1、機械頂管工程施工方案1、頂進設備選型及工藝針對本工程頂管段水文、地質條件特點，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成一定濃度和比重的泥水, 通過送泥水系統送至頂管機頭前挖掘面處，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，同時調節泥水壓力來 平衡地下水壓力和土壓力，到達穩定挖掘面的目的；頂管機頭前進的 同時刀盤切削土體，被切削下來的殘土與泥水充分拌和后，由排泥系 統輸送至地面泥水別離設備進行處理，別離出的殘土被運走，泥水再 送入送水系統循環使用。(2)泥水平衡頂管施工特點： 適用的土質范圍比擬廣，
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，泥水頂管施工時的總推力比擬小，尤 其是在黏土、砂土層表現得更為突出，適宜較長距離頂管； 工作坑內的作業環境比擬好，作業也比擬平安。由于它采用 泥水管道輸送棄土，不存在吊土、搬運土方等容易發生危險的作業;a.安置好接收導軌，主要防止進洞后的前面幾節管子產生扭曲、 “磕頭”等現象.b.預先在接收井井壁上鉆出二個探孔，用探棒測量：當掘進機頂 進到離洞口還有300mm處時停止頂進.c.將掘進機徐徐推入接收井內已鋪設好的接收導軌上，直至砂管
3、出井壁150mm為止。d.起重機從接收井中吊出掘進機。接收井施工完成后，必須對洞門的方位進行測量確認，根據實際 標高安裝頂管機接收基座，并配備撤除封門的材料和機械設備。當推進至距接收井沉井井壁外側30cm處時，停止推進，鑿除沉 井預留洞口封堵，在接收井鑿除封堵后掘進機頭應迅速、連續頂進管 節，盡快縮短出洞時間。掘進機整體進洞后就應盡快把機頭和混凝土 管節別離，并把管節和接收井的接頭按設計要求進行處理，減少水土 流失.吊起工具管，清除泥土，迅速將預留孔與管節之間的空隙堵住, 并留好出水孔。防止滲水，泥土流失引起土體塌方和路面沉降。(9)照明和通風系統管道內的照明采用24V平安電壓，照明電源由工作
4、井內操作平 臺上的配電箱供電.工具管處安裝1KVA24V變壓器，管道內照明燈每 三節管節上裝一只，功率為60Wo管道內還設有應急照明系統，因 故突然停電時，使用應急照明，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 量，又可以防止包扎受潮而產生的漏電事故.應急電源采用的是地面備用一臺發電機，在管道內斷電時及時供 電以保證照明、通風、施工的正常進行。頂管施工采用壓入式通風，空壓機安裝在地面工作平臺上，用硬 質PVC通風管道把風送至工作井底部，并用同直徑的硬質PVC橡膠 通風管道，從管內把風送至端部機頭
5、處。通風管要固定在工作井側壁 及鋼管內壁的上邊，固定要牢固。在中繼間處采用風琴式軟管，以利 風管伸縮。在施工的全過程中風管要隨著鋼管的延伸而不斷地接接入, 要確保管道通風，滿足管道內施工需求。(10)置換泥漿措施頂進結束，對已形成的泥漿套的漿液進行置換，置換漿液為水泥 漿，在管內用單螺桿泵壓鑄，壓漿體凝結后撤除管路封閉注漿孔。4、機械頂管相關計算本工程4217m長管道全部為d800 一種管徑，深基坑支護結構力 學驗算(取最深工作井W19： H=9.73m)o(1)、800工作井的受力驗算(土壓力)工作井最大主動土壓力(有地下水，黏土)驗算：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深度m.h為地面到井下地下水深度m0土體內摩擦角.本工程取140o依據地質勘察報告，按地面1.5m以下有地下水計算，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)、工作井結構厚度驗算：t=KPDl/2fc6000 / (2X20.1)=37.92 mmt為工作井墻厚度m.K為平安系數一般取1.65。P為(土和地下水對壁的最大側壓力KN/m2)也就是工作井最深 處主動土壓力等于上列計算P。fc為設計工作井結構允許應力KN/m2, C25混凝土取20。1N/mm2。D1為工作井內徑。鋼筋混凝土沉井厚度t取500 mm,大于計算結果(t=37.92mm)0由以上驗算知，工作井結構滿足要求.(3)800頂管總推力計
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。根據工作井所處位置地質的承載力數據分析工作井滿足頂進要 求。頂管采用d800 口徑的泥水平衡頂管機施工，頂管掘進機頭的外 徑為960mm。頂進阻力F=F1 十 F2其中F總推力，F1一迎面阻力，F2一頂進阻力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米計算米P=Ko*y *HoP=0o 55*2*9。25 = 10.18t/m2
9、式中Ko靜止土壓力系數，一般取0.55Ho 地面至掘進機中心的厚度，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及土壓力大小有關。根據有關工程統計資料，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工作井后背頂力計算后背位于工作井的后部，它決定了管道頂進的成敗。雖是臨時性 結構物，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，后背設計為寬2500 aim、高2500 mm、厚300 mm得鋼板內澆
10、C25硅結構。b澆注碎必須用插入泵振實，具有一定的密實度，澆注后按時灑 水養護。后背要求壁面平整，垂直于中軸線，以便頂管設備安裝。c后背處土壤為一致的原狀土，確保受力時壓縮均勻，以免頂力 使后背傾斜。根據設計，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，也不存在采用氣壓頂管帶來的各種問題及危及 作業人員健康等問題。 泥水輸送棄土的作業連續不斷地進行，其施工進度快，能有 效地保證工期。（3）泥水平衡頂進系統：泥水平衡頂進系統主要由以下幾局部組成：泥水平衡頂管機; 機內控制柜； 洞口止水圈； 環形護
11、口鐵；馬蹄形頂鐵; 主頂油缸； 主頂油泵； 激光經緯儀；后背板； 基坑 導軌；（11）油缸架子.它主要由以下幾大局部構成：泥水別離設備（沉淀箱及別離 器等）：進水泵；排泥管；進水管；基坑旁通；流量 計；排泥泵；進排泥泵控制柜；進排泥軟管；流量調節 器.泥水平衡進排泥系統圖主頂千斤頂：它是頂進系統中的主要設備。為平安起見，頂力設 備配置要小，以利間距平行頂進.根據頂力估算，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。其他設備：包括導軌、千斤頂臺架、頂鐵、分壓環、后承壓壁、 操作平臺、爬梯等。（如圖） 當工作井底板完成后，設置好平安
12、 圍欄和爬梯，然后由工作井邊的起重機將上述設備吊入井內按要求的 精度安裝。（4）泥水平衡頂管工藝流程圖頂管施工現場工藝流程圖頂進結束施工準備2、泥漿運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 土通過在機艙內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泥漿運輸 車及時外運，泥漿外運需按AA市文明施工和揚塵治理要求和渣土處 理方法，運到指定棄土點，在泥漿運輸過程中要考慮保潔措施，不得 污染沿途道路環境.3、頂管頂進初始頂進頂進準備工作完成后，開始初始頂進。初始頂進在頂管工作中起 著很重要的作用，一要穿過工作井洞口，在這過
13、程中保證洞口結構不 被破壞，同時泥水不進入頂坑；二要保證高程、中心偏差最小，為正 常頂進打下良好的基礎。初始頂進速度控制頂進用工作井頂進設備進行速度控制，分為兩個局部，機頭入洞 階段速度控制在35mm/min,此階段重點是找正管子中心、高程， 偏差控制在5mm之內，所以速度不要太快。初始頂進泥水控制頂進時泥水流量控制在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，此時泥水分兩局部流出，一局部由 機頭外流入集水井，集水井設4 口寸泥漿泵排入泥水別離裝置；另一部 分由機頭出泥管排入泥水別離裝置。頂管機正常頂進頂進主要參數泥漿在整個頂管過程中起著關鍵作用，泥漿的壓力
14、、濃度影響挖 掘面的穩定性。泥漿濃度流量影響到切削下土體能否正常送到地面。 泥漿配比要在優選貨源的前提下優化配比，并能根據土質變化及時變 化。泥水初定參數：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機頭頂進速度設定100mm/min,如要加大頂進速度，在保證泥水 倉泥壓的條件下，要先加大泥漿流量，再計算頂進速度，否那么排泥管 會堵塞。流量計設定1 o 07m3/min.頂進操作程序a。頂進啟動刀盤系統；啟動輸泥管和排泥管道泵，泥路循環，自控系統調整管路壓力,使壓力到達設定壓力并穩定;機頭頂進：當沒加中繼間時，工作井頂進千
15、斤頂設定頂進速度1 OOmm/min，b.下管時的操作程序翻開基坑傍通閥門，保持泥水倉壓力，同時翻開沖洗閥門沖洗排 泥管路；機頭刀盤停轉；待排泥管路沖洗干凈后，停止輸泥泵、排泥泵；關閉觸變泥漿、輸泥管、油管、排泥管閥門。撤除工作井管接口 各種管線、電纜，管內應急燈工作.下管對口。(3)頂管測量測量必須按照設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，控制點應設在不易擾動、視線清楚、方便校核的地點, 并加以保護，在施工期間應進行定期校核。在頂管工作井內的后部設置測量平臺，其臨時水準點由地面水 準點引入，在交接班時進行儀器高程的校對和調整.頂進軸線由設計 管道軸線通過經緯儀引入工作井內，
16、然后對中觀測。機頭出洞前，必須準確測定機頭刃口的軸線和標高，并將數據 及時反應，對機頭安裝的態勢進行最后調整。管道是否沿著設計管軸線頂進，靠測量進行檢查。管道軸線偏 差采用經緯儀用支導線法測量與控制，高程偏差采用水準儀測量。測量頻率：一般每頂進500mm測量一次，特殊情況次數應增加.全段頂完后，應在每個管節接口處測量其軸線位置和高程，有錯口時，應測出相對高程。(4)頂管糾偏糾偏是指機頭偏離設計軸線后，利用設置在機頭后部的糾偏千 斤頂組，改變機頭端面的方向，減少偏差，目的是使管道沿設計軸線 頂進。機頭糾偏的好壞，將直接影響頂管施工的質量。頂進糾偏是采用調整4臺糾偏千斤頂組的方法，進行編組操作,
17、假設管道偏左那么千斤頂采用左伸右縮方法，反之亦然，如果同時有高程 和方向偏差，那么應先糾正偏差大的一邊，頂進時必須嚴格控制機頭的 走向，隨時糾偏，控制好管道的線形.糾偏時應做到在頂進中糾偏，采用小角度分次逐步糾偏，勤調 微糾。糾偏工作尚應在仿真分析的指導下進行。在頂進中頂管機頭發生旋轉時，可采取在管內的相反方向增加 壓重塊或在中間站提供旋轉糾正力矩等方法，直到正常，以防止偏轉 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節之一.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機尾部同步注漿和后面管段補漿兩 種方式進行減阻。、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。為了在頂進完畢后使觸變泥漿固結增強，可摻入石灰膏。但為了施工使用時保持流動性，還必須摻入緩凝劑和塑化劑。、觸變泥漿的拌和程序將定量的水放入攪拌罐內，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，攪拌均勻；將融化后的堿水倒入攪拌灌內，再攪拌均勻，放置12h后即可使 用。、觸變泥漿應注意的事項注漿孔的布置宜按管道直徑大小確定，一般每個斷面可設置3 4個，并具備排氣功能。攪拌均勻的泥漿應放置一定時間方可灌注。灌漿前，應通過注水檢
19、查灌漿設備，確認設備正常后方可灌注.灌漿壓力可按O.IMpa開始加壓，在灌漿過程中再按實際情況調 整。灌漿時，按灌漿孔斷面位置的前后順序依次進行。灌漿遇有機械 故障、管路堵塞、接頭滲漏等情況時，經處理后方可繼續頂進，長距 離頂管施工中，頂力控制的關鍵是最大限度地降低頂進阻力，而降低 頂進阻力最有效的方法。(6)洞口密封結構出洞口密封結構的作用是阻止在頂管過程中泥水從管節與洞口間 的間隙流入井內。根據管道中心線與井壁預留孔的位置，制作一個鋼結構的內套環，套環內圈設有橡膠止水板，套環安裝在預留孔與管節之間，外圍焊接在孔的預埋鋼板上，內圈橡膠緊貼管節.(如圖)(7)頂管出洞口技術措施對工具管進、出洞
20、口范圍內的土體，施工時視土質情況決定是否 進行加固。為了防止機頭下沉，必須加延長導軌，其形式、材質與基坑導軌 相同，長度為60cm,并將前三節碎管與機頭做成剛性連接。將機頭 徐徐推進洞口，待刀盤全部進洞以后，裝好止水圈.工具管安裝調試完畢后，推進至預留孔1m處時停止。用空壓機鑿除沉井洞口封堵，盡快清理完畢。迅速將工具管推進土中，靜候34小時，測出實際靜止土壓力， 結合理論土壓力，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 環形建筑縫隙壓鑄觸變泥漿，如果不設置洞口密封裝置或者洞口密封 裝置設置達不到設計要求，壓鑄的觸變泥漿就會通過洞口流入工作井 內，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。在洞口外的土質差的工程條件下，還會造成泥土涌入工作井的情 況，導致施工環境惡化，甚至無法頂進.工作井洞口止水裝置應根據 工作井的具體條件來進行。采用一種較簡單的橡膠法蘭的結構形式。
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