单刀盘土压平衡长距离顶管施工方案(共31页).doc
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1、精选优质文档-倾情为你奉上长距离顶管 施工方法一、顶管施工:1.1、顶管施工周期 注浆、辅助系统安装 4天 测量及导 主顶、后座 机头拼装 联机调试 轨安装 系统安装 及调试 出洞施工 推进施工 1天 3天 1天 1天 15M/1天 1天 进 设备转场 洞 2天1.2、顶管设备的选择A、机头的选择 本工程选用DK式大刀盘土压平衡顶管掘进机。 由于本工程一次顶进距离长,且顶管管道主要处于第层黄土 中。为确保工程质量万无一失,确保工程绝对安全,我公司根据以往施工经验,结合当地施工场地条件及本工程的施工特点,决定采用大刀盘土压平衡顶管掘进机。由于该机采用了先进的土压平衡原理,因此该顶管机除了安全可靠
2、外,顶管施工对地面建筑物的影响较小。该顶管机是全断面切削,它的切削刀盘和螺旋输送机加在一起切削搅拌面积可达全断面的100%以上,由于刀盘突出机头表面,而且采用切削方式,使机头前方形成了空隙,减少了机头迎面阻力,非常适应了在黄土层中的管道顶进。同时,由于该顶管机采用了单刀切削搅拌刀盘,在切削搅拌过程中它的转矩可自行平衡,因此,不容易产生机体的偏转。B、土压平衡施工优点:大刀盘土压平衡顶管掘进机,主要有以下几个优点:(1)、适用的土质范围非常广泛,几乎从软土到硬土的各种土质都适用,是一种全土质的掘进机。(2)、由于采用了泥土加压的施工原理,因此,它施工后的地面沉降最小,根据我们的施工经验,它的最大
3、沉降量一般不会超过10mm。(3)、由于是干土,弃土的处理比较简单,没有泥水掘进机的二次泥水处理问题。 (4)、该机适宜在超深的地层中施工。(5)、有较完善而合理的土体改良功能。(6)、顶管施工如机头遇障碍物,封闭的机头可开口,采用人工或机械等方法进行处理,待处理障碍物后可将开口处予以封闭,不影响顶管施工。 由于该顶管机具有对土层扰动少的特点,因此该机型在现今使用较广,我们有着丰富成功施工经验、技术成熟、可靠。二、土压平衡施工原理与工艺简介:1、土压平衡施工原理 该机型的施工原理是建立在土压平衡理论基础上的。即:掘进机正面压力与所处土层的地下水压Pw和土压力P处于平衡状态; 排土量与掘进机顶进
4、体积的平衡。 该机面板上设有土压力传感器,可精确测量土仓内土压力P, 在理论上我们可将P控制在PaPp之间,这样就能达到了土压平衡。 Po=KoH Pa=KaH-2CKa Pp=KpH+2CKp 其中:Po-静止土压力Kpa Pa-主动土压力Kpa Pp-被动土压力Kpp -土的容重KN/M3 H-埋深 Ko-静止土压系数,一般取0.55 Ka-主动土压系数,tg2(45-/2) Kp-被动土压系数,tg2(45+/2) -土的内度角 C-土的粘聚力Kpa 从实际施工来看,在复土层较深时,主动土压Pa被动土压Pp的变化范围较大,加上理论计算与实际间的误差,我们一般将施工控制土压设定在Po20K
5、pa范围内。 2、土压平衡顶管施工工艺流程图 工程开始测量放样放样复核基坑构筑 工作坑设备安装 地面设备安装 出洞准备 注浆材料准备机头出洞 中继间安装 顶管推进 注浆减摩下管、接口安装水平顶进顶管进洞结 束三、施工方法1、顶管准备工作 (1)学习图纸,由技术组负责人组织进行详细图纸交底, 不能盲目施工。(2)建立复核制度, 各段顶进前必须遵守严格的放样复测制度,坚持三级复测:施工组测量员项目管理部监理工程师 (3)根据沉井施工节点,合理安排施工流水步骤,严抓工期、质量,确保优质、高效的完成任务。2、工作井布置(1)、 在工作井范围内实行全封闭隔离施工(用玻璃钢围墙隔离)。并布置以下必要的设施
6、,办公室、仓库、配电间、冷作间、油库等。布局要合理,环境整洁、卫生,并有专职人员进行管理。(2)、 安装和起吊掘进机时,包括顶管管材的起吊,采用两个动力系统的行车起吊。 3、测量与方向控制(1)、测量的方法 采用极坐标法进行测量放样。顶管顶进时,在机头中心设置一个光靶,根据光靶反映的读数,即可知道目前机头的方位。顶进的测量与方向的控制,主要是采用全站仪,辅以激光经纬仪和水准仪测量。由于顶进距离长,如观察困难,可以采用自动跟踪仪测量和陀螺仪。然后通过油缸进行纠编,遵循先纠上下后纠左右的原则。(2)、测量与方向控制要点A、 有严格的放样复核制度,并做好原始记录。顶进前必须遵守严格的放样复测制度,坚
7、持三级复测:施工组测量项目管理部复测监理工程师复测B、布设在工作井后方的仪座必须避免顶进时移位和变形,必须定时复测并及时调整。C、顶进纠偏必须勤测量、多微调,纠偏角度应保持在1020不得大于1。并设置偏差警戒线。D、初始推进阶段,方向主要是主顶油缸控制,因此,一方面要减慢主顶推进速度,另一方面要不断调整油缸编组和机头纠偏。E、开始顶进前必须制定坡度计划,对每一米、每节管的位置、标高需事先计算,确保顶进时正确,以最终符合设计坡度要求和质量标准为原则。4、 管子与接口(1)、管子 工程采用钢承口式“F”型钢筋砼管。(2)、管材与接口验收 管材: 选用优良管材并处理好管子接口对顶管施工是十分重要的。
8、对于成套管材,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。2800 混凝土强度等级为C50、抗渗标号为S8;顶管的管节在出厂前或,在现场必须在管外周表面涂刷水柏油一度进行减阻。 接口验收:顶进前应对砼成品管、钢套环、橡胶密封圈和软木衬垫从尺寸、规格、性能、数量等均作详细检查,必须符合设计图的要求,顶进前还必须在现场作试安装,对不合格的砼成品管应予以退回。 砼管接口的槽口尺寸必须正确,光洁平整无气泡。橡胶圈的外观和任何断面都必须致密、均匀、无裂缝、孔隙或凹痕等缺陷,橡胶圈应保持清洁、无油污、不能在阳光下直晒。钢套环设计要求进行防腐处理,刃口无疵点、焊接处平整,肢部和钢板平面垂直
9、,堆放时整齐搁平。松木板衬垫材料的厚度及应力应变关系应符合设计顶进要求。插入安装前滑动部位应均匀,涂薄层硅油等润滑材料,对橡胶无侵蚀性、减少摩阻。承插时外力必须均匀,橡胶圈不移位,不反转,不露出管外,否则应拔出重插。顶管结束后,应按设计要求在内间隙嵌以弹性密封膏,要求与二管口抹平。(3)、施工期间的复验施工前再次检查管子接头的槽口尺寸,橡胶圈和衬垫板的外观和质地。确认合格后可在接口处均匀涂抹薄层硅油等对橡胶无侵蚀性的润滑材料以减少摩阻力。承插接管时加力要均匀,应保证橡胶圈不移位,不反转,不露出管外。顶管结束后要按设计要求在管内间隙处填充弹性密封膏,并与管口抹成一个光滑的渐变面。5、 顶管注固态
10、粉末状润滑剂减阻顶力控制的关键是最大限度地降低顶进阻力,而降低顶进阻力最有效的方法是进行注浆,注浆使管周外壁形成润滑套,从而降低了顶进时的摩阻力;根据本工程施工特点,由于在黄土中顶进,而顶进地层无地下水,天然状态下黄土含水量较少,有较大的空隙率,如果采用触壁泥浆,极有可能脱水后变稠,增加摩阻力。因此,采用每边扩径3.0cm的顶管工具管施工,顶过后“F”管外壁上部及侧壁形成“土拱”,根据黄土的自立性,土拱与管外壁存在一定的空隙,这样,在管道顶进时,管道上部的摩阻力将会很小,而主要是管道下部的摩阻力。因此,我们为减少管道下部的摩阻力,选用了适应黄土层的减摩材料。(1)、 选择优质固态粉末:石墨粉或
11、滑石粉,进行注“浆”减阻。(2)、在管子下方底侧部或管底适当位置预埋压“浆”孔,压“浆”孔的设置要有利于润滑套的形成。(3)、 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润滑套的形成情况。(4)、 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,使预埋管外的土不能倒灌而堵塞注“浆”孔,从而影响注“浆”效果。(5)、 注固态石墨粉或滑石粉工艺由专人负责,质量员定期检查。(6)、注石墨粉或滑石粉的风泵配套系统,施工时送“浆”量与顶进速度相应配。6、推进最大顶力与中继间设置计算(1)、推进最大顶力理论计算 F=F1+F2
12、 其中F总推力 F1迎面阻力 F2顶进阻力 F1=/4*D2*P(D管外径 P控制土压力) P=KO*HO 式中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,取平均值 -土的湿重量,取1.7t/m3F2=D*f*L 式中:f注浆后管外表面综合摩阻力系数,取0.5t/m2D管外径 L顶距 (2)、中继间设置(顶力的限制)如顶管的总推力大于设计主顶油缸的总推力,故需设置中继间进行中间接力顶进。顶进时,为确保安全,当顶力达到中继间设计推力的60%时,即需设置中继间,当顶力达到中继间设计推力的70%时,即需启动中继间,中继间设计总推力F=1000T,(由10只100T千斤顶组成)
13、,使用其60%的顶力,即600T。中继间安放位置L:L=F*0.6/*D*F =L1 *D*F每米顶进阻力根据我们的经验,在实际施工中,中继间安装位置是相当重要,主要视顶力的上升速度而定。由于顶管顶进时,会发生一些不可预见的因素,如遇见硬土层等,造成顶力的急剧上升,此时,就必须启动待用的中继间。因此,顶进过程中的不间断监测非常重要,以免贻误中继间安放时机,造成顶管失败。同时,我们将在施工现场预备4套中继间,一旦发生以上所说的情况,立即将备用中继间投入安装、使用。7、地下管道内通讯方式及监控摄像系统为便于地下管道施工时,管道内与管道内、管道内与工作井、地下与地上随时联系,顶管施工中地下通讯采用对
14、讲机,其设置位置:掘进机操作台一部,工作井顶进控制台一部,地面指挥部一部,每套中继间各设一部,以此方式加强通讯联系,协调指挥作业。同时,为便于地面指挥中心有效地监控地下顶管进行的状况,及时对各种事故隐患作出处理,我们预备在管道内安装监控摄像系统,具体如下:1-2T彩色摄像机(460线高分辨率)4台,机头处1台,其余每隔500m设置一台;1-2YT云台4台(全方位,自动变速);1-2mCO解码器2台(室外型,控制全方位);mC微机矩阵切换主机1台(输入4路,输出4路,可带4只全功能键盘);1-2mO彩色监视器4台(14”450线高解析度);1-2KJB全功能键盘(与摄像系统配套);ALC报警接口
15、单元(64路入,8路出)。(详见管内安全监视系统图)8、 进出洞口措施(1)、 为防止掘进机出洞时产生叩头现象,可以采用延伸导轨,并将前三节钢砼管与机头做成钢性联接。(2)、根据当地土质和地下水位,在进出洞口里安装橡胶止水法兰。(详见沉井洞口封门详图)(3)、进洞措施:A、 作好进洞前的准备工作,包括人员设备;B、 机头进洞后,及时将与机头连接的管子分离,机头及时吊出井外;并抓紧处理井内泥浆和进行洞口封门密封止水工作。C、 机头进洞后密封止水工作抓紧作好,洞口处土体流失、管子沉降等现象就不会发生,也是保证顶管质量的关键。9、出土的技术方案顶管进度的关键在出土的速度,也是完成工期要求的关键。废弃
16、土的管内运输采用德国普茨迈斯特公司制造的MPT40专用顶管泥土输送泵出土,出土效果很好。该机械每小时出泥量为40m3,最大水平输送距离3.0Km,垂直运输距离400m。而且出土为原状土,含水量在30%左右即可,黄土含水量在18%30%之间,如黄土含水量太低,可适当加水就能满足本工程出土要求。根据出土的运距,在整个管道中只需设置1台输土泵,在机头后设置。驱动部件由一台90KW的马达和依次排列的4台液压泵组成。在沉井上部砌池或直接泵入车内外运.地面运输采用15t自卸车。余土外运需按文明施工要求和渣土处理办法,运到永久堆土点,不得污染沿途道路环境。10、顶管结束后,通过注浆孔进行填充注浆。顶管施工技
17、术措施1、 地表隆沉控制(1)、 本顶管掘进机是采用土压平衡,可以先计算出各顶管段的开挖中心处的主动土压力和被动土压力,然后将掘进机的土压力设定在此主动土压力和被动土压力之间。(2)、 在刀盘切削搅拌的同时,主顶和中继间徐徐推进,土仓内的土压力便会徐徐升高,当土压力升到大于控制土压力P时,把螺旋输送机打开,一部分土被螺旋输送机排出,只要把推进速度调节到与螺旋输送机排土量相符,则可保持土压力为恒值。(3)、 但在实际推进过程中,不可能完全处于上述理想状态,如推进速度快于排土速度,我们就推推停停,保持向前推进;反之,则可将螺旋输送机开开停停。无论出现哪种情况,都必须使土仓内的土压力保持在控制土压P
18、20KPa的范围内,这就能保证土压平衡,如果土仓内的土压力小于主动土压力,地面将产生沉陷,反之,地面将隆起。因此,控制土压力的设置和土仓内土压力的保持是关键。2、顶管时地下管线保护措施 本标段地下管线地质资料及招标文件未反映,如有采取如下措施进行保护: (1)、由于本工程采用的是单刀盘土压平衡掘进机,而且顶管复土层较深,距地下管线距离较远,因此顶管施工时对地下管线的影响很小,在实际土压平衡顶管操作过程中,必须严格把好土压力控制这一关。以防止对地下管线造成破坏,如果土压力太高,可能造成土体隆起;如果土压力太低,会造成地面沉陷。控制好土压力是保护地下管线最重要的措施。 (2)、另外,由于地下情况是
19、千变万化的,在施工过程中我们必须认真做好对土体沉降、土体位移的监测工作,通过对监测数据的分析来合理调整土压力的设定,这也是一条很重要的措施。3、 建筑物沉降控制及保护措施 在推进过程中,引起建筑物沉降的主要原因,是推进土压控制不稳定和管道内漏水,造成顶进区域内土体沉降。为防止类似的情况发生,必须做到以下几个方面:(1)、地面监测,优化掘进机参数。 在掘进机的轴线上方,每隔2M设一个沉降控制监测点,在顶进时精心组织地表监测,通过测得地表沉降数据与相对掘进机机仓内主参(包括推进速度、设置刀盘土压力值)进行比较,从而优化掘进机参数指导以后的推进施工,控制地表沉降,也就是控制建筑物沉降的措施。(2)、
20、注“固态”浆稳定措施 除了在沉降监测以外,还必须尽可能将固态润滑套随工具管向前移动,形成连续的半环状润滑套。(3)、 在顶进结束后,根据需要用鼓风机高压送粉砂充填管周外壁孔隙,以更好的控制管道的沉降。(4)、 对沿途重要建(构)筑物,在开始顶进前,在有效范围内经细致调查研究后,针对性的采用可靠加固方案进行保护。4、顶管施工机头碰到异常情况的处理(1)、土质突变硬土质突然变硬,说明刀盘可能遇到铁板砂等,它会造成刀盘转矩变大,这可以通过操作台上刀盘电机的电流来判断,此时则向土仓内加入水或泥浆,掘进机上设有加泥孔,其目的就是用来加泥的。(2)、土质突变软土质突然间变软,最大的问题是可能会造成机头突然
21、沉降。为了防止土的承载力急剧下降,出洞时已把第一至第六节管子及工具头都联成了一个整体,以增加它们的刚性,从而可避免机头突然沉陷。(3)、 如果螺旋输送机出来的土中夹带大量的水时,可把螺旋输送机出土口关闭或开得很小,同时加快推进速度,快速通过滞水层。如果是明水,除了关闭出土口外还必须把螺旋输送机倒转,不使水涌入,同时,停止刀盘转动,提高土仓内的压力。此种情况在封闭式土压平衡机头中比较容易处理。(4)、 据地质资料显示,顶进过程中基本无障碍物,如遇到障碍物时,可以在机头前进行注浆固结土体,然后将机头上人孔打开进行清除。(5)、 在顶管施工过程中,如果出现异常的偏差趋势,必须在第一时间内就停下来,分
22、析原因,找出对策再继续顶进,切不可盲目行动。(6)、建立异常情况立即汇报制度。即当异常情况发生时,当班人员须立即与地面指挥中心取得联系,以便及时采取行之有效的措施。5、 沼气处理及承压水方法及措施(含气压设施)(1)、 沼气处理A、在地下工程施工中,一般施工人员所吸入空气中的氧气(O2)不能低于20%,而硫化氢(H2S)、甲烷(CH4)以及其他有害和有毒气的浓度,不能大于有害于身体健康浓度,并考虑时间、温度、湿度等综合作用的影响。可燃气体的浓度不能超过最小燃烧度的10%。B、在管道施工过程中,应采取专用和多功能测试仪器对管道内的空气进行检测,正常情况下每班检测一次,并做好记录。当检测的结果超出
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