穿越铁路顶管施工方法Word文件下载.docx
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我国1953年在北京进行第一次顶管施工;
1956年上海也进行了顶管施工试验;
1978年上海开发了适用于软粘土和淤泥质粘土的挤压法顶管;
1984年开始引进国外的机械顶管设备,随之也引进了顶管理论、顶管施工方法,诸如土压平衡理论、泥水平衡理论、气压平衡理论等。
1988年上海研制成功我国第一台土压平衡掘进机,为我国普及机械顶管施工创造了条件。
我公司多年来关注这一技术,于2002年引入机械顶管设备,几年来,多次在北京的市政管线铺设中使用,并获得了成功,曾穿越过河流、高速公路、立交桥、铁路及建筑物;
顶进过钢质、混凝土等材质的管材;
铺设过热力、污水、燃气、供水、电力等多种管线,曾穿过粘土层、砂土层、全断面砂砾层等各种土质,已经累计顶管施工7835米,积累了大量的施工经验,集聚了一批本行业的优秀人材。
顶管是利用主顶千斤顶及管道中继间千斤顶的推力,将工具管或掘进机从工作坑内穿过土层一直顶推到接收坑,同时,将紧随工具管或掘进机后的管道埋设在两坑之间。
顶管法有人工顶管与机械顶管之分:
人工顶管:
施工人员位于所铺设管道的最前端,直接与土体接触,采用人工挖土的方式破碎工作面的土体,工作面的土体为自然平衡,适于地层不含地下水(或已经采取降水处理)、工作面稳定、土体能够实现自支撑的情况下施工。
机械顶管:
在所铺设的管道最前端由顶管掘进机代替人工挖土,掘进机的前端封闭,将土体与施工人员及管道隔开,它在顶进操作时,掘进机与土体处于平衡状态,不会发生塌方、流沙、透水等危害人身安全的事故,施工过程中不需降水,适于在各种土层中施工,不但适于粘性土层,也适于无粘性的松散土层,甚至在硬岩层及破碎岩层中也能正常顶进,顶进长度可达上千公里。
相比而言,机械顶管比人工顶管的优势更明显,顶进过程中沿线不须降水,顶进距离较长,适于穿越高速公路、铁路,也可以进行绕过障碍物的曲线顶管,适应的土质范围宽广。
三、人工顶管施工方法介绍
顶管施工工艺如下图1所示:
顶管施工需开挖两个工作坑,一个是顶进坑,为了布置顶管施工设备而在地下设立的井坑;
另一个是接收坑,是为了回收顶管施工工具管面在地下开挖的井坑。
如果地下水丰富,工作坑开挖前需进行降水处理,甚至在人工顶管顶进过程中均需进行降水处理。
图1顶管施工工艺流程图
四、井坑降水
地下水埋深较浅,土质含水量大具较强的流动性时,工作坑开挖前需进行降水处理。
计划在井坑周围打四~六口降水井,其平面位置在工作坑外边缘以外2m,井深根据土质情况及工作坑具体深度确定。
使用反循环钻机成孔,钻孔孔径φ600,井管使用外径DN400、内径DN300的无砂混凝土管,滤料使用3mm的豆石或石屑。
降水施工工艺流程:
场地平整—井点放样—钻机对位—成孔—下放井管—填充滤料—洗井—下放水泵—抽水
降水施工在工作坑开挖前5~10天进行,降水工作持续整个顶管工作的全过程。
降水施工方法为:
1.打孔采用QJ150型钻机成孔,使用泥浆护壁,井底填入米厚的碎石过滤层。
2.下管井壁使用无砂混凝土滤管,直径400毫米,每节管长1米。
3.填滤料在滤管外和孔壁之间回填砾石滤料,砾石粒径为10~30毫米,杂质含量小于3%。
4.洗井滤料填充完成后,立即进行洗井,清除停留在孔内和透水层中的泥浆与孔壁的泥浆,疏通透水层。
5.装泵每口井内设置l台Φ25mm、扬程为20米的潜水泵,接好保护开关后可以开始正式抽水。
6.降水后的水位要在工作坑底面下l米,若出现降水井不能完全有效降水的情况,为保证工作坑顺利开挖和支护稳定,应在工作坑内设置集水井,及时排除开挖过程中的渗透水。
7.降水监测降水监测与维护期间要对各降水井和观测孔的水位、水量进行同步监测。
8.排水:
在地面上设置D100PVC排水管,将抽出的地下水排入现况排水系统中。
五、工作坑施工
1.工作坑占地面积为40米×
20米。
2.工作坑尺寸
顶进坑:
6米(长)×
4米(宽)。
为保证安装顶管设备,顶进坑底板应较管道内底高程的深度不小于米。
接收坑:
5米(长)×
接收坑深度与管外底高程相同。
3.工作坑做法
工作坑采取大板+工字钢的支护方式。
(1)管线调查:
工作坑施工前需进行地下管线的调查,提出对原有管线的保护方案,施工中不得损坏原有管线。
(2)探槽:
工作坑施工须先开挖探槽,开挖相互垂直的二条探槽,分别平行于工作坑的两边,其长度须大于工作坑开挖范围1米,深度的确定须配合地下管线调查资料,通常在2米左右。
(3)场地平整:
现场地面向下挖深米,以此为工作坑顶部基点,向下进行工作坑的施作。
(4)土方开挖:
上部采用机械与人工配合,下部采用人工开挖-大板下插交替循环进行,垂直运输采使用吊车和土斗。
土方每次开挖高度视具体情况而定,开挖高度要求30cm以内。
(5)排渣方式:
采用1m3的钢制吊筒装渣土,用吊车运送至现场渣土堆放场地,然后用装载机装入自卸汽车外弃。
(6)工字钢支撑:
选用25#工字钢做支撑,每道支撑分步采用盘撑与角撑,盘撑环绕工作坑一周形成封闭框架结构,相互间焊接牢固;
角撑在盘撑的四个方角内侧,长度为米。
垂直方向工字钢支撑间距不得大于2米,第一道支撑在工作坑上口,与地面平齐,最后一道支撑安装到工作坑底部,作为扫地撑。
(7)大板支护:
工作坑侧壁采用大板支护,大板长度为4米,宽度厚度不小于30毫米。
将大板插放到工字钢与土壁之间,与土体接触密实,大板之间相互密排。
(8)顶进坑底板:
在挖深达到工作坑底标高后,工作坑底部铺设碎石,碎石粒径30~100毫米,碎石厚度不小于200毫米,碎石层进行夯实处理。
(9)集水坑:
如果地下水较大,降水效果不好时,需在底板预留500×
500×
500毫米集水坑一个。
六、顶管设备安装
顶进坑内需安装顶管设备,主要有顶进后背、机坑导轨、止水圈等。
1.顶管后背
将主顶千斤顶推力的反作用力传递到工作坑后部土体中的装置。
(1)顶管后背结构为:
锚喷墙+混凝土+后背铁。
(2)在锚喷墙壁前垂直地面放置后背铁,后背铁与锚喷墙面之间的空隙以C10素混凝土浇灌填充。
(3)顶进坑后背要有足够的强度,在顶进过程中能承受千斤顶的最大作用力;
(4)后背墙表面要平顺,并且垂直于顶进管道的轴线,避免产生偏心受压。
2.机坑导轨
机坑导轨是承托工具管与所铺设管道的工具,安装的准确与否直接影响管道的顶进质量,其安装要求如下:
①两导轨要平行、等高,或略高于管道设计高程的2厘米左右,其坡度与管道坡度一致;
②安装后导轨要牢固,不得在使用中产生位移,且需设专人经常进行检查;
③将机械顶管导轨安放在工作坑底板上,导轨两侧牢固地焊接工字钢,工字钢须另一端须牢牢抵在侧墙上。
3.止水环安装
为防止掘进机入洞时地下水涌入工作坑,在顶进方向的墙壁上安装止水环。
首先,进行测量,确定止水环安装的位置;
其次,将止水环底圈固定到墙壁上,用混凝土封闭底圈与墙壁之间的缝隙;
然后,在底圈上固定防水橡胶板;
最后,安装止水圈压板。
在掘进机入洞之前才允许将止水环内的墙壁凿除。
七、顶管施工方法
1.工作平台及起重架
⑴工作平台
平台主梁采用I40型钢,上铺15×
15cm方木。
⑵起重架
起重架由4根L=9m、φ150mm的厚壁(t=12)钢管组成,顶部用60mm圆钢连接,两端锁紧。
架底部焊接在平台下横向置放的[30槽钢上,支脚加肋。
⑶起重设备
出土及下管采用卷扬机,设1台5t卷扬机、1台10t卷扬机(下管)。
2.工具管就位
工具管需加设帽檐,帽檐长度为米。
使用25吨吊车吊装,将工具管放入顶进坑内的导轨上,前端距井壁约300毫米。
就位后先检查工具管的轴线是否与顶进坑轴线、导轨轴线以及主顶油缸的轴线保持一致,发现偏差立即调整。
3.工具管入洞
先将洞口处的墙壁凿除,并向前方挖土200毫米深,再将工具管徐徐推进洞口,将帽檐顶入土体后,方可在帽檐下挖土。
待工具管全部入洞后,连接第一节混凝土管做反封闭,推进机与首节管要连接牢固并安拆方便。
4.正常顶进
a.下管前,检查钢筋混凝土管材是否合格、有无缺陷,管口端面要求平整。
管材的质量是整个工程的关键,要严把质量关;
b.严格控制每次顶进、挖掘的长度,不得超挖,防止因超挖造成塌方,应随挖随顶,管前挖土长度控制在200毫米以内。
c.人工挖土前,应先将工具管刃口部分切入周过土体中,挖土程序按自上而下分层进行,管前挖土人员应在管内操作。
顶管出土由人工装车,用小推车运出至工作坑内,在工作坑内由卷扬机吊出工作坑,并卸至临时存土场,由汽车外运弃土。
d.顶进开始时应缓慢进行,待各接触部位密贴后再按正常速度顶进。
顶进中若遇到下列情况之一时,应立即停止顶进,查明原因,及时采取措施,处理完善后再继续顶进:
发生塌方或遇到障碍;
后背倾斜或严重变形;
顶铁发生扭曲现象;
管位偏差过大,且纠偏无效;
顶力突然增大,接近管节端面许可承受的顶力。
e.液压油缸及出土运输机械的操作人员,应听从管内挖土人员的指挥,操作液压油缸时回收时速度不得过快,油压不能太大;
f.每班均应填写施工记录,施工记录包括顶进长度、顶力、管位偏差及其纠偏情况、土质变化、地下水情况、顶进中出现的问题等,交接班时应将施工记录向下一班交待清楚。
膨润土泥浆重量配合比
膨润土胶质价
膨润土
水
碱
60~70
100
524
2~3
70~80
~2
80~90
614
90~100
g.触变泥浆减阻:
触变泥浆是减少顶进阻力、提高顶进速度的重要一环,减阻泥浆采用膨润土配制而成。
膨润土一般要求胶质价在80以上。
膨润土进场后,先测定其胶质价,根据胶质价确定配合比,见上表(重量比):
膨润土泥浆的拌和时间一般为10至20分钟。
泥浆制备后,须静置24小时可以使用,使其充分吸水,膨润成胶体,使用比重计测其比重,掌握在cm3为宜。
在每节混凝土管道的尾部设置有触变泥浆注浆孔,顶进施工的同步注入触变泥浆,以形成原始浆套;
在每节混凝土管均有三个注浆孔,顶进过程中,通过注浆孔持续补浆。
注浆使用挤压式注浆泵,注浆口压力控制在~MPa。
视储浆池内触变泥浆下降的速度及顶镐压力表读数调节注浆压力。
h.顶进测量:
初始顶进每米测量一次,并做记录。
正常顶进时,每顶进1米测量一次,遇有纠偏每米测量一次,测量人员分别绘制出管道中心及高程曲线图;
i.出洞:
推进机推进到距接收坑约2米处,拆除接收坑洞口处的墙壁,看到推进机后,测量工具管上、下、左、右的四个方向,与出洞口的大小、位置合适时,启动主顶油缸继续推进,将推进机全部推入接收坑内;
j.使用吊车将推进机吊运出坑。
5.顶进纠偏
顶进过程中出现中心偏差±
20mm或高程偏差±
10mm及有偏差趋势时就应采取纠偏措施。
纠偏主要采用挖土纠偏方式,纠偏时每50cm测量一次,并做机头和机尾数据比较,有回归趋势后,保持一段顶进距离,就要停止纠偏,防止左右摆动,纠偏原则是勤纠、微纠。
6.顶进中的沉降控制
对于人工顶管施工,地面沉降最不易控制,顶进施工中必须严格管理、严格监控。
一是控制超挖,派专人负责监控超挖量:
管前挖土长度控制在200毫米以内、管顶部位最大超挖量控制在15毫米以内、管底部位135°
范围内不得超挖。
一旦发现不符合规定者,必须严惩。
二是防止塌方,不能出现任何程度的土体塌落,挖土前必须安排专人检查土体固结程度,土体不稳定时须进行超前小导管注浆。
只有做好土体稳定,才能保证施工中的人员安全、保证地面不沉降,施工中须认真对待。
三是加强施工过程测量,及时获取顶进过程数据,及时纠偏,做到信息化施工。
7.泥浆置换
顶管施工完成后,需对钢筋混凝土管节之间的缝隙进行填充处理,一般使用油麻、石棉水泥进行封闭。
并及时对管道外壁进行充填加固,把原注入的膨润土浆置换掉。
使用的泥浆置换材料为水泥加粉煤灰浆,其配比为水:
水泥:
粉煤灰=6:
1:
3。
由管道内部的压浆孔压注,注浆次数不少于三次,两次间隔时间不大于24小时。
泥浆置换时,每二节管定为一组,每组管分为注浆口与出浆口两部分,注浆孔用于注入灰浆,出浆口用于排出膨润土浆。
将注浆泵清洗干净,吸浆龙头放入灰浆池内,开启注浆泵,打开第一组注浆口,当第一组出浆口冒出灰浆后,关闭阀门,再打开第二组,以此类推,直到全线完成。
再关闭所有阀门,保压十分钟,保压时注浆压力为MPa。
泥浆置换完成后,应拆除主通道浆管和管内弧形浆管就地清洗,以免浆液凝固堵塞。
8.设施拆除
管道顶进、换浆、检测全部完成后,拆除顶镐、后背铁、止水圈、导轨等顶管设备。
八、施工安全防护
为了保证本工程施工中的安全,公司、项目部及班组三级分别成立安全小组,以便加强安全管理工作。
积极开展安全达标工作,切实贯彻安全生产责任制,强化安全意识,本工程杜绝重伤和死亡事故,轻伤事故频率控制在1‰以下。
现场文明安全工作须目标明确、职责明确,从项目经理到施工员、作业队层层落实岗位安全责任制。
安全管理规定:
1)认真执行国家、北京市、本公司安全生产、劳动保护的法规及规章制度。
2)建立、健全安全生产保证体系,领导组织实施本单位安全生产工作目标,督促、检查各职能部门人员执行安全生产责任制。
3)落实施工组织设计、施工方案中各项安全技术要求,严格执行安全技术措施审批制度及设备、设施交验、验收、使用制度,保证安全技措及劳动保护用品经费的落实。
4)认真执行ISO9001“安全生产管理程序”,开展定期和不定期地组织安全生产检查,及时消除事故隐患与不安全因素,制止违章指挥和违章作业。
严禁职工在工作中间休息或就餐时饮酒。
5)作业工人自觉执行各项安全、文明生产操作规程、安全交底、安全、文明劳动纪律。
不违章作业,服从安全人员的管理。
有权拒绝违章指挥。
6)作业时,设专人统一指挥,相互配合,特别是多种机械和运土车辆作业,由机械现场调度员统一指挥,配合机械作业人员,要密切注意路床作业机械、车辆的行走方向,合理避让以发挥机械作业的效率。
7)吊装作业设专职人员指挥,持证上岗。
作业中遇特殊情况,将重物落在地面上,不得悬停在空中。
起吊作业的下方不得站人或有车辆通行。
8)夜间施工必须保障现场有足够的照明条件,夜间在重点防护部位悬挂红色警示灯。
9)做好安全防火工作,严禁在施工现场点火或吸烟,执行施工用火证审查制度。
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