泥水平衡机械顶管施工方案剖析Word格式.docx

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带有ISEKI专利的RSG双光靶方向控制系统，有经验的操作人员可以将方向误差控制在10mm之内！

G、使用主千斤顶不间断便可单独顶进一节管子。

H、泥水分离装置DESANDMAN是一种密封性好，操作灵活的分离系统，且能节省安装空间。

此机型在现今使用较广，我们有着成功施工经验、技术成熟、可靠，对土层扰动少的特点。

偏心破碎泥水平衡顶管掘进机是根据含水量较高的沙砾土而专门设计的。

因此特别适应本工地基顶管的施工。

2、平面布置、井内布置及管内布置

2.1在工作井范围内实行全封闭隔离施工并布置以下必要的设施，地面指挥监测中心、办公室、仓库、配电间、冷作间等。

布局要合理，环境整洁、卫生，并有专职人员进行管理。

2.2现场布置采用16t汽吊，设备进场时，采用16t汽车吊车。

2.3管道顶进时，起吊设备采用跨距为14m的龙门行车（起重能力为30t），行车导轨与顶管中心线应平行铺设，并与管中心左右对称。

2.4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。

3.出土方案

泥水平衡式顶管的出土采用全自动的泥水输送方式，被挖掘的土通过在机舱内的搅拌和泥水形成泥浆，然后由泥浆泵抽出，高速排土。

在沉井上部砌2只沉淀池。

沉淀的余土外运需按文明施工要求和渣土处理办法，运到永久堆土点，不得污染沿途道路环境。

4.出洞方案

为防止出洞口及顶进过程中泥水压力过大涌入工作井内，在洞口内预先安装一个单法兰穿墙钢套管，用于安装橡胶止水圈及止水封板。

由于顶进距离长，造成管材表面及F型钢套环、砂等对橡胶止水圈不可避免的磨损，需经常更换橡胶止水圈。

因此，我们在洞口里侧增加一道橡胶止水圈，当需更换外部橡胶止水法兰时，洞口内部的橡胶止水圈可防止地下水进入井内。

5.测量以及设备安装

5.1测量的方法

（1）、通视条件下的测量1.1.1使用交汇法引工作井及接收井预留洞口中心至各自的井壁。

置经纬仪至A点，后视B点，作BA直线的延长线，并在工作井后部定出一点C。

保证C、A、B在一条轴线上，置经纬仪在C点上，后视A点，在工作井井壁上定出一点A，，置激光经纬仪基座于井下D点，并抄平固定激光经纬仪架，置经纬仪于A点，后视B点，在激光经纬仪器架上定出D点，D点同A，，A，B点在竖直方向上成一直线，安装激光经纬仪于仪器架上，对中D点，后视A，点，依设计轴线打好角度，既可定出轴线。

（2）、不通视条件下的测量

5.2引出A、B两点后可根据导线法以及平移法定出C、D、A，，其余步骤同通视条件下测量定位。

5.3后靠背导轨及后顶的安装

轴线确定后先安放后靠背，后靠背后部距离井壁100~200mm，调整后靠背前后以及左右方向，应尽量保证后靠背的中心于轴线相重合，调整方法见图：

在轴线定好后既可安装导轨以及后顶，先根据导轨本身的尺寸计算出导轨顶面至轴线的高差h，至水平仪于井下，在井四周作出4~6个临水点，保证轴线标高-临水点高程=h，安放导轨时可用线绳在相对的两个临水点拉出一条直线，使导轨顶轻触于线绳既可，然后根据轴线调整导轨轴线在竖直方向上于已知轴线的竖直投影线重合，导轨轴线方向调整好后再精调导轨的高程，最后支撑导轨至井壁上。

引轴线至井底前后两侧A、B两点，分中后靠背，在后靠背上作一分中点C，开始放置后靠背时尽量使C点在AB的延长线上，此值可肉眼鉴定，误差不应大于10cm，在后靠背边缘定出任意等高两点D、D，，测量AD和AD，的距离，只需保证AD的距离约等于AD，的距离既可，误差不应大于3cm，导轨左右方向确定后既固定下面两侧各一点，后使用线坠调整前后方向既可，最后根据实际情况填塞C15-C30的混凝土至井壁到后靠背的间隙，后方顶的安装在后靠背的安装完毕后进行，抄平后顶后只要保证所以千斤顶后平面贴实后靠背既可固定。

导轨安装完毕后需在预留洞口内安装副导轨，副导轨的轴线以及高程均要与主导轨保持一至，此副导轨用于防止机头进洞后低头，见下图：

增高装置可根据机头重量以及增高量选择枕木，钢支架或砼垫层。

洞口止水装置的安装，应保证除止水圈外最小直径大于进洞物最大直径的8cm，防止受到进洞物的剪切而失去止水效果，位置确定后可用水泥砂浆封堵与井壁形成的间隙，防止从间隙处漏水、漏浆。

6.泥水系统的安装

泥浆池应尽量靠近工作井边，可采用并联法，见图：

泥浆池尽量靠近工作井边，可以减少排泥管路过长而且产生的管路摩阻力，沉石箱的配置可沉淀块状物，防止块状物直接进入排泥泵引起排泥泵堵塞和损坏。

注浆系统应尽量使用螺杆泵以减少脉动现象，浆液应保证搅拌均匀，系统应配置减压系统，在泵出品处1米外以及机头注浆处各安装一只隔膜式压力表。

电路系统及后方顶液压系统安装流程（略）

7.顶进开始调试阶段以及土体取样：

顶管下井前应作一次安装调试，油管安装先应清洗，防止灰尘等污物进入油管，电路系统应保持干燥，机头运转调试各部分动作正常，液压系统无泄漏。

机头下井后刀盘应离开封门1米左右，放置平稳后重测导轨标高，高程误差不超过5mm，既可开始凿除砖封门，砖封门应尽量凿除干净，不要遗留块状物，同时可进行土体取样工作，使用Ф100，L=500mm的两根钢管在洞口上下部各取长400mm的土样，取样工作完成后随既顶机头，使机头刀盘贴住前方土体。

机头属于刀盘不可伸缩型，土压力表所显示的土压力为泥仓土压，显示的土压力与实际顶进的土压力存在一个压力差ΔP，此值一般取15-30T，由于进泥口是衡定的，TCZ机头的土压控制主要通过顶速来调节，每次初顶时先调节好送水压力，然后打开机内止水阀，转动刀盘，关闭机内旁道，待流量达到额定值的80%时既可开始顶进，送水压力可通过机内压力调节既可完成。

7.1顶进过程中的方向控制

由于机头本身所具有的方向诱导装置，纠偏操作就变的简单易行了，操作员只要通过纠偏动作，始终保证激光点在二号光耙的中心既可。

测量与方向控制要点

（1）有严格的放样复核制度，并做好原始记录。

顶进前必须遵守严格的放样复测制度，坚持三级复测：

施工组测量员→项目管理部→监理工程师，确保测量万无一失。

（2）布设在工作井后方的仪座必须避免顶进时移位和变形，必须定时复测并及时调整。

（3）顶进纠偏必须勤测量、多微调，纠偏角度应保持在10’～20’不得大于0.5°

。

并设置偏差警戒线。

（4）初始推进阶段，方向主要是主顶油缸控制，因此，一方面要减慢主顶推进速度，另一方面要不断调整油缸编组和机头纠偏。

（5）开始顶进前必须制定坡度计划，对每一米、每节管的位置、标高需事先计算，确保顶进时正确，以最终符合设计坡度要求和质量标准为原则。

8.顶管动力、照明配套

8.1顶管动力配套

序号

设备名称

数量

总功率

（kw／h）

1

刀盘电机

2

44

输送泵电机

22

3

纠偏油泵电机

4

液压系统电机

30

5

注桨电机

11

6

桨液搅拌机

7

电焊机

8

排水泵

9

10

合计

163 

（注：

以上所列设备，并不都是同时启动。

）

动力电线设置：

管内设置—二路电缆，按其配套动力负载功率，选择电缆规格，供电采用TN—S方式，三相五线制移动电线装接。

9.管接口质量控制

9.l 

本工程所用管节为“F”管，“F”管受力性能好，接头稳定性高，接口处止水密封性能好。

9.2 

选用优良管材并处理好管子接口顶管施工是十分重要的。

要按有关规范对管材作现场检查验收，如发现不合格品坚决予以退回。

9.3 

管材运送、起吊均应有专用夹具，搁置时应用方木垫高，防止“F”型管接口的套环受压变形。

9.4 

接管前再次检查管子接头的承插口尺寸，橡胶圈和衬垫板的外观和质地。

确认合格后可在接口处均匀涂抹薄层硅油等对橡胶无侵蚀性的润滑材料以减少摩阻力。

承插接管时要保证与上节管的钢套环同轴度，并且加力要均匀，应保证橡胶圈不移位，不反转，不露出管外。

顶管结束后要按设计要求在管内间隙处填充弹性密封膏，并与管口抹成—个光滑的渐变面。

密封圈的胶结应在使用前两天完成并检查其牢固性。

9.5 

管材供应

在顶进过程中，管材的供应是非常重要的，如果供应不及时造成顶进停止，后果是非常严重的，由于机头重量一般较大，长时间的滞留会造成机头沉降，使轴线发生偏差；

或已顶好的管子和周围土体固结，使得摩阻力增大。

因此，在开始顶进前，需指定详细周全的供应计划，现场应备有足够余量。

9.6、设备维修及保养

在本工程项进过程中，特别需要对掘进机进行维修和保养，使掘进机始终处于优良的使用状态，从而顺利完成本工程实施。

10.液压系统

当液化油出现乳化时，说明液压油己严重氧化，应予以更换，更换液压油之前须把油箱内清洗干净。

加油必须用精滤车过滤后方可加入。

另外，一旦发现油管老化应予以更换。

10.1 

电气系统

电气系统应保持干燥，保持指示灯及各仪表正常。

11.纠偏系统

纠偏系统要经常检查是否漏油、油液质量、油压情况，如发现不正常情况及时更换。

12、注浆减磨

顶管的推力就是顶管过程管道受的阻力，包括工具管切土正压力、管壁摩擦阻及工具管气水压力。

工具管切土正压力：

与土层密实度、土层含水量、工具管格栅形态及管内挖土状况有关。

根据有关工程统计资料，软土层一般为20-30t/m2，硬土层通常在20-60t/m2。

大于40t/m2时表明土质较好。

F1=S1×

K1

F1----顶管正阻力（t）

S1----顶管正面积（m2）

K1----顶管正阻力系数（t/m2）

K1=πr2×

k1

（1） 

管磨擦阻力：

管壁与土间磨擦系数及土压力大小有关。

根据有关工程统计资料，管壁磨擦阻力一般在0.1-0.5t/m2之间。

F2=S2×

K2

其中

F2—顶管侧磨擦力（t）

S2—顶管侧面积（m2）

K2—顶管侧阻力系数（t/m2）

K2=πDL×

k2

为了减小顶压进阻力，增大顶进力，并且为了防止出现塌方，顶管过程中，应采用在管壁与土壁的缝隙间注入触变泥浆，形成泥浆护套，减少管壁与土壁之间的摩擦力。

泥浆在输送和灌注过程中具有流动性、可泵性。

a、触变泥浆的材料

触变泥浆的主要成份是膨润土、掺入碱和水配制而成。

为了在顶进完毕后使触变泥浆固结增强，可掺入石灰膏。

但为了施工使用时保持流动性，还必须掺入缓凝剂和塑化剂。

b、触变泥浆的拌合程序

将定量的水放入搅拌罐内，并取其中的一部分水来溶化碱；

在搅拌过程中，将定量膨润土徐徐加入搅拌灌内，搅拌均匀；

将溶化后的碱水倒入搅拌灌内，再搅拌均匀，放置12h后即可使用。

c、触变泥浆应注意的事项

注浆孔的布置宜按管道直径大小确定，一般每个断面可设置3～4个，并具备排气功能。

搅拌均匀的泥浆应放置一定时间方可灌注。

灌浆前，应通过注水检查灌浆设备，确认设备正常后方可灌注。

灌浆压力可按不0.1Mpa开始加压，在灌浆过程中再按实际情况调整。

灌浆时，按灌浆孔断面位置的前后顺序依次进行并应与管道和中继间的顶进同步。

灌浆遇有机械故障、管路堵塞、接头渗漏等情况时，经处理后方可继续顶进

长距离顶管施工中，顶力控制的关键是最大限度地降低顶进阻力，而降低顶进阻力最有效的方法是进行注浆。

注浆使管周外壁形成泥浆润滑套，从而降低了顶进时的摩阻力，我们在注浆时做到以下几点．

13、应急措施

1、地质发生很大的变化，突然间变硬或变软。

这可以通过刀盘的转矩来判断，如果突然变硬了，则向土仓内加入水或泥浆，掘进机上设有加泥孔，其目的就是用来加泥的。

如果太软，可把第一至第三节管子及工具头都联成了一个整体，以增加它们的刚性，从而可避免机头突然沉陷。

2、在顶管施工过程中，如果出现异常的偏差或纠偏失效，必须在允许偏差标准以内就停下来，分析原因，找出对策再继续顶进，切不可盲目行动。

操作人员必须严格遵守这样一条规定：

无论何种情况，超过允许偏差一律停下来，并且如实汇报情况，以便分析原因，找准对策。

14、注浆减磨

工具管切土正压力与土层密实度、土层含水量、工具管格栅形态及管内挖土状况有关。

（2） 

二、人工顶管施工方案

工具管挤压式人工顶管，针对粘土层，或管线高层处在一半粉土一半泥土层，人工顶管就比较容易操作，不会出现质量问题，具体的施工方案如下：

1.人工顶管顶力的计算

（1）对于顶管顶进深度范围土质好的，管前挖土能形成拱的，可采用先挖后顶的方法施工。

根据经验公式：

P=nP0

其中：

P——总顶力

n——土质系数。

2.土质系数取值可根据以下两种情况选取：

2.1土质为粘土、亚粘土及天然含水量较大的亚砂土，管前挖土能成拱者，取1.5~2.0.

2.2土质为中粗砂及含水量较大的粉细砂，管前挖土不易成拱者，取3~4。

取n为2.0。

P0——为顶进管子全部自重。

顶进的每节管自重约为2吨，最长段以130米计算，每节管长2米，共要顶进55节管，则P0=2*55=110吨。

则总的顶力为：

P=nP0=2.0*110=220吨

考虑地下工程的复杂性及不可预见因素，顶管设备取1.3倍左右的储备能力，设备顶进力应为180吨，取总的顶力F=200吨。

选用两个千斤顶作为顶进动力设备，每个千斤顶的顶力应为180吨。

2.3对于顶管顶进深度范围土质较差的，即开挖容易引起塌方的，可采用先顶后挖的方法施工。

3.根据顶管工程力学参数确定，先顶后挖时，顶管的推力就是顶管过程管道所受的阻力，主要包括工具管切土压力、管壁磨擦阻力。

3.1工具管正压力：

根据有关工程统计资料，软土层一般为20-30t/m2,硬土层通常在30-60t/m2。

大40t/m2时表明土质较好。

F1=S1*K1

其中F1—顶管正阻力（t）

S1—顶管正面积（m2）

K1—顶管正阻力系数（t/m2）

F1=S1*K1=πr2*K1=3.14*0.85*0.85*35=79.40吨

3.2管壁磨擦阻力：

根据有关工程统计资料，

管壁磨擦阻力一般在0.1—0.5t/m2之间。

F2=S2*K2

F2=S2*K2=πDL*K2=3.14*1.7*60*0.5=160.14吨

顶管阻力为以上二种阻力之和，顶进长度按最长管段130米计算，总顶力：

F=F1+F2≈239.54吨

因此，取总的顶力F=360吨，选用两个180吨的千斤顶作为顶进动力设备。

4.测量放线

4.1应依据设计图纸进行测量放线，做好测量所需各项数据内业的收集、计算、复核工作。

4.2对原交桩进行复核测量、原测桩有遗失或变位时，应补桩校正。

4.3测定管道中心线时，应在起点、终点、平面折点、竖向折点及其他控制点测设中心桩应在工作坑外适当位置设置栓桩。

4.4测定中心桩时，应用测距仪或钢尺测量桩的水平距离。

5.顶管工作井内设备安装w_+^z_{3>

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5.1导轨安装。

严格控制导轨的中心位置和高程，确保顶入管节中心及高程能符合设计要求。

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5.1.1由于工作井底板浇注了混凝土，地基稳定，导轨直接放置在工作井的底板上。

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5.1.2严格控制导轨顶面的高程，其纵坡与管道纵坡一致。

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5.1.3导轨采用浇注砼予以固定，导轨长度采用2～3m，间距设置为60cm。

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5.1.4导轨必须直顺。

严格控制导轨的高程和中心。

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6.顶铁安装应符合下列要求：

6.1应有足够的钢度，无歪斜扭曲现象，项铁上宜有锁定装置，顶铁单块旋转时应能保持稳定。

6.2顶铁宜采用铸铁成型或型钢焊接成型。

6.3放置在管道两侧，且顶铁中心线应与管道中心线平行、对称直顺；

顶铁与导轨和顶铁之间的接触面不得有泥土、油污。

6.4更换顶铁时，应先使用长度大的顶铁，以减少顶铁连接数量；

顶铁的允许连接长度，应根据顶铁的截面尺寸确定。

当采用顶铁截面为200舢n*300舯n时，单行顺向使用的长度不得大于1.5m，双行使用的长度不得大于2.5m，且应在中间加横向顶铁相连。

6.5顶铁与管口之间应用缓冲材料衬垫。

在顶力作用下，管节承压面应力接近其设计顶镐压力强度时，应采用u形或环形顶铁等措施，减少管节承压面应力。

7.顶进设备安装

7.1安装前应对高压油泵、液压油缸、液压管路控制系统、顶铁和压力表标定等进行检查，设备完好，方可安装。

7.2应根据顶管竖井的施工设计，安装高压油泵、管路及控制系统。

油泵宜设置在液压油缸附近，油管应直、转角少；

油泵应与液压油缸相匹配，并应有备用油泵。

7.3液压油缸的油路应并联，每台液压油缸应有进油、退油的控制系统。

7.4液压油缸的着力中心宜位于管子总高的1/4左右处，且不小于组装盾背高度的1/3。

7.5使用一台液压油缸时，其平面中心应与管道中心线一致，使用多台液压油缸时，各液压油缸中心线应与管道中心线对称。

7.6多台液压油缸宜配置油缸台架，且应使油缸布置对称。

7.7千斤顶的安装高程，一般宜使千斤顶的着力点位于管端面垂直直径的1/4左右处。

8.顶进设备试车运行应符合下列要求：

8.1安装前应对高压油泵、液压油缸、液压管路控制系统、顶铁和压力表标定等进行检查，设备完好，方可安装。

8.2应根据顶管竖井的施工设计，安装高压油泵、管路及控制系统。

油泵宜设置在液压油缸附近；

油管应直顺、转角少；

8.3液压油缸的油路应并联，每台液压油缸应有进油、退油的控制系统。

8.4液压油缸的着力中心宜位于管子总高的1/4左右处，且不小于组装盾背高度的1/3。

8.5使用一台液压油缸时，其平面中心应与管道中心线一致，使用多台液压油缸时，各液压油缸中心线应与管道中心线对称。

8.6多台液压油缸宜配置油缸台架，且应使油缸布置对称。

8.7千斤顶的安装高程，一般宜使千斤顶的着力点位于管端面垂直直径的1/4左右处。

9.顶进设备试车运行应符合下列要求

9.1设备试车运行及顶进时，工作人员不得在顶铁上方及侧面停留，并且随时观察顶铁有无异常迹象。

9.2顶进开始时，应缓慢进行，待各接触部位密合后，再按正常顶进速度顶进。

9.3顶进中若发现油压突然增高，应立即停止顶进，检查原因并经过处理后，方可继续顶进。

9.4液压油缸活塞退回时，油压不得过大，速度不得过快。

10.顶管单元长度应根据设计要求的井室位置、地面运输与开挖工作坑的条件、顶管需要的顶力、后背与管口可能承受的顶力，以及支持性技术措施等因素综合确定。

宜减少顶管工作坑设置数量。

当穿越构筑物或河道时，直根据穿越长度，确定顶管单元长度。

11.顶管的顶力计算

当土质为粘土及天然含水量较小的亚粘土，管前挖土能形成土拱者，n可取1.5~2。

当土质为密实的砂土及含水量较大的亚粘土，管前挖土不易形成土拱，担塌方尚不严重时，可取0.5~1。

12.管道下管顶井出土和挖土设备

采用电动卷扬机下管，用千斤顶、高压油泵作为顶进设备，用斗车、垂直牵引的卷扬机作为出土设备，用工具管机头挤压式挖土设备。

12.1照明设备：

井内使用电压不大于12V的低压照明。

12.2通风设备：

人工挖土前和挖土过程中，采用轴流鼓风机通过通风管进行送风。

风量的计算：

①按洞内同时工作的最多人数计算：

Q=k×