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管道顶进施工方案.docx
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管道顶进施工方案
管道顶进施工方案
1、顶管掘进机的选型
本工程管道穿越砂层,粉砂层,根据这种情况,顶管机头选择泥水平衡顶管工具。
对于管道穿越石质土层的地段,采用气压平衡顶管。
1.1、设备安装工艺流
设备安装工艺流程框图
(1)顶管施工工艺过程分为顶进设备安装和顶进施工两大部分。
(2)设备安装:
顶管设备安装主要是控制好导轨安装标高,在导轨安装完毕后请监理单位进行导轨高程复测工作,并办理相关报验手续。
1.2、顶进施工工艺流程
顶管施工工艺流程图
1.3、顶管施工工艺原理
泥水平衡顶管施工工艺原理如图:
泥水平衡顶管施工工艺原理图
1.4、顶管设备就位、安装、调试
(1)安装导轨
(2)导轨定位后必须稳固、正确,在顶进中承受各种负载时不移位、不变形、不沉降。
(3)导轨安放前,应先复核管道中心位置。
1.5、设置承压壁
(1)承压壁应承受和传递全部顶力,必须具有足够的强度和刚度,本工程承压壁的设计的承压能力为4000-6500kN。
(2)工作井在作承压壁时,将预留的洞口用砖封堵。
安装另一侧承压壁时,可使已完成的管道承受顶力。
为使承压壁受力均匀,在承压壁与井壁间浇筑找平的混凝土砂浆,砂浆强度宜在100#左右。
(3)承压壁的平面必须与顶进轴线相垂直,在顶进中随时检查,如有发现倾斜,则必须重新布置,以保证安全。
1.6、安装主顶设备
(1)主顶设备是指安装在承压壁前方,使顶管掘进机和管节向轴线方向顶进的加力组合装置。
(2)数台千斤顶应共同作用,规格一致,行程同步,每台千斤顶的使用压力不大于额定压力,油路必须并联,每台千斤顶均备有独立的控制阀,千斤顶伸出的最大行程应小于油缸行程的10cm左右。
(3)油泵站设置在距离主千斤顶的近处,油路安装应顺直,减少转角,接头不漏油,油泵站应在井口操作间内工作。
油泵的最大工作压力不大于32MPa,应检查限压阀、溢流阀和压力表等指示保护装置,安装完毕后必须进行试车,在顶进中应定时检查维护。
(4)环形顶铁外径必须与管道直径一致,利用环的外部推动管节,为增加强度、刚度,可增加厚度和向内径方向的尺寸。
马蹄形顶铁必须符合要求,刚度大,受力后不变形,相邻面垂直,排列不扭曲,不脱焊,与导轨的接触面必须平整。
1.7、顶管掘进机的安装
(1)顶管机的尺寸和结构应符合要求,在地面上对整机应作详细检查。
(2)起重设备根据选择20T的汽车起重机,起吊前将钢丝绳试放到井内,确保钢丝绳够长度。
起吊中应使用专用吊具,保证平稳、缓慢、严禁冲击、碰撞,并由专人指挥。
(3)掘进机安放在导轨上后,测定前后端的中心方向偏差和相对高差,做好记录。
调整后应使掘进机机体与各组滚轮均接触密实,滚轮的受力均匀。
(4)对掘进机的电路、水路、油路、泥水管路和操纵设备进行逐一连接,各部件连接牢固,无跑、冒、滴、漏现象,对各部分分别调试并进行全面的试运行。
1.8、顶管施工技术措施
(1)进、出洞口技术措施
顶管过程中,无论是管子从工作井出洞或是接收井进洞,管道外壁与洞口之间都必须预留一定的间隙。
如果该间隙不能够采取有效的密封措施,地下水和泥砂就会从该间隙中流到工作井或接收井中。
(2)洞口止水圈的设计
本工程管道埋深大、土层的渗透系数大,因此管道在顶进时密封必须可靠。
在洞口密封设计中,采用主橡胶圈密封加可充气应急密封圈的双层密封结构,该结构的特点是:
顶管过程中充气密封圈是不工作的,如果主橡胶密封圈因摩擦损坏导致密封失效,地下水涌入井内的危急情况下,可利用打气泵给充气应急密封圈充气,及时控制漏水,在安全状态下处理或更换新密封圈。
出洞口密封示意图如下图所示。
进洞口密封装置由于进洞是短时间、一次性的工作,故不必使用充气密封圈,其它应与出洞口密封装置相同。
1.9、管节顶进方案
1、管道正常顶进时土体平衡的必要性
管道在正常顶进时,挖掘并排出土体的量应为顶管掘进机体积的95%—103%,在这个取土范围内,掘进机对土体的扰动,不会使顶进过程出现方向的偏差,不会出现地面沉降,土体是平衡的。
如取土过多则造成土体坍塌,土体上部压力减小,必然使掘进机上偏,地面沉陷。
反之地面将隆起。
因此保证土体的平衡,不但是保护地下设施的需要,同时也是顶进方向顺直的保证。
2、顶进中操纵顶管掘进机保证土体平衡的必要条件
以MEP1000型顶管掘进机在顶进中与顶速、切土口、刀盘平动量、刀盘扭矩等参数的关系分析土体平衡的必要条件。
MEP型顶管掘进机的刀盘开口是很小的,而且配有可自动或手动开启、关闭、调节开口量的切土口,正常工作和停止时,均可有效地支撑土体。
整个刀盘是由和刀盘一体的一台油缸支撑着,调定油缸的压力即可预设土压力。
刀盘在工作时一直有一台油泵为其供油,调定油缸压力后(即调定土压后),土体压向刀盘的力超过油缸推力时刀盘后退(溢流阀卸油)。
土体压向刀盘的力小于油缸推力时刀盘伸出(油泵补油)。
前伸的量为+50mm,后退的量为-100mm(该前进、后退的量称为:
刀盘平动量)。
只要推进速度适当,刀盘就可以保持浮动的平衡状态。
切土口是这样配合刀盘工作的,当以一定速度推进时,土体压力小于预设刀盘压力,刀盘伸出,与此同时,切土口减小或关闭,切土量减小,如果此时顶速不变,土体压力势必上升,使土体保持平衡。
反之土压增大、刀盘后退、切土口增大、切土量增大,顶速不变、土压降低、产生新的平衡。
这就是该机自动以机械方式平衡土体的原理。
在刀盘自动平衡挖掘面侧向土压力的原理叙述中,始终均假设是速度不变的工况。
实际生产过程中,刀盘自动平衡土体的能力是有限的,往往是随刀盘的前伸、后退的变化调整顶速,使挖掘面土体的侧向力保持平衡。
确切的说:
刀盘自动平衡土压力是微调或缓冲,根据刀盘的运动调节顶速是实际生产中的施工方法。
分析顶进速度、顶力、机头土仓内的泥浆压力、刀盘平动量、刀盘扭矩、刀盘的切土口大小等参数,顶进速度应根据刀盘的平动量及切土口大小确定。
顶进中应严格根据预调的刀盘推力顶进,禁止机头超负荷运转。
3、顶进中的测量与纠偏
(1)测量:
将地面上的各点坐标、高程引入井下后,顶进管道水平、高程的偏差均由激光经纬仪测定,仪器固定在沉井的底板上,计算机控制的激光接收靶固定在机头前端,坐标中心在掘进机中轴线上。
顶进时激光经纬仪常开启,机头操作人员通过观察计算机显示屏幕上的激光光斑移动数据及顶进的长度,分析偏差发展趋势,确定应采取的纠偏方法。
激光经纬仪必须按规定的顶进长度或测量时间进行高程、水平方向校正,高程方向也可使用连通器在顶进中随时校正。
(2)纠偏:
混凝土管节较短,有众多的具备一定柔性的承插接口,这样混凝土管节在顶进中容易纠偏。
但纠偏技术必须重视勤测勤纠:
这主要是责任心的问题,当顶进中发生小的偏差就进行纠正是比较容易的,关键是要发现早。
4、触变泥浆润滑
注浆要使注入的浆液随着管道顶进形成完整的初始浆套,并且每顶进一定的距离应能够得到补充。
这些与注浆孔的形式、布置的位置、注浆泵的选用和注浆的压力有关。
①注浆孔布置的位置:
注浆孔分组布置,每组3个一环。
在掘进机后的每根砼管布置一组,共布置三组。
这三组注浆孔最为重要。
在顶管掘进机顶进时随顶随注,使顶管掘进机后部在顶进中即形成完整的浆套,填充并支撑由于顶管掘进机外径大于管道外径所留下的注浆空隙。
以后每隔4m布置一组注浆孔,这些注浆孔主要起补浆作用。
当顶进一段时间后,先前注入的润滑浆可能失水而导致浆液质量差,这时为补充这部分缺失需进行补浆。
②注浆泵选用及注浆压力:
为确保注浆效果始终在最佳状态,我们选用无压力脉动的螺杆泵,不选择压力脉动大的活塞泵,因为浆液在脉动的峰值时会扩散到土体中,而螺杆泵注入的浆液几乎是从空隙中挤出去的。
浆套容易形成又容易保持。
③注浆压力选择:
注浆压力不宜过高,注浆压力高容易地面冒浆,浆套形成不好。
正常顶进时,注浆或补浆均以控制注浆量为主。
压浆分两类,分别控制:
A机头尾部同步压浆,以形成原始浆套,填充固有间隙和纠偏间隙,操作为随顶随压、先压后顶;B沿线及洞口补浆,以补充管道沿线因浆套失水等原因造成的浆套缺失,该操作在顶进时或停止时均可进行,补浆时必须有专门人员巡视。
5、中继环
(1)中继环的设置、启用
管道顶进采取触变泥浆减摩措施,但当管道延伸至某一长度时,顶进的顶力大于管道能承受的顶力,管节损坏、管道无法继续顶进。
中继接力环技术的应用,能够从根本上限制超过管道最大允许顶力的情况发生。
该技术的原理是:
中继环安装在一次顶进管道的某个部位,把这段一次顶进的管道分成若干个顶进区间。
在顶进过程中,先由若干个中继环按先后顺序把管子推进一小段距离后,再由主顶油缸推进最后一段管子,这样不断重复,一直到把管子从工作井顶到接收井内。
本工程设计的中继环允许推力为5000kN。
中继环安放的顺序是:
第一只中继环应放在比较前面一点,因为掘进机在顶进过程中顶力的变化会因土质的变化而有较大的变化。
所以当顶力达到中继环推力的40—60%时,安放第一只中继环。
以后每当下一区间的管段顶力达到中继环推力的65—70%时,安放一只中继环。
当主顶油缸顶力达到中继环推力的90%时,必须启用中继环。
中继接力环应根据实际顶力情况设置。
按管外壁与土体摩阻力10KN/m2及实际经验暂按第一只中继接力环距顶管掘进机45m,以后每隔60-75m设一只中继接力环考虑。
(2)中继环的设计计算
①根据设计图纸要求,最大顶进长度387m。
FP=П.DO.L.fk+NF
式中:
FP—顶进阻力(KN)
DO—管道的外径
L—管道设计顶进长度(m)
Fk---管道外壁与土的单位面积平均摩阻力
NF—顶管机的迎面阻力(KN)
(DO—管外径取1.2m,采用触变泥浆减阻.fk值3.0~5.0KN/m2)
采用泥水平衡顶进方式:
NF=П*(Dg-t)*t*R
式中:
Dg—顶管机的外径(m);取1.22m
t---工具管刃脚厚度(m);取0.2m
R---挤压阻力(KN/m2).取R=300~500KN/m2
NF=П*(Dg-t)*t*R=3.14*(1.22-0.2)*0.2*400=256.22KN
FP=П*DO*L*fk+NF
=3.14*1.2*387*4+NF
=5832.86+256.22=6089.08KN
②钢筋混凝土管允许顶力为:
F=π*σ*t*(d+t)/K
式中:
F—混凝土管允许顶力(kN);
K—安全系数取K=6
σ—混凝土抗压强度50000kpa
t—壁厚(mm),取t=100mm
d—钢筋混凝土管内径(mm)取d=1000mm管
F=3.14*50000*0.1*(1.0+0.1)/6=2787.33(KN)
油缸压力应小于278.733T,考虑综合因素,油缸压力控制在250T。
③中继间的技术参数
管道允许顶力为2787.33KN。
计算顶力6089.08kN大于管道允许最大顶力,必须使用中继间接力。
按照中继间约2000kN的启动推力估算,共需设置2个中继间分担推进顶力。
中继间使用1台中继间油缸,每台油缸最大顶力为2000kN,最大行程250mm。
(3)中继环的密封
中继环采用两段无铰的壳体形式,前后壳体间安置两道契型橡胶止水圈,防止环外泥水渗入。
我们特别设计了能够在顶进中具有气压自动补偿作用的新型中继接力环,保证顶进的顺利进行。
在该中继环中正常顶进时,工作密封圈在补偿氮气的压力作用下,起自动补偿的密封作用,密封效果好,此时备用密封圈是不参与起密封作用的,也不会磨损。
当工作密封圈因磨损失效时,将备用密封圈顶出,密封地下水继续顶进。
具有气压自动补偿作用的中继环示意图
1.10、顶段的收尾工作
掘进机进入接收井并吊起运走后,管道内还有下列工作要做,拆除各种管道、电缆、中继间滑动连接处注浆加固土体、拆除中继间设备、焊接两层滑动连接钢板、洞口密封止水等。
(1)中继间滑动连接处注浆:
中继间的千斤顶应全部收回,千斤顶及密封圈在注浆前不能拆除,仍需它们对中继间进行定位和密封。
为保证密封圈在拆除后,中继间滑动密封处不漏水、漏浆,应由中继间的注浆孔向外注水泥、水玻璃双液浆(凝固时间25min)。
在注浆时只要中继间密封圈允许(此时应将备用密封圈压紧),注浆压力应达到0.15Mpa,注浆量应控制在每个中继间注0.8—1m3。
注浆在各中继环均准备完毕后统一进行。
(2)中继间拆除设备:
中继间连接处注浆后,在拆除千斤顶前,将所有备用密封圈的固定螺栓松动、工作密封圈气压放尽,检查是否有泥水流出,如漏水、漏泥严重应对注浆处进行补注。
然后拆除千斤顶、密封圈运出管道外。
2、施工中应重视的技术问题
(1)减少土层扰动的保护措施
机械顶管掘进机具有能够精确平衡正面土体侧压力的特点,故挖掘正面水土流失所引起的土体沉降较易得到控制。
在掘进机后的第一根管节顶入体后,即可把顶力、泥水仓压力、顶进速度调整到最佳值。
按泥水平衡顶管法施工经验,最大沉降约5mm,能够满足本工程管道顶进在时,保护污水管道上方结构沉降量的要求。
(2)其它工作
施工前的方案准备工作不容忽视,需全面、详细的了解管道所在土层的地质及其它各种管道、市政设施的情况,认真研究可能会发生的意外问题,制定出施工对策。
为了减少地面沉降应重视的问题:
选择泥水平衡顶管机械;加强管理,严格遵守操作规程;尽量避免大角度纠偏;覆土不能太薄。
3、闭水试压
顶管施工结束需进行闭水试验。
(1)试验前的检查
管道闭水试验时,试验管段应符合下列规定:
—管道及检查井外观质量已验收合格;—全部预留孔应封堵,不得渗水。
—管道两端堵板承载力经核算应大于水压力的合力,除预留进入水管外,应封堵坚固不得渗水。
(2)试验方法
闭水试验按施工阶段划分。
管道或检查井首先采用砖砌体封堵,砖砌体两侧均抹防水砂浆。
在观察水位的堵头一端留设φ50钢管,在试验水头上下各1m以内设透明管,以便观察水位。
灌水及补水均就近采用自来水,用漏斗灌入,并设水表进行补水量的计量。
在管道内充水保持上游管顶以上2m水头的压力。
外观检查不得有漏水现象。
管道24h的渗水量不大于按下式计算的允许渗水量:
Q=0.0046Di。
式中Q—每1km管道长度24h允许渗水量,Di—管道内径。
一个施工段的闭水试验通过后,用离心水泵将试验用水排到相邻的管段内继续试验。
4、现场占地和临时道路的恢复
在耕地和现有道路上的工作井、接收井在做井前需要破除既有路面或公共耕地,管道施工完毕,及时对路面和公共耕地进行恢复。
严格按照通海县交管部门要求和对应段道路管理部门的要求以及道路既有的结构要求进行恢复。
工程完工后,应根据工程的有关规定及实际情况要求,及时拆除临时工程和清理现场至恢复到开工前的状况。
工程通过河道、公路、建筑、绿化等现有设施和场所时,按有关管理部门规定的标准复原场地。
工程实施前,我方将向有关主管部门了解通海市对城市道路和耕地的挖掘与路面恢复、树木砍伐及绿化耕地恢复方面的技术标准和技术要求,在工程实施过程中,在有关管理部门的监督下按相关规定的技术标准和技术要求进行路面和绿化恢复。
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