顶管施工方案新版.docx
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顶管施工方案新版
二〕、顶管
本工程管材均采用顶管采用DN2000管离心浇铸玻璃钢夹砂管〔HOBAS〕,接口采用F型接口,内套楔型橡胶圈,外套铁圈采用Q235钢,环氧喷塑外加玻璃毡防腐。
管道基础采用顶管施工时形成的土弧基础,但局部因地质较差需进行注浆加固,另外部分顶管施工区间因覆土层厚度不够还需进行压重覆土处理。
根据该工程的地质资料,本工程DN2000管基本处在粉细砂之间,根据本工程的特殊作业环境及条件,DN2000顶管采用泥水平衡式顶管法施工;根据设计文件的要求,DN2000顶管应采用泥水平衡或土压平衡工具管。
如现场地下障碍物影响到该形式的工具管的使用,或对地面沉降控制的要求不高,则应采用能在气压条件下处理障碍物的工具管。
根据本工程进度的要求,顶管施工过程中配备两套DN2000顶进设备。
2.1顶管地面布置
工作井施工现场约需100m2场地,场地较为狭窄,各作业点用25t吊机〔或组装桁车〕1台负责吊运及井内、地面的吊装工作。
顶管管节长度:
DN2000顶管每3米一节。
现场需布置容量共约200m3泥水池和废浆池,供泥水处理及废浆排放用,废浆池考虑周转使用,应及时外运;另外布置20m3储水箱1只供拌制减阻泥浆和补充泥水用水。
工作井边侧为顶进控制室,自动控制台、通讯设备等均在控制室内,场地布置假设干集装箱作为办公及工具间,进场的管节、半成品材料堆放在指定地点,为保证施工车辆进出和施工需要修筑4m宽临时道路,出口处设二级泵冲洗进出现场的运土和施工车辆,以免污染场外道路,由于顶管为三班连续作业施工,在现场四个角上各安装錪钨灯一座,供夜间现场照明。
井内布置
井内沿顶管轴线方向加设临时后座支墩,安装刚性后座以及布置主顶千斤顶、导轨、刚性顶铁、环形顶铁等顶进设备。
工作井边侧设置下井扶梯一座,供施工人员上下。
管内供电及井内电力配电箱均位于工作井内。
顶管测量起始平台,安装在主顶千斤顶之间轴线上,独立与砼底板连接,并与千斤顶支架别离,确保顶进时测量平台的稳定。
沿井壁依次安装压浆管供水和出泥管、供电电缆、供气管线。
井内二侧工作平台布置配电箱、电焊机、泥水旁通装置、后座主顶油泵车和顶铁堆放。
管内照明采用36伏低压照明灯,每8m布置1只。
工作井内照明采用高压水银灯。
施工期间在井内及管道内应配置足量的排水设备,以保证雨季汛期的管道安全。
顶管施工流程图
顶管施工工艺及设备配置
顶管工具头选型
本工程DN2000管道顶进主要穿越粉细砂之间。
采取一台封闭式挤压不出土顶管法施工。
1、泥水平衡工具管
泥水平衡工具管是在机械切削式工具头刀盘后安装隔板,形成泥水压力室,以谋求开挖面的稳定。
同时将由切削下来的土砂以泥水形式输送至地面,经过旋流,震动筛分等工艺过程后,将处理后的泥水再次循环至泥水室;泥水平衡工具头常用于城市内地下管线建设。
该种型式工具管在粉质砂性土中顶进时能有效地防止流砂现象的产生。
能适应本工程的需要。
泥水平衡式顶管掘进机,主要由切削搅拌系统,刀盘动力系统,纠偏及液压系统、壳体、机内旁通测量显示系统,主轴密封及电气操作系统〔机外〕等部分组成。
掘进机机头壳体内的泥土仓是一个前面大、后面小的嗽叭口,安装在壳体泥土仓内的是一个前面小,后面大的旋转锥体,切削刀排成幅条形焊接地该锥体上,刀排的正面焊成坚固耐磨的切削刀头,从而构成一个刀盘。
顶管机工作时,刀盘一边旋转切削泥土的同时一边作偏心运动,把正面土体轧碎,轧碎后的正面土体进入泥土仓,从排泥管中排出。
a、适用的土质范围较广,在地下水位较高以及变化范围大的条件下它也可适用。
b、可有效地保持挖掘面的稳定,对管子周围的土地扰动较小,因此引起的地面沉降也小。
c、在粘土层中推进的总推力较小。
d、由于采用泥水输送、弃土作业面连续不断,因此它作业速度较快,作业环境也比较安全。
泥水平衡式顶管掘进机技术参数见下表:
型号
1、尺寸内径〔mm〕
全长〔mm〕
重量〔t〕
2000
20
2、切削刀盘转速rpm
转距KN.m
电动功率KW
可破碎粒径〔mm〕
破碎石粒径〔mm〕
最大破碎强度〔Mpa〕
油压〔Mpa〕
55
60
≤200
20~25
≤50
31.5
3、纠偏系统纠偏油缸推力〔t〕
数量〔只〕
纠偏角度上下
左右
油压MPa
34
4
3°
3°
15
4、排泥系统
进排泥管道直径
进排泥泵流量
4″
≥/min
5、操作
液压操作
6、推进速度
50~100mm/min
7、电源〔HZ/V〕
50/400
由于本工程顶管穿越砂性土,为了对正面的土体进行改进,在机头迎土面的上部布置了注浆管。
顶进时,通过注浆管向土体内压注一定量的泥浆并经刀盘搅拌后,可能有效地改进正面的土体,使出土保持顺畅。
2、挤压不出土式工具管
挤压不出土式工具管结构形式较简单,工具头前端为圆锥状封闭式挡板。
顶进时利用后座推力将工具管挤到土里去。
其适用范围为覆土较深且土质比较软的粘土层。
其优点在于顶进时不用出土,无需在管道内安装泥土运输系统,缺点是覆土较浅时可能导致地面隆起较大。
鉴于目前此类微型顶管采用泥水平衡法顶管施工也很普遍,且泥水平衡法工艺成熟,对周边环境影响小。
顶进系统
工作井内有一套主顶装置,单套主顶装置共有千斤顶,分两列布置。
主顶千斤顶为单冲程千斤顶,总行程为,主顶千斤顶每只最大顶力为2000KN,实际施工时应控制油压。
油缸有其独立的油路控制系统,可根据施工需要通过调整主顶装置的合力中心来进行辅助纠偏。
但顶进过程中,要求总最大顶力控制在设计允许范围以内。
顶管规格
千斤顶数量〔个〕
最大顶力〔KN〕
备注
Φ2000
4
8000
但主顶最大推力受井体及管体所能允许的最大受力的限制。
出泥系统
1、泥水平衡式顶管
泥水平衡式顶管出泥系统由进排泥泵、泥水钢管、泥水软管。
各种闸门、流量计和压力表,基坑旁通装置,泥水沉淀池及泥水别离器组成。
进排泥泵用于进水输送和泥水排送,是一种离心式水泵。
泥水钢管、泥水软管。
各种闸门流量计和压力表,组成的泥水管路系统是泥水平衡式顶管中的一个主要环节。
基坑旁通道装置具有泥水循环流动,正向流动,逆向活动和流量调节的功能。
泥水沉淀池与泥水别离器组成使用,可在较短时间把水和粘土别离开来,别离出的泥如含水量较高,可加入吸水剂,最后由土方车输送至弃土点。
2、挤压不出土式工具管
挤压不出土式顶管法因不出土,因此管内无须安装出泥系统。
.4泥浆系统
1、泥浆减阻
用泥浆减阻是长距离顶管减少摩阻力的重要环节之一。
在顶管施工过程中,如果注入的润滑泥浆能在管子的外围形成一个比较完整的浆套,则其减摩效果将是十分令人满意的,一般情况摩阻力可由12~30KN/m2减至3~8KN/m2。
本工程采用顶管工具头尾部同步注浆和中继环后面管段补浆两种方式进行减阻。
注浆管的布置:
工具头及其后3管每节都设有注浆孔,其后每2节加设一节带有注浆孔的管节,注浆管节分为4孔的A型管和3孔的B型管两种,间隔布置。
A型管注浆孔按90°设置。
B型管注浆孔按120°。
每道注浆环有独立的阀门控制,并能承受外水压,浆液压力维持至它被水泥浆替换。
润滑泥浆材料主要采用钠基彭润土,纯碱、CMC、物理性能指标:
比重1.05~/cm3,粘度30~40S,泥皮厚3~5mm。
施工时按具体情况设置。
顶管施工结束后润滑泥浆被水泥浆替换。
2、泥浆置换
顶进结束,对已形成的泥浆套的浆液进行置换,置换浆液为水泥砂浆掺粉煤灰,在管内用单螺杆泵压注。
压浆体凝结后〔一般为24小时〕拆除管路换上封盖,将孔口封堵。
注浆压力不超过0.2Mpa。
在灌浆开始前,提交灌浆的方法说明。
3、注浆设备
符合物理性能要求的润滑泥浆用BW-200压浆泵通过总管、支管、球阀、管节上的预留注浆孔压到管子与外管土体之间,包住钢管。
管道内的压浆系统布置如下图。
2.4.5组合密封中继环与自动控制系统
1、组合密封中继环
顶管距离较长时,其后座顶力不足以克服工具管正面阻力及管壁侧摩阻力,这时需在管道内设置中继间接力顶进。
本工程中继环采用组合式密封中继环,其主要特点是密封装置可调节、可组合、可在常压下对磨损的密封圈进行调换,从而攻克了在高水头、复杂地质砂土条件下由于中继环密封圈的磨损而造成中继环的磨损而造成中继环渗漏的技术难题,满足了各种复杂地质条件下特别是砂质土条件和高水头压力下的长距离顶管的工艺要求。
此种组合密封中继环成功后先后应用于多项重要工程中,有砼管顶管工程、钢顶管工程,有在海底下施工、在粗细砂中穿越或在水压下施工的各种工程实例。
2、中继环布置
本工程中中继环安装数只250KN油缸,中继环可通过经向调节螺旋丝自由调节,在圆心角方向可以根据需要局部或整体调节,具有良好止水性能,每道中继环安装一套行程传感器及限位开关与DK-20自动控制台相连。
中继环布置计算
〔1〕Φ2000mm顶管
①工具头正面阻力N
N=
N——机头的迎面阻力
D1——顶管工具头外径
Pt——机头底部以上1/3D1处的被动土压力〔KN/m2〕
Pt=γ〔H+2/3D1〕tg2〔45°+
〕+2ctg〔45°+
〕
γ——土的天然重度〔kg/m3)
——土的内摩擦角〔度〕
H——管顶土层厚度〔m〕
C——粘聚力〔Kpa〕
根据地质资料,顶管穿越土层γ取18.0,内摩擦角30°,c取15
经计算:
迎面阻力N=KN
②每米管壁摩阻力:
F=πD·f
F——管壁每延长米摩阻力〔KN〕
D——管壁外径〔m〕,
f——管壁单位摩阻力,取3KN/m2〔减阻后〕
经计算:
F=πD·f=KN/m
③主顶千斤顶推距
实际顶进时,后座千斤顶不应超过允许值。
例如后座允许顶力为400t时,L=4000/32=125m。
3、自动控制台
中继环自动控制采用ZD-20中继控制台进行程序控制,在顶管过程中按摩擦力的大小,由控制台自动发出信号自动控制中继环,中继环控制台通过控制电缆、中继箱、远程传感器及限位装置与中继环油泵自控箱连接。
按顶进程序自动控制中继环工作。
中继环自动控制台具有如下功能:
①可以控制各中继环按程序要求自动/手动进行顶管。
②可以按要求改变顶进程序。
③可以按受力情况调整每环顶进距离。
④电脑可以从自动控制台自动取样,设置中继环自动/手开工作,并适时打印各类数据,供技术人员分析。
.6通风系统
在长距离顶管中,通风是一个不容无视的问题,它直接影响至管内工作人员的健康。
为获得理想的通风效果,本工程采用长鼓短抽组合式通风,通风系统安装在距工具头12~15m处,抽风风筒与鼓风风筒分别安装于管内左右两侧,两风筒必须重叠5~10m,抽风机的吸入口在前,鼓风机的排风口在后,并在管道中间配置假设干处轴流风扇,向井内排出浑浊空气。
.7通讯与工业电视监视系统
1〕管内通讯与工作面现场通讯采用HE系列自动总机,用机械拨盘式机互相联系。
设置在空压机房、压浆棚;各工种间、中控室、办公室、工具头、每道中继环、工作井内。
2〕配备2只低照度摄像头,一只安装于工具头操作台处,监测操作台各项数据;一只安装于工作井内,监测主千斤顶的动作,监视器安装中央控制室,以利技术人员正确指挥。
.8供电系统
工作井现场设变压器供电,为适应供电要求配置电容补偿柜。
输出端电缆分三路,分别供工作井上供电系统、井下顶管机头、及井内主千斤顶。
第一路:
泥浆间:
2×10KW
各工种间:
10KW
现场照明:
20KW
第二路:
电焊机:
2×17KW=34KW
后座油泵:
2×22KW=44KW
第三路:
工具头:
70KW
中继环:
1×11KW
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