同济路顶管专项方案.docx
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同济路顶管专项方案.docx
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同济路顶管专项方案
同济路穿越顶管
专项施工方案
编制人:
山东诺泰市政工程有限公司
编制时间:
2018年4月26日
一、泥水平衡顶管施工
1.1、顶管机选型
本工程位于同济路与鸿广路交界处,东西方向穿越同济路,双道65米。
根据设计要求,选用泥水平衡顶管法施工。
泥水平衡顶管掘进机根据切削刀盘前方的地下水压,通过送泥泵将调节配置好的一定比例的泥水送进顶管掘进机的泥水仓,平衡地下水压,从而保证切削面的稳定。
切削后的土渣与泥水混合后,通过流体输送系统将混合泥水排送到地面,进行泥水分离处理,经沉淀后的泥水再循环利用,土渣运走。
在整个施工过程中,操作人员通过操作台上的监视屏随时观察切削力矩和泥水压,调节顶进速度,保证施工地表隆起或沉降控制在最小的范围内。
当掘进机正常工作时,进排泥阀均打开,而机内旁通阀则关闭,泥水从进水管进入掘进机的泥水仓内:
只要调节好进、排泥水的流量,就可以使掘进机的泥水仓中建立一定的压力。
掘进机在掘进过程中,采用了激光导向控制系统。
位于工作后方的激光经纬仪发出激光束,调整好所需的标高及方向位置后,对准掘进机内的定位光靶上,激光靶的影像被捕捉到机内摄像机的影像内,并输送到挖掘系统的电脑显示屏内。
操作者可以根据需要开启位于掘进机内置式油缸进行伸缩,为达到纠偏的目的,调整切削部分头部上下左右高度。
本掘进机的优点是:
1)、顶管机、主千斤顶、泥水循环系统成套化。
2)、该机能适用各种土壤条件。
3)、使用安装在轨道上的主顶油缸,能较长距离顶进。
4)、该机由一人在地面遥控操纵即可。
5)、可在控制台上进行电视监测及方向控制,精度高。
带有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。
6)、使用主千斤顶不间断便可单独顶进一节管子。
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。
1.2施工工艺流程
测量引点→工作井施工→测量放样→井下导轨机架、液压系统、止水圈等设备安装→地面辅助设施安装→顶管掘进机吊装就位→激光经纬仪安装→掘进机出工作坑→正常顶进→顶管机进接收坑,如下图所示。
1.3、顶力计算和准备工作
本工程顶管单元长度根据设计图纸的井室位置、地面运输和开挖工作坑的条件、顶管需要的顶力、后背与管口可能承受的顶力等因素确定单元长度。
1.3.1、顶力的计算
最大推力计算,采用经验公式,按顶距65米计算:
F=KπDLf+Nf
上式中:
F—总顶力(KN);
D—管外径;
L—顶距;
f—管外壁单位面积与土体的平均摩阻力(kN/m2);
K—润滑泥浆摩阻系数,取值0.3-0.8;
Nf=顶管迎面阻力(kN);
Nf=
P=KoγHo
式中P—土仓控制压力;
Ko—静止土压力系数,一般取0.55
Ho—地面至掘进机中心的厚度,取值7m
γ—土的湿重量,取1.9t/m3
F=0.5*3.14*2.88*65*6+3.14/4*2.88*2.88*0.55*1.9*7
=170T
工作井内设备顶进能力可达到800T,采用2个200T的千斤顶完全满足要求(本工程顶管采用触变泥浆,顶力将远小于理论计算值),因此我们无需增加额外的顶进系统即可满足要求。
1.3.2、地面准备工作
在顶管顶进施工前,按要求进行施工用电,用水,通道,排水及照明等设备的安装。
施工用电每台套采用200KW的发电机组。
现场设备摆放空间至少需长30米,宽20米的平整封闭场平区域。
施工材料,设备及机具必须备齐,以满足本工程的施工要求。
管节等准备要有足够的余量(30~40m)。
井上,井下建立测量控制网,并经复核报验监理认可。
设备布置如图。
1.3.3、井下准备工作及井内布置
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。
顶管基座为钢结构预制构件,顶管基座位置按管道设计轴线准确进行放样,安装时按照测量放样的基线,吊入井下就位安装固定。
基座上的导轨按照顶管设计轴线并按实测洞门中心居中放置,并设置支撑加固,保证基座稳定不变形。
1.4、后座墙
后座墙是顶进管道时为千斤顶提供反作用力的一种结构,有时也称为后座、后背或者后背墙等。
在施工中,要求后座墙必须保持稳定,一旦后座墙遭到破坏,顶进工程就要停顿。
后座墙设计要通过详细计算,其重要程度不亚于顶进力的预测计算。
顶管工作坑后座墙的墙面应与管道轴线垂直,其施工允许偏差应符合下表中的规定。
工作坑及装配式后座墙的施工允许偏差(mm)
项目
允许偏差
工作坑每侧
宽度
不小于施工设计规定
长度
装配式后座墙
垂直度
0.1%H
水平扭转度
0.1%L
注:
H——装配式后座墙的高度(mm);
L——装配式后座墙的长度(mm)。
本工程采用钢筋混凝土后座墙。
1.5、泥水系统控制、注浆量的计算
1.5.1、泥水系统
泥浆系统有二个作用:
送走被挖掘机的渣土和平衡地下水。
泥浆系统是由密封的管道组成,通过机头循环,形成泥浆混合物,由排泥管送走,最后沉淀在地面上的泥浆池内,泥浆通过众多的排泥泵被排出。
再由进水泵进水送入机头,排泥由变速的排泥泵进行控制。
机坑旁通装置可控制进排泥浆的速度、方向,以防止泥渣堵塞管道,淤积现场。
当挖粘土时,可能使普通粘土,有一定的粘合度,可以直接将泥浆排入泥浆池内,但是当挖沙土时,泥浆中必须添加一定的粘合剂(诸如膨润土等)以增加泥浆粘度,以达到排渣的最终目的。
夹带泥砂的泥浆,可通过振动筛、循环沉淀器、干燥器等,处理分离渣质,泥浆被再用,渣质被积累后处理。
处理渣土用翻斗车,泥浆用罐车运出场区,堆置于郊外,处理时注意不得污染路面等环境。
进排泥水系统起着第二个作用:
在有地下水存在的地方,掘进机表面的压力可以降低到小于水中的压力。
这样避免了抽地下水的需要。
进排泥水系统中的压力感应器可测出地下水的压力。
机内泥水循环系统,电磁阀,旁通装置及载水阀可以起到调节水压的作用。
机内电磁阀和旁通系统,可以阻止水压的变化,保持水压,在加管道时,不至于减小机头的水压,保证内部压力平衡。
1.5.2.触变泥浆
触变泥浆减摩是顶管施工中减少顶力的一项重要技术措施,在顶进过程中,通过顶管机尾部的同步注浆与管道上的预留孔向管节外壁压注一定数量的减摩泥浆,采用多点对称压注使泥浆均匀地填充在管节外壁和周围土体的空隙来减小管节外壁和土体间摩阻力,起到降低顶进时阻力的效果。
在管节外壁能否形成完整的泥浆套,将直接影响到泥浆的减摩效果。
减摩泥浆采用触变泥浆,该浆液性能稳定,且有良好的触变性,又有一定的稠度。
施工过程中,泥浆应保证不失水、不沉淀、不固结,泥浆的配比应根据不同的地质情况作相应的调整,使泥浆适应土层的特性,起到预期的减摩效果。
施工过程中还可配制特殊的泥浆以满足顶进施工中特殊适应土层的特性,起到预期的减摩效果。
施工过程中还可配制特殊的泥浆以满足顶进施工中特殊要求。
压浆时,储浆池内的触变泥浆由地面上的压浆泵通过管路压送至管道内的压浆总管,并到达连通各压浆孔的软管内,通过控制压浆孔球阀来控制压浆。
根据本工程特点,初步设计每3节管布设1节注浆管,依次调整注浆孔的位置,确保每个方向都能注浆润滑。
总注浆量应不小于管外环形空间体积的2倍,考虑到泥浆的漏失,必须经常性地连续补浆,确保泥浆套的完整。
注浆减磨要点:
1)、选择优质的触变泥浆材料,对膨润土取样测试。
主要指标为造浆率、失水量和动塑比。
2)、在管子上预埋压浆孔,压浆孔的设置要有利于浆套的形成。
3)、膨润土的贮藏及浆液配制、搅拌、膨胀时间,听取供应商的建议但都必须按照规范进行,使用前必须先进行试验。
4)、压浆方式要以同步注浆为主,补浆为辅。
在顶进过程中,要经常检查各推进段的桨液形成情况。
5)、注浆设备和管路要可靠,具有足够的耐压和良好的密封性能。
在注浆孔中设置一个单向阀,使浆液管外的土不能倒灌而堵塞注浆孔,从而影响这浆效果。
6)、注浆工艺由专人负责,质量员定期检查。
7)、注浆泵选择脉动小的螺杆泵,流量与顶进速度相应配。
1.6、测量以及设备安装
1.6.1、测量的方法
1)通视条件下的测量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
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。
1.6.2、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。
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与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。
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。
1.6.3、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,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。
1.6.4、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。
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,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。
1.7、操作控制系统
由1名受过高度训练的操作人员,在地面控制室外内操作并仔细检测着整个操作系统、观察掘进机内的土压、油压、激光束位置。
控制台提供操作数据和控制整套系统的电子按钮。
控制板可以是人工控制方向和数据记录,或者是全自动控计算机控制方向和记录,其他的工作人员则负责井内管道和顶铁的更换以及进行、进排泥管和电缆的连接。
当掘进机到达接收井时,挖掘会暂时中断,如果遇到有地下水或软土层时,还需有洞口止水圈安装在接收口墙上。
最后,掘进机头从土层出来进接收井,就完成整个管道的铺装。
这以后,掘进机被撤走,建造人工出口,接收井被关闭。
一个工程常常有几个掘进段组成,这时,在工作井内的顶进设备变换方向,重新开始另一方的顶进工作,这个过程每过一个工作井重复二次,最后铺设成了整个下水道或输送管道。
1.8、进出洞口的措施
顶管进出洞口作业是一项很重要的工作,施工中应充分考虑到它的安全性和可靠性。
尤其是从工作坑中的出洞开始顶管,如果出洞安全、可靠又顺利,那么可以说顶管施工已成功了一半。
许多顶管工程就是失败在进出洞口这两个环节上。
工程技术人员、施工人员应了解施工现场情况和熟悉洞门附近的地质情况。
分析可能出现洞口漏泥、水情况,井内布置一台排污泵,并制定相应的措施。
1.9、通风、动力、照明系统
1)、为确保工作人员在管内作业的安全,当管内氧气不足时,采用空压机向管内送空气。
2)、顶管动力配套
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。
3)、照明系统
照明系统采用220V民用电。
坑内采用36V安全电。
2、质量控制
2.1、设备保养
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。
1)、刀盘主轴及外壳密封
掘进机在累计顶进达500米时,需对刀盘主轴密封进行检查,看看是否良好,如果不良则应更换。
如果良好则应在加好油的情况下安装好。
2)、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。
3)、电气系统
电气系统应保持干燥,保持指示灯及各仪表正常。
4)、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。
2.2、顶管顶进与地层形变控制
顶管引起地层形变的主要因素有:
掘进机头开挖面引起的地层损失,机头纠偏引起的地层损失,机头后面管道外周空隙因注浆填充不足引起的地面损失,管道在顶进中与地层摩擦而引起的地层扰动,管道接缝及中继间渗漏而引起的地层损失。
所以在顶管施工中要根据不同土质、覆土深度和地面沉降的情况,配合测量报表的分析,及时调整泥水与土压平衡值,同时要求坡度保持相对的平稳,控制纠偏量,减少对土体的扰动。
根据顶进速度,控制排泥量和地层变形的信息数据,及时调整注浆压力和注浆量,从而将轴线和地层变形控制在最佳的状态。
2.3、管接口质量控制
1)、本工程所用管节为钢筋砼管,接口采用橡胶密封圈接口,水密封性能好。
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。
3)、管材运送、起吊均应有专用夹具,搁置时应用方木垫高。
4)、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。
2.4、出洞方案
1)顶管机出洞前洞口土体加固
根据顶管进展情况,为保证掘进机能顺利进入接收井,防止掘进机出洞后水土沿工具管与井圈之间的建筑空隙涌入接收井内,保证井内接头能顺利施工。
如果发现地质较差,在掘进机到达接收井前,可对洞口土体进行注浆加固,加固范围洞口前5m范围内,洞口四周距管道外侧2~3m。
2)顶管机状态的复核测量
掘进机进入接收井前的复核应测量顶管机所处的方位,是确认顶管状态、评估掘进机出洞时状态和拟定施工轴线及施工方案等的重要依据,使掘进机在此阶段的施工中始终按预定的方案实施,以良好的状态、准确无误地进入接收井内。
3)拔洞口处钢板桩
4)顶管机进接收井
钢板桩拔出后掘进机头应迅速、连续顶进管节,尽快缩短出洞时间。
掘进机整体进洞后应尽快把机头和混凝土管节分离,并把管节和接收井的接头按设计要求进行处理,减少水土流失。
2.5、项管施工过程中应注意的问题
1)当掘进机停止工作时,一定要防止泥水从土层或洞口及其它地方流失。
不然,挖掘面就会失稳,尤其是在进洞这一段时间内更应防止洞口止水圈漏水。
2)在掘进过程中,应注意观察地下水压力、泥水仓水压力的变化,并及时采取相应的措施和对策,只有这样才能保持挖掘面的平衡稳定。
3)在顶进过程中,随时要注意挖掘面是否稳定,要不时检查泥水的浓度和相对密度是否正常,还要注意进排泥泵的流量及压力是否正常。
应防止排泥泵的排量过小而造成排泥管的淤泥和堵塞现象。
4)压浆孔的处理,顶管顶进完成后,对管节上的压浆孔进行封堵措施。
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