hù)，在施工期間應(yīng)進(jìn)行定期校核。在頂管工作井內(nèi)的后部設(shè)置測量平臺，其臨時(shí)水準(zhǔn)點(diǎn)由地面水 準(zhǔn)點(diǎn)引入，在交接班時(shí)進(jìn)行儀器高程的校對和調(diào)整.頂進(jìn)軸線由設(shè)計(jì) 管道軸線通過經(jīng)緯儀引入工作井內(nèi)，16、然后對中觀測。機(jī)頭出洞前，必須準(zhǔn)確測定機(jī)頭刃口的軸線和標(biāo)高，并將數(shù)據(jù) 及時(shí)反應(yīng)，對機(jī)頭安裝的態(tài)勢進(jìn)行最后調(diào)整。管道是否沿著設(shè)計(jì)管軸線頂進(jìn)，靠測量進(jìn)行檢查。管道軸線偏 差采用經(jīng)緯儀用支導(dǎo)線法測量與控制，高程偏差采用水準(zhǔn)儀測量。測量頻率：一般每頂進(jìn)500mm測量一次，特殊情況次數(shù)應(yīng)增加.全段頂完后，應(yīng)在每個(gè)管節(jié)接口處測量其軸線位置和高程，有錯口時(shí)，應(yīng)測出相對高程。(4)頂管糾偏糾偏是指機(jī)頭偏離設(shè)計(jì)軸線后，利用設(shè)置在機(jī)頭后部的糾偏千 斤頂組，改變機(jī)頭端面的方向，減少偏差，目的是使管道沿設(shè)計(jì)軸線 頂進(jìn)。機(jī)頭糾偏的好壞，將直接影響頂管施工的質(zhì)量。頂進(jìn)糾偏是采用調(diào)整4臺糾偏千斤頂組的方法，進(jìn)行編組操作, 17、假設(shè)管道偏左那么千斤頂采用左伸右縮方法，反之亦然，如果同時(shí)有高程 和方向偏差，那么應(yīng)先糾正偏差大的一邊，頂進(jìn)時(shí)必須嚴(yán)格控制機(jī)頭的 走向，隨時(shí)糾偏，控制好管道的線形.糾偏時(shí)應(yīng)做到在頂進(jìn)中糾偏，采用小角度分次逐步糾偏，勤調(diào) 微糾。糾偏工作尚應(yīng)在仿真分析的指導(dǎo)下進(jìn)行。在頂進(jìn)中頂管機(jī)頭發(fā)生旋轉(zhuǎn)時(shí)，可采取在管內(nèi)的相反方向增加 壓重塊或在中間站提供旋轉(zhuǎn)糾正力矩等方法，直到正常，以防止偏轉(zhuǎn) 增大，影響出土和測量等工作。(5)觸變泥漿用泥漿減阻是長距離頂管減少摩阻力的重要環(huán)節(jié)之一.在頂管施 工過程中，如果注入的潤滑泥漿能在管子的外圍形成一個(gè)比擬完整的 漿套，那么其減摩效果將是十分令人滿意的，一般情況摩阻力減至18、 35kN/m2。本工程采用頂管掘進(jìn)機(jī)尾部同步注漿和后面管段補(bǔ)漿兩 種方式進(jìn)行減阻。、觸變泥漿的材料觸變泥漿的主要成分是膨潤土、摻入堿和水配制而成。為了在頂進(jìn)完畢后使觸變泥漿固結(jié)增強(qiáng)，可摻入石灰膏。但為了施工使用時(shí)保持流動性，還必須摻入緩凝劑和塑化劑。、觸變泥漿的拌和程序?qū)⒍康乃湃霐嚢韫迌?nèi)，并取其中的一局部水來融化堿；在攪拌過程中，將定量膨潤土徐徐加入攪拌灌內(nèi)，攪拌均勻；將融化后的堿水倒入攪拌灌內(nèi)，再攪拌均勻，放置12h后即可使 用。、觸變泥漿應(yīng)注意的事項(xiàng)注漿孔的布置宜按管道直徑大小確定，一般每個(gè)斷面可設(shè)置3 4個(gè)，并具備排氣功能。攪拌均勻的泥漿應(yīng)放置一定時(shí)間方可灌注。灌漿前，應(yīng)通過注水檢19、查灌漿設(shè)備，確認(rèn)設(shè)備正常后方可灌注.灌漿壓力可按O.IMpa開始加壓，在灌漿過程中再按實(shí)際情況調(diào) 整。灌漿時(shí)，按灌漿孔斷面位置的前后順序依次進(jìn)行。灌漿遇有機(jī)械 故障、管路堵塞、接頭滲漏等情況時(shí)，經(jīng)處理后方可繼續(xù)頂進(jìn)，長距 離頂管施工中，頂力控制的關(guān)鍵是最大限度地降低頂進(jìn)阻力，而降低 頂進(jìn)阻力最有效的方法。(6)洞口密封結(jié)構(gòu)出洞口密封結(jié)構(gòu)的作用是阻止在頂管過程中泥水從管節(jié)與洞口間 的間隙流入井內(nèi)。根據(jù)管道中心線與井壁預(yù)留孔的位置，制作一個(gè)鋼結(jié)構(gòu)的內(nèi)套環(huán)，套環(huán)內(nèi)圈設(shè)有橡膠止水板，套環(huán)安裝在預(yù)留孔與管節(jié)之間，外圍焊接在孔的預(yù)埋鋼板上，內(nèi)圈橡膠緊貼管節(jié).(如圖)(7)頂管出洞口技術(shù)措施對工具管進(jìn)、出洞20、口范圍內(nèi)的土體，施工時(shí)視土質(zhì)情況決定是否 進(jìn)行加固。為了防止機(jī)頭下沉，必須加延長導(dǎo)軌，其形式、材質(zhì)與基坑導(dǎo)軌 相同，長度為60cm,并將前三節(jié)碎管與機(jī)頭做成剛性連接。將機(jī)頭 徐徐推進(jìn)洞口，待刀盤全部進(jìn)洞以后，裝好止水圈.工具管安裝調(diào)試完畢后，推進(jìn)至預(yù)留孔1m處時(shí)停止。用空壓機(jī)鑿除沉井洞口封堵，盡快清理完畢。迅速將工具管推進(jìn)土中，靜候34小時(shí)，測出實(shí)際靜止土壓力， 結(jié)合理論土壓力，制定出控制土壓力。頂管出洞過程中與正常頂進(jìn)階段，為了控制頂管的頂力，并保持 地面沉降不超過允許值，需要以一定的壓力向頂管管道與周圍土體的 環(huán)形建筑縫隙壓鑄觸變泥漿，如果不設(shè)置洞口密封裝置或者洞口密封 裝置設(shè)置達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，壓鑄的觸變泥漿就會通過洞口流入工作井 內(nèi)，無法形成完整的漿套，引起頂力上升，地面沉降增大，對頂管不 利。在洞口外的土質(zhì)差的工程條件下，還會造成泥土涌入工作井的情 況，導(dǎo)致施工環(huán)境惡化，甚至無法頂進(jìn).工作井洞口止水裝置應(yīng)根據(jù) 工作井的具體條件來進(jìn)行。采用一種較簡單的橡膠法蘭的結(jié)構(gòu)形式。