顶管施工

2007-01-25 17:23 6.3、顶管施工

6.3.1 工具管选型

6.3.1.1 顶管机型的选择， 我们主要从环保等方面考虑，由于大口径管Φ1500出泥量较大， 因此选用多刀盘土压平衡式工具管，该机型切削后的土体皆为原状土，利于弃土的外运，不会对环境产生污染。 6.3.1.2 工具管施工原理及主要特点

多刀盘土压平衡式工具管机型源于DK式大刀盘土压平衡式工具管，所不同的是用四个对称布设小刀盘(70%的切削断面)代替了全断面刀盘， 这样就解决了大刀盘的昂贵而笨重的驱动系统，使整机重量、成本大为降低，机内空间大增，且维修简单、操作方便。

6.3.2 推力的理论计算及中继间布置 以最长距离178m，工作井段顶管计算： F=F1+F2

其中F—总推力

F1—迎面阻力 F2—顶进阻力

F1=π/4*D2*P（D—管外径2.05m P—控制土压力） P=KO*R*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，取最大值9.2m γ--土的湿重量，取1.9T/m3 P=0.55*1.9* 9.2=9.61T F1=3.14/4*2.052*9.61=31.70T F2=πD*f*L

式中:f—管外表面综合摩阻力,取0.5T/M2 D—管外径2.05m L—顶距178m

F2=3.14*2.05*0.5*178=572.89T，既每顶进一米的顶力为3.22T。 F=F1+F2=31.70+572.89=604.59T

经计算得知顶管的总推力为604.59T，大于设计沉井后靠最大承载力（一般为5000KN，既500T），顶管时只能用其80%，500*0.8=400T。主顶使用四台200T级油缸，在推进时，每台油缸的最大顶力不得超过100T。剩余顶力需要设置中继间来解决。顶进时，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80%时，即需启动中继间，中继间设计总推力F’=500T。（由10只50T小千斤顶组成）

中继间由前壳体、千斤顶及后壳体组成。前壳体与前接管连接，后壳体与后接管连接，前后壳体间为承插式连接，两者间依靠橡胶止水带密封，防止管道外水土和浆液倒流入管道内，钢壳体结构进行精加工，保证其在使用过程中不发生变形。中继间壳体外径与管节外径相同，可减少土体扰动、地面沉降和顶进阻力。

6.3.3 顶管措施 6.3.3.1顶管注浆

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泥浆润滑套，从而降低了顶进时的摩阻力，我们在注浆时做到以下几点：

（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。

（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浆液形成情况。

（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，从而影响注浆效果。

（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。 6.3.3.2 管子与接口

（1） 根据招标文件,本标段工程所用管节为”F”管，”F”管受力性能好，接头稳固性高，接口处止水密封性能好。

（2）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。我们选用优质的成套管材，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。

（3）接管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。

6.3.3.3 地下管道内通讯方式

顶管施工中地下通讯采用敷设有线电话，其设置位置：掘进机操作台一部，工作井顶进控制台一部，地面一部，中继间设一部，以此方式加强通讯联系，协调指挥作业。

3.3.4 通风设施：

由于管道顶进距离长，埋置深度深，管道内的空气不新鲜，加上土体中会产生有害气体，因此，必须设置供气系统。通风设施用一台柴油空压机将压缩空气输入空气滤清器，再进入储气桶，经过气压调节阀，将压缩空气传输至管道最前端，并将管道最前端的空气排出，以此进行空气循环。 6.3.3.5 电源布置：

在顶管过程中，主要的电源为动力用电和照明用电。 （1） 动力用电

由于管道内的电机采用380V动力电，因此，进入管道的动力电必须做到二级保护和接地保护措施，动力电源线设置在操作人员不易接触处，并在电源线外增设护套，保证用电安全。 （2） 照明用电

由于管道内的空气湿度较大，因此，采用36V低压照明电，低压电须通过变

压器降压。灯具采用防水防爆灯具， 6.3.3.6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±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。 6.3.3.7 测量与方向控制

顶进的测量与方向的控制，是采用激光经纬仪辅以水准仪测量，通过油缸进行纠编，遵循先纠上下后纠左右的原则，我们要做到以下几点： （1）有严格的放样复核制度，并做好原始记录。

（2）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。

（3）顶进纠偏必须勤测量、多微调，纠偏角度应保持在10'～20'不得大于1°。 （4）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。

（5）在每一顶程开始前必须制定坡度计划，可对设计坡度线加以调整，以方便施工和最终符合设计坡度要求和质量标准为原则。 6.3.3.8 进出洞口措施 （1）出洞措施

（a）为使进出洞口顶进过程中不发生泥水流失，在进出洞口里安装橡胶止水法兰。

（b）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。

（c）紧贴工作井洞口外侧安插一排钢板桩，作为钢封门，防止洞口打开后外侧土体涌进井内。钢板桩的深度为管底以下1.5M，宽度为3.5m。 （2）进洞措施：

（a）同样在接收井外侧施打一排3.5M宽的钢板桩作为钢封门，便于凿除洞口，并做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止水。

（c）头进洞后止水工作抓紧作好，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。 6.3.3.9 顶管时的意外应急措施

根据本工程的特点及地质勘察报告，顶管所处土层为②3-2粉砂土层中，易产生流砂，因此本工程在顶管施工时可能遇到一些意外情况，如土质突然变化、遇到障碍物等，必须采取有效的措施来处理。

（1）地质发生很大的变化，突然间变硬或变软。这可以通过刀盘的转矩来判断，如果突然变硬了，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。如果太软，这没有多大问题。但为了防止土的承载力急剧下降，出洞时已把第一至第三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。

（2）如果发生漏水，可把螺旋输送机出土口关闭或并得很小，同时加快推进速度，快速通过滞水层。如果是明水，除了关闭出土口外必须把螺旋输送机倒转，不使水涌入，同时，尽快找出水源，加以堵漏。此种情况在封闭式土压平衡机头中比较容易处理。

（3）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。

（4）在顶管施工过程中，如果出现异常的偏差或纠偏失效，必须在允许偏差标准以内就停下来，分析原因，找出对策再继续顶进，切不可盲目行动。操作人员必须严格遵守这样一条规定：无论何种情况，超过允许偏差一律停下来，并且如实汇报情况，以便分析原因，找准对策。

（5）还有一条就是建立意外情况立即报告制度。即当意外情况发生时，当班人员必须采用任何可采用有效通讯方式，尽快地与公司有关领导取得联系，向上级报告情况，以便及时采取行之有效的措施。