2022年钢管顶管施工方案.doc

D1800钢管顶管施工方案一、概述本次1800顶管工程是南京市城东污水处理系统07标段污水搜集系统中的一个重要组成部分。本段1800顶管施工详细长度如下：1. B15井泵站1800钢管，顶进长度m。2. B15井B16井1800钢管，顶进长度约m。3. B5井B16井1800钢管，顶进长度约m。由于顶管施工均在运粮河及秦淮河侧进展，同时要穿越运粮河河道，因而施工比拟复杂。顶管施工覆土较深，顶进间隔较长，对施工有妨碍的建（构）筑物尚未撤除，因而顶管施工的难度较大。本工程共有段顶管，全长约M，管径为1800钢管。本工程钢管顶管采纳机械式土压泥水平衡顶管掘进机进展施工。二、顶管工艺流程图三、顶进掘进机选型 本工程通过反复方案论证，最后确定选用D1000机械式土压泥水平衡顶管掘进机。机械式土压泥水平衡顶管掘进机是一种刀盘可伸缩的掘进机，操作能够在基坑内或地面操纵室内进展的，即Telemole掘进机。掘进机前壳体的前端是刀盘，在刀盘的后面确实是泥水仓。刀盘是由电动机通过行星减速器减速以后再驱动的。刀盘可在泥水仓前后挪动。刀盘上有二至四个矩形槽，槽内安放着能够前后伸缩的刀排和刀头。刀排向前伸时，能够切削土体，同时被切削下来的土从刀头与刀盘之间的空隙进入泥水仓内。在刀盘的面板上还散布着一个个固定的刀头。该刀头是在槽内刀头缩回后切削土体用的。在刀盘边缘还有几把边缘刀头，该刀头能在校正方向过程中把掘进机边缘的土挖净，使掘进机的方向容易校正。在平时，不进展方向校正时，该刀头可把掘进机前方的土挖成与掘进机壳体一样大小的洞，使掘进机顶进过程中，不使刀盘受挤压的力过大而妨碍平衡的力。在土质条件比拟硬的情况下更是如此。在前后壳体之间有纠偏油缸，在掘进机下部平行地安装着两根管子为进、排泥管。该掘进机的机械式土压平衡机理在于刀盘伸缩的液压系统。由于刀盘的伸缩是由油缸操纵的，因而，只要操纵刀盘油缸后腔的压力，就能够操纵刀盘前面的平衡压力。油缸后腔与油泵和溢流阀同时接通，溢流阀调定某一压力值，当掘进机前的土压力大于设定值时，刀盘就后缩，而且刀盘与刀头的空隙增大，进土量也就增加，前方土压力就下降。反之，当掘进机前的土压力小于设定值时，刀盘就向前伸，刀盘不断处于这种前后浮动状态，从而使掘进机前方的土压力保持在某一设定的值附近不变。这确实是该掘进机用机械方式的刀盘来平衡掘进机所处土层的土压力。该掘进机还有另一种平衡功能，即由操纵排泥管的泥水流量来间接操纵开挖面的地下水压力。它把泥水压力操纵在比掘进机所处土层的地下水压力高出20Kpa。从而防止了开挖面的地下水干扰妨碍。由于该掘进机有机械平衡土压力和泥水压力平衡地下水压的双重平衡功能，因而，它施工过后的地面沉降较小。四、中继环的选型由于本次顶管顶进间隔为270m，计划使用1套中继环，采取接力顶进。由于中继环启动伸缩次数特别多。密封圈极易摩损失效而发生漏水、漏泥砂、漏浆等现象，给工程带来严峻后果，甚至发生工程事故。为此本工程中继环设二道密封圈。在二道密封圈之间设置4只能够压注光滑油脂的油嘴，以减轻顶进时密封圈的摩损。还设置有4只注浆孔，顶进时可进展同步注浆，以减小顶进阻力。该构造方式的中继环，在历次水下顶进中，未发生泥浆泄漏现象。五、顶管出洞技术措施由于本工程管道顶部为粉砂土,做好顶管出洞口措施是施工成败的关键，在出洞口先进展分层双液注浆地基加固是特别必要的，加固范围为LBH8m*5m*13m 1 注浆流程:埋设注浆管注浆就位放样定位制备浆液拔管移孔、注浆注浆2双液注浆的根本原理双液注浆为浸透性注浆。浆液注入土体的过程，一般总是先浸透，当通道被阻同时压力足够大时，即在土体中产生劈裂现象，浆液顺裂缝进一步扩散。当浆液极稠（坍落度23cm的砂浆）而压力又特别大时（810Mpa），就产生浆液对四周土体明显的压密现象。浸透性注浆，浆液在压力的作用下，克服地下水压、土粒孔隙间的沿程阻力和本身的流淌阻力，渗入土体天然孔隙和土粒骨架产生固化反响，在土层构造根本上不受扰动和破坏和情况下到达加固的目的，从原理上讲，只要注浆管出口点的浆液压力大于该点的地下孔隙水压力，就能把浆液压入土体。压力越大，吸浆量和扩散间隔也越大。注浆压力一般为0.30.5Mpa，最大压力不超过1Mpa。浆液的颗粒尺寸必须小于土的孔隙尺寸。浆液的扩散范围除取决于注浆压力外，还受浆液流淌性的妨碍。浸透注浆，常用于在浸透系数大于10-4cm/s的饱和含水砂性土层中做防水帷幕和加固土层。采有浸透注浆能够堵塞砂性土的渗流通道，并使一定范围的饱和含水的砂性土体固结成有较大强度的不透水的加固土体。采纳超细水泥或聚胺脂、丙凝等化学浆液，可使浸透注浆在较大范围的使用中收到良好效果。本工程的双液注浆方法是采纳双泵系统，主剂和促凝剂分开，然后到总管中集合注入土中。3注浆方案双液注浆可有效操纵浆液流淌的范围，使浆液到达速凝的效果，大大增加止水效果。) 注浆参数钻孔距：50cm；钻孔深度：14m；扩散半径：2m；浆液填充率：40%（包括损失系数）；注浆压力：0.5Mpa1.5Mpa；水灰比：0,70.8；水泥浆；水玻璃1:1，双液浆配比:水玻璃/水泥15%水泥含量:375KG/M3土体。) 注浆设备钻机；150液压钻机台；注浆泵：50/50-1 液压注浆泵台；拌浆桶：ss-200为台。) 注浆材料水泥：要求一般硅酸盐水泥，新出厂；水玻璃；浓度；度模数左右。 4、洞口止水装置（见下列图）在循环水泵房制造过程中，在洞内侧预埋钢法兰和钢内套，再在洞口砌砖墙封口，顶进开门时，用风镐破除砖墙。坡洞时应不留隐患。在预留洞底部，还应设置延长导轨，以免机头出洞时嗑头。依照设计预留的法兰，我们在法兰上安装洞口止水装置。该装置必须与导轨上的管道保持同心，误差应小于2cm。循环水泵房洞口止水装置密封为橡胶止水法兰。在橡胶止水法兰之前应预埋注浆孔，以便压注膨润土泥浆。5、顶管出洞口措施1)在预留孔的内侧先预埋钢法兰，顶管前在钢法兰上焊接安装洞口止水装置，可采纳帘布橡胶法兰板和扇形钢压板，应确保该装置与基坑导轨上的管道同心。 2) 基坑导轨、主顶油缸架、承压壁、出洞口应严格操纵好设计轴线，安装精度高，并确保结实稳定。 3) 机头出洞口推进时，要将机头和前几节管子的上端用拉杆连接好，并调整好主顶油缸编组，以防机头出洞入土后叩头。六、顶管的顶力操纵技术顶力操纵的关键是做好触变泥浆的注浆工艺，其次是合理地布置中继环。1、确定操纵顶力1) 顶管后座土体稳定验算由于顶管后座通过土体加固，经试算完全能满足施工要求。2) 顶进设备同意最大顶力4台1500KN双冲程油缸，总推力为6000KN。3) 操纵顶力确实定本工程依照钢管同意顶力确定，本工程操纵顶力取F控4500KN2、顶力计算和中继环的设置方案 1) 机头迎面阻力F1rHtg2(45°+18°/2)*A 1.8*7.6tg254(*0.62) 29t2) 机头外壁阻力F2d*L0*f0 *1.2*4.5*1.5 25t3) 管外壁摩阻力F3DLf 1.2*270*0.5 508t4) 总阻力 FF1+F2+F3562t5) 中继环设置计划L1（45054）×0.6/3.14×1.2×0.5=126mL2450/(×1.2*0.5)=238m 本工程270m顶管需设置中继环1套。3顶力操纵的关键技术1) 触变泥浆的材料与配方泥浆光滑减摩剂又称触变泥浆，是由膨润土、CMC(粉末化学浆糊)、纯碱和水按一定比例配方组成。不同的土质，应采纳不同的配方，才能满足不同的需要。膨润土是触变泥浆的主要材料，作为顶管施工用的膨润土应选钠基膨润土，由其拌制成的浆液，触变以后的流淌性和静止下来的胶凝性、固化性都比钙基膨润土拌制的浆液要好，对土层的支承和光滑效果好。但是，我国的膨润土多为钙基膨润土，因而一般用钙基土进展钠化处理。本工程同步注浆和补浆为一个独立的管路系统。 配方膨润土纯碱掺加剂漏斗粘度(秒)视粘度CP失水量ml终切力(达 因/mm3) 比重稳定性A浆126CMC适量塞流30.591301.07302) 触变泥浆的制浆工艺理论和实际施工说明，除了材料的选择和配方以外，触变泥浆的制浆工艺对注浆减摩效果妨碍特别大。搅拌要充分，搅拌后静置时间一般要12小时以上，对同一配方的材料，搅拌不充分，静置时间短，其最终流限能够降低一倍以上。为此，我们设计了高速拌浆器，经高速拌浆30分钟以上抽入储浆箱静置，储浆箱的容积为5m3,充分满足供浆要求。在储浆箱内另设三台搅拌器，静置6小时后，再次搅拌，待12小时以后抽入另一台高速搅拌器，经再次高速搅拌压入总管。3) 触变泥浆系统的管路布置 系统管路为一路总管，总管为2白铁管，从地面将浆液通过一台液压注浆泵注入总管送到机头，以满足机尾同步注浆，支管为G1采纳耐高压橡胶顶管和接头。在总管上，每隔100m设一只压力表，支管仅在机尾同步注浆断面设二只压力表。4) 触变泥浆系统的压注方法制定合理的操作规程，使顶进时构成的建筑空隙及时用光滑泥浆所填补，构成泥浆套，到达减少摩阻力和地面沉降，要到达这一目的，就必须严格执行顶管注浆操作规程，由专人操作，质量员检查严格把好质量关。压浆时必须坚持“先压后顶，随顶随压，及时补浆”的原则，补浆应按顺序依次进展，每班不少于2次循环，定量压注。 a)同步跟踪注浆 地面泥浆站配制好的触变泥浆，经液压注浆泵增压后，进入输浆总管，通过环形分管注入顶管机及管节的压浆孔构成泥浆套。当管节顶进时，利用掘进机尾部环向均匀布置的四只压浆孔，与顶进同步进展跟踪注浆，以确保当掘进机向前时在其后构成的环形空隙立即被泥浆所充填，从而构成完好的泥浆环套。 b)补压浆管节在顶进过程中，由于有部分浆液流失到土层中去，因而必须利用钢管上的压浆孔进展补压浆。一般在一节管节顶进完毕后，就应进展补压浆。而且还要视每段顶进的阻力情况，随机采取分段补压浆。 c)压浆量与注浆压力 压浆量原则上操纵在同步跟踪压浆量为管节外理论空隙体积的5倍左右，补压浆量一般为管节外理论空隙体积的3倍左右。 注浆压力值不宜过高也不应过小，据采纳浆液的粘度和管路输送长度，我们通过试顶后，压浆站的压力操纵在0.280.3MPa较为适宜。5) 压浆工艺质量的判别和修正a) 在管内注浆总管上每隔100m设一只隔膜式压力表，在机尾1号和2号注浆断面的支管上也各设一只压力表。顶管过程中，作业人员每班应记录各表头压力值。推断方法；假如支管路上，四个压浆点的压力值明显不同，说明没有构成环状浆套。如此就必须在压力较小的压浆孔处压浆，或者把压力超高的压浆孔处的浆液放掉一些，以使各孔压力平衡，构成整环浆套。在无压力表的支管路上，可用手触摸支管，如感受有静止情况，说明该支管堵塞，应予排除。在总管路上，假设压力表超过预定值，说明压浆量太大，反之说明压浆量不够，应给以及时调整。b) 在顶进过程中，能够从主顶系统和各中继环系统的液压力值推算出顶进阻力。绘出顶力曲线变化图。假如该曲线显示顶力忽然升高，就说明压浆工艺出现咨询题，应立即查明缘故，及时调整。七、顶管方向操纵技术 (1) 测量仪器装备与检验 顶管施工需进展三维动态测量，其精度要求特别高，必须采纳精度高，功能优良的测量仪器。为此，特装备了Leica TC2002型全站仪（测角+1”，量距1+1ppm），Leica T2经纬仪，Leica 铅垂仪（精度1/40000），NA2 水准仪等一系列精细高档仪器。顶管施工测量所使用的仪器、附件须及时送质检单位检验，做全面鉴定，并在使用过程中经常进展检查。(2)操纵测量 a. 平面操纵 为确保两井间顶管贯穿，横向、竖向误差小于100mm，在两端头井附近埋设地面导线点，利用空导点和地面导线点，以导线测量方式，将平面操纵成果引测到施工现场。 利用空导点和地面导线点建立平面操纵网。导线测量采纳TC2002全站仪，方向观测6测回，测角精度+1”,测距6测回，双向观测，测距相对误差<1/80000，对观测结果进展平差。 井上座标点向井下传递采纳联络三角形方式，点位由Leica铅垂仪垂直投设。 井下操纵顶进方向的基准点用钢架埋设成固定点，采纳全站仪跟踪观测机头平面偏向方向。 b. 高程操纵 利用施工区域附近的已经知道高级水准点，布设二等水准道路，将高程引测到工作井附近，并设立施工高程操纵点。水准测量采纳NA2型带平行玻璃板测微器水准仪配合铟钢尺进展，往返观测。 地面高程传递到井下时，可用钢尺垂直悬挂，下系线锤至标准拉力，然后地面、井下两台水准仪同时观测。钢尺应进展尺长、温度两项改正。井下布设23个地下起始高程操纵点。 顶管机头高程操纵水准仪和连通管两种方式，连通管测量为从掘进机到管尾挂一根10mm透明塑料管，管内充满水，依照连通原理，读出二端液面差，再计算出掘进机头水平偏向。每顶进20cm测量一次偏向值，做到及时掌握机头姿势和开展趋势，以便及时纠偏 b.地面沉降观测 地面沉降点在路面用道钉埋设，特别要求的构筑物用红三角标记。 地面沉降观测在顶管施工过程中每天进展，沉降量操纵在+10mm、-30mm之间。 c.顶管姿势测量 为保证顶管机严格按设计轴线推进，必须及时观测顶管动态数据，从而调整顶管各施工参数，指导顶管正确、平安推进。 在顶管机头部纵向设一对水平横尺，利用布设的三维坐标操纵点，测量各尺读数，经准确计算得顶管转角、顶管中心方向偏向值、顶管坡度、顶管中心高程等数据，从而相应调整顶管机的各个施工参数。顶管推进轴线应操纵在同意偏向范围内，如有微小偏向，可按比例分段纠偏。 八、顶管地面沉降操纵技术我们将严格操纵地面沉降值，依照我们的经历，地表沉降值将操纵在1cm以内。1、地面沉降预测计算Attewell和Peck一样，假定沉降槽的曲线线形为正态分布曲线.见以下公式：i/R=K(z/2R)n V= *i*Smax式中：i-沉陷槽曲线反弯点至中心间隔； R-顶管开挖半径； Z-从地表到顶管中心的深度； V-沉陷槽的容积； Smax-地外表最大沉降量 K,n-常数(参照藤田系数表) A-顶管开挖面积。由藤田系数表，得到粉砂土，机械式土压泥水平衡掘进机的地层土损失量V/A=2.5%，常数K=1，n=1，又依照施工条件，求得i/R= K(z/2R)ni=R *K(z/2R)n=0.6*(7.6/1.2)=3.8m由V/A=2.5%，得到V=A*2.5%=(3.14/4)*1.22*0.025=0.028m3 V= *i*Smax Smax=V/( I)=0.028/( *3.8)=0.005m=5mm2、妨碍地面沉降的主要要素 依照本工程的现场条件和特点，妨碍地面沉降的主要要素有以下几条：1) 机头的类型，也确实是开挖面的稳定措施。本工程采纳机械式土压泥水平衡顶管掘进机，具有二个平衡机理。能有效操纵地表沉降。2) 机壳外径与管外径之间的建筑空隙的大小。本工程建筑空隙为2cm，既有利于泥浆套的构成，又不使空隙增大造成沉降。3) 顶进纠偏的偏心度。本工程顶管纠偏操纵角度为0.5°实际施工尽可能使纠偏角度小。4) 泥浆套的构成质量。5) 管道的密封情况。3、减小地面沉降的针对性措施1) 减小顶管过程中的地面沉降措施a.地面监测，优化掘进机参数在初始推进阶段，要精心组织地表监测，在轴线上方布设沉降操纵桩。通过地表监测得到隆沉量与相对应的掘进机主参数（包括推进速度、开挖面土压力,泥水压力值，出泥浓度等）进展比拟，从而优化掘进机参数，指导以后的顶管推进。b.注浆稳定措施除了在初始推进阶段，优化推进参数以外，在顶进过程中加强同步注浆也是有效手段之一，必须尽可能将膨润土泥浆套随机头向前挪动，构成连续的环状浆套。要选择触变功能良好的膨润土制浆材料。c.严格操纵纠偏角度，一般情况下纠偏角度应操纵在0.2°。当纠偏角度大于0.5°或者偏向超过3cm的情况下，应该报警，并逐级汇报，经研究后方可接着顶进。2) 减小顶管后期沉降的措施在顶进完毕后，我们必须立即用纯水泥浆置换膨润土泥浆，置换水泥浆的水灰比为0.45，P=0.20.5Mpa，Q=0.3m3/m。九、顶管施工中所采取的关键技术措施1、顶管泥浆减阻的技术措施 实际施工中,通过管壁外优质光滑泥浆的制造和压注措施可大大降低顶进阻力.注浆为机头同步注浆和管道补浆二部分。 顶进时，利用机头尾部环向均匀布置的四只压浆孔，及时进展注浆，保证在机头后面构成完好有效的泥浆套。机头后面的三节钢管上都有压浆孔，再往后每三节里有一节管节上压浆孔，钢管压浆孔均呈斜向450正交环向穿插布置。顶进时利用钢管上的压浆孔进展补压浆。2、顶管中继环接力顶进技术措施结合本工程的特别情况拟设计一种新型的中继环，用于接力顶进。这种中继环采纳双道橡胶密封圈进展密封。3、 顶管管节止转的技术措施顶进时机头纠偏的作用下会发生旋转，而机头旋转尤其是转角偏大时会对顶进造成不利妨碍，因而对工具管要采取纠旋转措施。机头的旋转主要采纳刀盘逆转可实现纠偏效果，另可采纳加压重块的方法。在机头二侧焊压铁支架，1#与6#管二侧亦焊压铁支架。二侧先平均放压铁，共10t。一旦发觉机头有微小偏转，立马上压铁移到一侧。1#中继环放在机头后面，起二个作用，其一，辅助机头纠偏，其二，该中继环油缸伸缩时可释放机头的改变力矩起到防止机头偏转的目的。4、 管道密封技术由于本工程管道埋设粉砂土层中，在地下工程中的密封咨询题是特别重要，我们将抓住每个环节，决不留任何隐患。1掘进机的密封对机械式土压泥水平衡顶管掘进机施工，一旦在顶管施工中发生掘进机密封失效，将是难以在地下修复的。掘进机的密封有二个地点：一是主轴密封，我们设计了三道组合密封，并在相邻密封之间留有油槽。在施工中，用油嘴泵注入具有一定压力的油脂，来抵抗地下泥水的压力。应该说这是目前国内外地下掘进机中最可靠的密封方式。二是掘进机前后壳体之间的密封，我们在原有的一道密封根底上增加了一道Y型密封，并在二道密封之间注入油脂，以使掘进机前后壳体之间的密封也做到万无一失。2) 中继环的密封如前所述，中继环的密封采纳双道橡胶圈。在施工中，我们还能注入油脂来减少密封件磨损和协助产生良好的密封状态。尽管如此，由于中继环是伸缩的，是动密封，因而我们必须对有关的材料，加工尺寸精度和安装质量引起高度注重，由专人负责把好各道质量关。十、钢管的制造、焊接和内外防腐措施 进场焊接前，应依照材质和工艺要求编制、进展焊接工艺试验和评定（同一材质不少于2个/组）。依照批准后的焊接工艺评定报告，由焊接工艺责任工程师编制“焊接工艺作业指导书”和焊缝返修作业指导书，施工中按规定焊接工艺进展。1. 焊工（1）焊工资历：焊工须持有技监（劳动）部门颁发有效的压力容器相应级别下向焊的焊工资历，并经当地焊接主管部门考核颁发的长输管线施焊资历。焊工进入工地，由现场工程部组织进展试焊23个与现场的材质、焊接工艺一样的焊口，经外观、无损探伤（超声波、射线）全位置检查合格（一条环缝至少90%以上射线级以上）方同意上岗。上岗焊工登入“焊工登记表”以便集中治理。（2）每个焊工作业班组至少由3名焊工组成，并装备2-3拼装工。2.焊条 焊条在密封良好未开封时，能够不进展烘焙。焊条堆放库应满足必要的温度、湿度和堆放空间要求，不能遭到水、油、潮气、化学物质等有害物质侵蚀。生锈及药皮脱落的焊条不许使用。3.焊接质量的保证措施1、焊接时，管子保持平衡，不要遭到震动和冲击。焊接时管口用草包封堵，防止穿堂风。2焊机地线连接结实，禁止焊在母材上损伤母材，禁止地线与管材间发生电弧面烧伤管材外表。3施焊时严禁在坡口以外管材外表引弧。4根焊必须熔透，背面成型良好。根焊道焊完后，应尽快进展打磨和热焊，根焊与热焊间隔时间不宜超过5分钟。5施焊时更换焊条应迅速，应在熔池来冷却前换定焊条，并再行引弧。6全位置下向焊应遵照薄层多遍焊道的原则，层间必须细心去除熔渣和飞溅物，外观检查合格后方可焊下一层焊道。7每相邻两层焊道更换焊条时，接头不得重叠，应错开2030mm。8每根焊条引弧后应一次焊完；每层焊道应连续焊完，中间不应中断；要保证焊道层间温度要求，每道焊口应连续焊完。9用纤维素焊条施焊时，出现药皮严峻发红时，应予废弃。10管道下向焊采纳流水作业，每个焊接层由三名焊工同时施焊。当天完毕时，不应留有未焊完的焊口，并将管口用管盖封堵，防止进入脏物。11焊口焊接完成后在管面焊口5cm处用钢印打上焊工钢印编号、焊口编号、桩号，无法使用钢印时可用不易脱落的油漆或记号笔。打磨外表飞溅、夹渣等，并进展外观检查合格，同时完成焊接过程的各项有关原始记录。