专题资料（2021-2022年）北京某广场西侧顶管施工方案.pdf

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某广场西侧热力管线
顶
管
施
工
方
案
1
:.
目录
一、概况.....................................................................错误!未定义书签。
二、顶管工具头选型................................................错误!未定义书签。
三、顶管施工流程图................................................................................4
四、顶管地面布置.....................................................................................4
五、井内布置.............................................................................................5
六、后座安装.............................................................................................5
七、顶进系统.............................................................................................5
八、出泥系统.............................................................................................6
九、顶管轨道安装.....................................................................................7
十、顶管止水装置安装............................................................................8
十一、顶管纠偏作业................................................................................8
十二、泥浆系统.........................................................................................9
十三、通风系统.......................................................................................10
十四、通讯...............................................................................................10
十五、供电系统.......................................................................................10
十六、测量系统.......................................................................................11
十七、中继间的设置..............................................................................13
十八、供电系统.......................................................................................14
十九、顶管施工技术质量保证措施......................................................14
二十、隧道防水.......................................................................................20
二十一、拟投入本工程的主要资源......................................................20
二十二、常见施工质量通病的防治措施..............................................21
二十三、安全保证措施..........................................................................22
1
:.
顶管施工方案
1、土压平衡工具管优点:
错误!未找到引用源。能保证挖掘面的稳定,地面变形极小。本
次顶管又是在砂砾岩层中顶进,因此更能保持挖掘面的稳定,从而可
以更好的控制地面沉降。其沉降范围可控制在2cm以内。
错误!未找到引用源。施工时覆土深度可以很浅,最小可以达到
。
错误!未找到引用源。弃土的运输处理都比较方便可靠。
错误!未找到引用源。作业环境好,既没有气压式顶管施工中那
样的压力环境下作业,也没有泥水平衡掘进机那样的泥水处理装置。
2、土压平衡顶管的基本原理
在土压平衡顶管的施工过程中,假设顶管机顶部前面土层内的静
止土压力和地下水压力之和为A,顶管机泥土仓内的压力为B;假设
顶管机底部前面土层内的静止土压力和地下水压力之和为C,顶管机
泥土仓内的压力为D,那么要达到土压平衡的必要条件是必须使A=
B,C=D,如图3——[A]所示。
2
:.
图3土压平衡顶管的工作原理
图中:1—地下水压力、2—静止土压力、3—顶管机泥土仓内的
压力
上述这个假设,只是施工过程中的理论控制值。然而,在不同的
土质条件和在不同的施工条件下,我们所采用的实际控制土压力P会
有所不同,并且会允许在一定的范围内的波动。为此,我们规定了实
际控制土压力P,还规定了实际控制土压力P的上下波动范围在
20kPa以内。这在实际施工中,是能较容易控制的。
顶管机在顶进过程中,其土仓内始终有一个压力,我们称之谓控
制土压为P。当控制土压力P小于顶管机所处土层的地下水压力Pw
与主动土压力PA之和时,土就涌向顶管机土仓,结果就会造成地面
沉降。其原因往往是由于推进速度过慢,螺旋输送机的实际排土量大
于顶管机推进过程的中理论排土量所造成的。
反之,如果当控制土压力P大于顶机所处土层的地下水压力Pw
与被动土压力PP之和时,结果就会造成地面隆起。其原因往往是由
于推进速度过快,螺旋输送机的实际排土量大大小于顶管机推进过程
3
:.
的中理论排土量所造成的。螺旋输送机的正常排土量应该为顶管机推
进过程的中理论排土量的95%~100%。
在土压平衡顶管的施工过程中只需把握好控制土压力P的值即
可。
从地铁施工用的盾构机来看,也越来越多地采用土压平衡盾构机
也证明了土压平衡盾构机的优越性。
土压平衡顶管机的适应性强,适用的土质范围广。在遇到砂土时,
可用加泥的方式对砂土进行改良,使它变成具有良好塑性、流动性和
不透水性的土;。
三、顶管施工流程图
泥浆房
顶管准备
吊车进场
顶进设备进场
导轨拼装
后座顶板安装
顶管工具头就位
后座千斤顶安装
井内其它设备安装
机头调试
拆除闷板
顶管工具头穿墙管后座顶进
工具头进行试运转
安装出泥系统
测量轴线高程控制网
压浆拌浆
顶管工具头推进出土
出泥系统
供气通风系统
供电配电间
4
管段顶进
管段拼装管段拼装管验收:.
设备拆除
验收
5
:.
四、顶管地面布置
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,进场的砼管、半成品材料堆放在指定地点,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。
五、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。
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
支架分离,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。
管内压浆管、供电、通风管分别安装于钢管左右偏下侧,采用
75×75角钢支架固定。
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。
六、后座安装
因为工作井为圆型结构,因此需要在顶管后座处浇筑垂直于顶管
轴线的砼结构后座墙,,,采用C30砼。
待后座墙浇筑完毕后,×、厚度为30cm
的顶管后座扩散钢箱体作为主千斤顶的后座。
七、顶进系统
工作井内有一套主顶装置,单套主顶装置共有4只千斤顶,分两
6
:.
列布置。主顶千斤顶为单冲程千斤顶,,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
5000KN以内。安装完毕的千斤顶其合力中心可略低于管轴中心
10~20cm,千斤顶的中心位置偏差前后<2mm。其方向应于顶管轴线
方向平行,左右偏差<2mm。顶管主顶千斤顶位置安装是否正确可直
接关系到顶管轴线偏差以及管道的扭转。
八、出泥系统
掘进机螺旋出土机出来的碎石等物,因此无法使用输送泥浆的管
道送出,故采用出土小车将其运至井外指定的临时堆放处,为了加快
顶进速度,如出来的为较细的砂土等物,可先从螺旋机进入设置在附
近的泥浆箱中,采用高压水将泥冲成泥浆,然后通过φ150钢管管道
将泥浆排至指定的泥浆池中,这样可以加快出泥速度。进水出水管道
采用φ150钢管,,箱底的碎石
可及时清理运出。
7
:.
九、顶管轨道安装
按照顶管轴线和标高要求在工作井安放好顶管导轨。导轨安放的
轴线误差应小于1mm,水平误差也小于2mm,导轨靠近穿墙孔处可
略高于后端2mm。导轨的前端应尽量靠近穿墙孔处,导轨应在预先
设置的底板预埋件上焊牢,并用槽钢支撑在沉井两侧,确保在顶进时
导轨的稳固。
轨道安装、顶进系统示意图
8
:.
十、顶管止水装置安装
顶管前在顶管预留孔和砼管外壁之间安装止水装置,止水装置采
用环形平板橡胶止水,安装时环形橡胶板紧贴在井壁上以防渗漏。做
法如下图。
十一、顶管纠偏作业
工具头在顶进过程中由于受不均匀外力的作用,头部会产生偏离
轴线现象,因此在顶进过程中需经常对工具管加以纠偏,使顶管在设
定的轴线顶进。因为此次顶管时在岩层中顶进,因此如果发生偏差只
能在微小的角度下进行纠偏,使顶管轴线逐步回复至正确顶管轴线上
来。尤其是在顶管穿越○7层岩层中时,如需纠偏更要以小角度逐步
2
纠偏,切忌操之过急。因为顶管时,采用J2激光经纬仪测量,其顶
进时轴线偏差情况可随时反应在顶管机头处胸板上所设置的光靶上,
因此顶管的偏差纠正可以做到随顶随纠,使顶管偏差情况及时得到纠
正。
严禁在主千斤顶停顶的情况下纠偏,严禁大角度纠偏,并严格
按操作规程进行操作。纠偏前后按规定及时做好各项原始纪录。
停止顶进时,螺旋机出洞阀门应于关闭,并保证掘进机的土压力
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:.
和外部水土压力平衡。在初始顶进时如果发生偏差,应该主要通过调
整后座千斤顶会力方向来逐步进行纠偏,这样效果作用明显。
十二、泥浆系统
1、泥浆减阻:用泥浆减阻是顶管减少摩阻力的重要措施。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
整的泥浆套,则其减阻效果非常好,一般情况摩阻力可由12~20KN/m2
减至3~5KN/m2。本工程采用顶管掘进机尾部同步注浆和中继环后面
管段补浆两种方式进行减阻。
补浆管一般布置于中继环后面第二节管段。补浆按A型90°设
置4只。每道补浆环有独立的阀门控制。
润滑泥浆材料主要采用钠基膨润土,纯碱、CMC,物理性能指标:
~,粘度30~40S,泥皮厚3~5mm,泥浆孔的方向
为相对于轴线45°方向布置。
2、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管外土体之间,包住管道,泥
浆管出口处设置单向阀防止泥水倒流。
泥浆系统示意图
10
:.
十三、通风系统
采用抽吸式鼓风机,通过φ500通风管向管道中送风,因顶管
距离只有546米左右,而此风机可送风至750米,采用此风机作通
风用,能够保证管内空气清新。
十四、通讯
管内通讯与工作现场通讯采用HE系统自动电话总机,用机械
拨盘式电话机互相联系。电话设置在空压机房、压浆棚、各工种间、
办公室、掘进机、中继环、工作井内。
十五、供电系统
现场设置一台400KW配电箱。输出端采用电缆分三路,分别
供现场用电、水泵房、井内顶管:
顶管机功率150KW
水泵:55KW
PB-300油泵车:22KW
泥浆泵:15KW
风机:15KW
中继油泵车:22×5KW(每次使用一台)
管内照明:20KW
电焊机:22KW
办公区用电:30KW
最大用电量365KW
供配电方式:
由变压器通过70mm2×5*电缆引至现场总配电柜。再由配电
柜分配给各分配电箱,总配电箱处设电度表,以计量施工总用电量。
供电方式采用三相五线制TN-S系统。在总配电箱及末端箱,以及
超过100m的箱内做重复接地,并与保护零线可靠连接。工作零线
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:.
与保护零线要严格区分,不得混用。所有机电设备的金属外壳必须
与保护零线做可靠连接,根据现场情况总配电柜出线采用放射式和
树干式相结合的配电方式。对负荷比较大可采用单独回路配电,对
负荷比较小的照明电源可采用树干式配电方式。
施工现场配电线路
施工现场主要干线采用橡胶套电缆延隔栅墙敷设,移动式配电
箱和开关箱的进、出线必须用橡皮绝缘电缆。
施工现场配电箱和开关箱:
现场临时配电箱采用金峰牌铁制配电箱,固定式配电箱、开关
-,并且周围设置围栏
及搭设防雨防砸棚。并在围栏上悬挂安全标志。配电箱内设置合计
两级漏电保护:总配电箱设一级保护并在分配电箱或负载侧装设漏
电保护器,以便实现两级漏电保护。
现场照明:
相对固定场如工作井、泥浆空压机房布设常规照明灯具,数量
根据场地面积而定。其它在施工面相对集中处用碘钨灯照明。分散
处用(500W-1000W)碘钨灯临时拉设。顶管管道内照明灯直接拉
入坑井、沟内,电源电压不得大于36V,照明灯间距不超过10米。
十六、测量系统
顶管轴线测量放线
按照导线控制点,采用导线法用全站仪进行测量,将顶管轴线测
放至井中,全站仪精度±2''。全站仪测放的轴线不少于两个测回,首
先要测出始发井和到达井的中心坐标,然后根据此两个坐标确定顶管
轴线。测量成果报监理复核。顶管轴线测定后,然后将轴线放至井中,
在井中靠近后座(距后座60~70cm)处设置架仪点,此架仪点定位于
顶管轴线的延伸线上。在穿墙管上的井壁设置顶管后视标记,架仪点
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:.
及井壁上的后视点为和顶管轴线同一个铅锤面上,其后视标记的误差
。
井下水准后视点:
从水准控制点测放到顶管井中。高程测放至少二个测回,确定无
误,井中水准点的误差在2mm以内,待标高测定后,再引入井中,
在井壁上设置的后视点,测量井中仪器安放测点的高程,该面上均在
顶管轴线上。作为顶管时顶进的后视轴线。。
其接收井穿墙管中心标高测定应该和工作井为同一后视点测定。
管道顶进前,对管线上河床覆盖层作一次复测。确认覆盖层厚度,
提供顶管时使用。
顶进时的轴线方向控制
顶管时轴线测量采用J激光经纬仪,架设在井下架仪点上,经纬
2
仪的管中轴高度即为该处顶管中轴线的高程,J经纬仪的倾角砼同设
2
为管道轴线倾角,在工具管的胸板中央设置接收光靶,光靶直径
50cm,分厘米格,光靶设中心轴并下垂重物,这样不管工具管是否
扭转,光靶始终垂直顶管的中轴线。这样在测量时,将激光经纬仪中
竖直角调为管道轴线的同一倾角,这样测量轴线和顶管的轴线就成一
致。在顶管时,施工人员就可以根据光靶上的轴线偏差情况随时进行
纠偏,这样就能做到随顶随纠。小角度纠偏能更好的控制顶进时的轴
线偏差。
但是由于本工程顶管距离较长,在顶距越来越大时,激光经纬仪
的光斑会逐渐增大,会影响测量精度,所以需要进行定期复核。
其复核的方法采用分段测量进行,一般来说顶进轴线(左右方向)
的复核可在顶管管道中设立转点来测出工具管胸板处的轴线位置,此
时经纬仪最大测距为500米,复核测量精度要求。另外平时顶进时高
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:.
程测量应用水准仪复核。复核周期为每100米复核一次。在顶进距接
收井100米时,每顶20~30米复核一次,待顶进距接收井30米每10
米复核一次。
十七、中继间的设置
因为本次顶管时在砂砾岩中进行穿越,和一般在软土中进行顶管
施工有极大的差异,其在顶进中的摩阻力的大小,并不能按照在软土
层中顶管的摩阻力来定。
现在施工中中继站设计顶力为8000KN,,
许用顶力F=8000KN×=5600KN,虽然后座顶力设计要求为
5000KN,但是在启用中继站时,还需加上后座顶所需顶管外壁的摩
阻力,因此中继站的顶力略大于后座顶力是合理的。
一般来说,在土中顶进如果运用的好,触变泥浆可以使摩阻力从
12~20KN/㎡减少至5~9KN/㎡。现场时在岩层中顶进,但是由于顶管
工具管外径大于管道外径,在顶进时采用触变泥浆减阻,仍然可以认
为顶管时在使用触变泥浆形成的泥浆套。
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:.
中继环结构示意图
中继环位置分布图
十八、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(最多1台中继环同时工作)
管内照明:10KW
管内用三相五芯式25mm2电缆供电。管内供电系统配备可靠的触
电、漏电保护措施。井上井下与管内照明用电采用36v的低压行灯。
现场配电间为适应上述要求,安装600A主受电柜一只,分别输入3
只配电屏,经3路分送至各用电部门。现场配备250KVA发电机备用,
以防突发情况发生。
十九、顶管施工技术质量保证措施
1、顶管机进出洞措施
顶管机出洞前的施工注意事项
错误!未找到引用源。、顶管导轨的复核
在顶管机吊放至顶管导轨安装前,应对顶管导轨的轴线和高程进
15
:.
行复核,确定无误后方可将工具管吊放至导轨上进行安装,此时顶管
机距洞口的距离可控制在1m左右。
错误!未找到引用源。、安装好洞口的止水装置
始发井顶管预留洞的止水装置采用顶管砼管所用的环形平板橡
胶装置进行止水,止水橡胶环板的中心应和工具管中心一致。止水橡
胶环板安装时要和结构面贴紧,以防渗漏。
错误!未找到引用源。、对顶管机以及后座千斤顶、后泵车进行调
试,确定其各种运行参数正常后,方可进行顶进。
错误!未找到引用源。、检查各类供电设施,确保安全供电。
错误!未找到引用源。、落实各工种的岗位责任制。
2、顶管机出洞
因为顶管机出洞时所穿越的地层为○72层,微风化砂岩,因此
顶管机出洞时不会发生机头下磕的倾向,但是在顶管机出洞时要掌握
顶进速度,安排专人观察顶管机在顶管导轨上的状态,要保证在顶管
机出洞时顶管机始终和顶管导轨平面紧贴,这样就能保证顶管顶管机
出洞后按照顶进轴线方向前进。
此时如发生偏差,应及时调整后座千斤顶的合力方向,使顶管机
恢复到正确的顶管轴线上来。
此外顶管机出洞时要进行顶管机本身的调零工作,即顶管机本身
处于顶进时的正确姿态,同时所有纠偏油缸在调零后锁紧,以防发生
因纠偏油缸自身伸缩而发生的偏差。
3、顶管机进洞措施
进洞准备工作
错误!未找到引用源。贯通测量
当工具管距接收井还有30米左右时,应加强轴线复测力度,将
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:.
工具管确切顶进轴线位置测放于接收井中,以便在接收井中安装临时
道轨。从而确保安全进洞。复测的目的是:
重新测定顶管机的里程,精确算出刀盘与洞口之间的距离,使刀
盘一旦贴近洞口,即采取相应措施。
校核顶管机的姿态,以利于进洞过程中顶管机姿态的及时调整。
错误!未找到引用源。进洞设备、材料准备
在接收井中安装承接顶管机的临时道轨,顶管出洞前,将顶管导
轨按设计顶进轴线在接收井内准确定位安装;
在顶管机完全进入接收井后,按设计要求将砼外壁和接收井预留
洞口之间的间隙进行封堵。
错误!未找到引用源。进洞技术难点及处理措施
因为接收井附近的地层为○61层,全风化砂岩,有大量细沙。
为了防止掘进机进洞时,接收井洞口土体流失、管子沉降等现象出现,
我们除了在接收井洞口位置采取高压旋喷桩将此处的土体进行加固,
加固范围为接收井预留洞口外侧各2米(上下左右),高压旋喷桩为
φ500三排,强度要求在1MPa,此项措施应在进洞前一星期完成。
4、顶管施工质量要求
顶进不偏移,管节不错口,管底坡度无倒落水。顶管接口套环应
对应管缝与管端外周,紧贴,管端垫板粘牢,管节不裂、不渗水,管
节不得有泥土,建筑垃圾等杂物。
。
管线轴线偏差不得大于±100mm。
标高偏差不得大于+80,-100mm。
相邻管节错口≤15mm,无碎裂。
内腰箍不渗漏,橡胶止水不脱落。
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:.
5、管道抗扭转措施
顶进过程中由于周围土质的变化,纠偏的影响及管内设备的不均
匀性会造成推进时管道发生不同程度的扭转,直接影响到施工质量。
因此主要采用以下措施:
在管内设备及管道安装时,根据重量平衡原理,在安装设备及管
材的另一侧配以相同重量的配重,使管道顶进时左右重量保持平衡。
消除人为造成管道扭转的因素。
工具头若发生扭转,可采用刀具反向螺旋加以解决。其发生原因
是刚出洞时,由于机身与导轨之间的摩擦力不足以抵抗刀盘转矩的反
力,而使机头偏转,在顶进过程中如果碰到不均匀土层也会发生机头
偏转。其主要解决方法为利用刀盘翻转进行纠偏。另外也可以在机头
外壁安装平衡翼板以防止其扭转。
6、顶管轴线控制措施
顶管要按设计要求的轴线进行。主要是工具头头部测量与纠偏的
相互配合。纠偏是完成管道线型的主要手段。纠偏原则如下:
错误!未找到引用源。随测随纠:因为顶管时采用J2激光经纬仪
导向的,顶管时所产生的轴线偏差可以直接反应在顶管机前端胸板上
设置的光靶上,因此顶管机头的操作技术人员可以随时观察到顶管机
的偏差情况,因为是在岩层中顶进,纠偏不易,因此一旦发生微小的
偏差时,纠偏人员就应该按照顶管机纠偏千斤顶的各种参数随时进行
纠偏。
错误!未找到引用源。小角度纠偏:每次纠偏角度要小,微机每
°,当累计纠偏角度过
大时应与值班工程师联系,决定如何纠偏,此时应特别慎重。
错误!未找到引用源。纠偏操作中不能大起大落,如果在某处已
18
:.
经出现了较大的偏差,这时也要保持管道轴线以适当的曲率半径逐步
地返回到轴线上来,避免相邻两段间形成的夹角过大。
7、砼管材质量控制措施
钢筋砼管与接口
错误!未找到引用源。、管子
根据设计,本工程所用管节为“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。
材料运送起吊采用专门夹具,搁置时应用方木垫高,防止“F”
型砼管承口钢圈受压变形。
管材供应:在顶进过程中,管材的供应是非常重要的,如果不及
时将造成顶进停止,后果是非常严重的,由于机头重量一般较大,在
承载力较低的地层中,长时间的滞留会造成机头沉降,使轴线发生偏
差;或已定好的管子和周围土体粘结,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。
错误!未找到引用源。、接口
顶进前对砼成品管、钢套环、橡胶密封圈和衬垫从尺寸、规格、
性能、数量等作详细调查,必须符合标准设计图的要求。顶进前还必
须在现场做实验安装。对不合格的砼成品管应予以剔除。
砼接头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质密、均匀、无裂缝、无空隙或
凹痕等缺陷,橡胶圈应保证清洁、无污物,不能在阳光下直晒。