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顶管施工工艺流程
来源:西安鸿友市政 作者:张坤 发布时间: 2018-11-16 浏览数:930 分享到:
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顶管施工就是非开挖施工方法,是一种不开挖或者少开挖的管道埋设施工技术。顶管法施工就是在工作坑内借助于顶进设备产生的顶力,克服管道与周围土壤的摩擦力,将管道按设计的坡度顶入土中,并将土方运走。一节管子完...


      顶管施工就是非开挖施工方法,是一种不开挖或者少开挖的管道埋设施工技术。顶管法施工就是在工作坑内借助于顶进设备产生的顶力,克服管道与周围土壤的摩擦力,将管道按设计的坡度顶入土中,并将土方运走。一节管子完成顶入土层之后,再下第二节管子继续顶进。其原理是借助于主顶油缸及管道间、中继间等推力,把工具管或掘进机从工作坑内穿过土层一直推进到接收坑内吊起。管道紧随工具管或掘进机后,埋设在两坑之间。

本工程顶管均采用泥水平衡顶管机进行施工,顶管施工的具体流程如下图



顶管施工工艺流程图

1顶进设备的选用

顶进设备主要包括千斤顶、高压油泵、顶铁、顶管机及排浆设备等。

千斤顶是掘进顶管的主要设备,考虑到为避免千斤顶故障而影响工程进度,故采用两套设备。千斤顶在工作坑内的布置采用两台并列式,顶力合力作用点与管壁反作用力作用点应在同一轴线防止产生顶时力偶,造成顶进偏差。根据施工经验,顶管上半部管壁与土壁有间隙时,千斤顶的着力点作用在管子垂直直径的1/41/5处为宜。

高压油泵由电动机带动油泵工作,选用额定压力为62MpaZB-500塞泵,经分配器,控制阀进入千斤顶,各千斤顶的进油管并联在一起,保证各千斤顶活塞的出力和行程。

顶铁是传递和分散顶力的设备。要求它能承受顶压力而不变形,并且便于搬动。根据顶铁位置的不同,可分为横顶铁、顺顶铁和U形顶铁三种。本工程采用U形顶铁形式。顶进设备布置图如下:

 

       2设备安装

顶管设备选定后即开始安装设备,在安装前必须测量好顶管轴线,设备机身托架采用钢结构,在安装时严格控制轴线与高差,轴线控制在3mm以内,高差控制在0~+3mm以内,两轨内距±2mm。在安装调平时确定砼后靠背的位置,后靠背采用40mm厚钢板,砼采用商品砼,后靠背的砼厚度宜控制大于40cm。之后将工具头下到导轨上,就位以后,装好顶铁,连接好各系统并检查正常后,校测工具头水平及垂直标高是否符合设计要求,合格后即可顶进工具头,然后安放混凝土管节,再次测量标高,核定无误后,开动工具头进行试顶,待调整好各项参数后即可正常顶进施工。

3顶管机始发

⑴ 顶管机出洞前必须对所有设备进行全面检查,并经过试运转无故障。将顶管机推进洞口距井壁0.1m处停止,仔细检查顶管机姿态,确保顶管机水平及高程偏差都在设计要求的范围内,中心偏差不得大于3mm,高低偏差0~+3mm。若达不到上述要求,也应拉出顶管机,作第二次出洞。顶进初始阶段的顶进质量对后续顶进的管道轴线等有重要的影响。

⑵ 继续推进顶管机进入土体,根据顶管液压系统的参数,结合理论数据,顶出推进土压力控制系数。

⑶、继续推进顶管机,在安装第一节管前,应将顶管机与导轨之间进行限位焊接,以免在主顶缩回后,由于正面土压力的作用将顶管机弹回。

⑷、缩回主千斤顶,吊放管节。

⑸、割除限位块,前三节与顶管机连接用刚性连接后,继续顶进。

4顶进

顶管机出洞后顶进的起始阶段,机头的方向主要受导轨安装方向控制,一方面要减慢主顶推进速度;另一方面要不断地调整油缸纠偏。

严格控制前5m-10m的管道顶进偏差,其中心偏差不得大于3mm,高低偏差0~+3mm。在顶进过程中坚持“勤测、缓纠”的原则。纠偏角度保持在10′~20′,不大于1°。如果产生偏差,及时纠正。纠偏应逐步进行,坚持“缓纠、慢纠”的原则。

注浆应和顶进同步进行,其原则是先注浆,后顶进;随顶进,随注浆;以保证管外围泥浆套的形成,充分发挥减阻和支撑作用。在顶进过程中避免长时间的泥浆停注,保证顶进过程中的全部管段充满良好的泥浆套。

顶进过程中根据顶力变化和偏差情况随时调整顶进速度,速度一般控制在50mm/min左右,最大不超过70mm/min。

管道顶进至离工作井前方内壁50cm时,应卸载,收回油缸和垫铁安装管节,然后继续顶进。

顶进中严密注意顶进时的方向及顶力的大小变化,对于顶管处于不良地层时,出现机具两侧的受力不均匀现象,应及时调整机具的工作状态,以保证顶管方向准确。

5安装管节

当一个顶程结束,收回千斤顶和环型垫铁后,即可在工作井内再下一根管节。

在管节吊入工作井以前,应首先在地面上进行质量检查,确认合格后,在管前端口安放楔型橡胶圈,并在橡胶圈表面涂抹硅油,减小管节相接时的摩擦力。

以上工作完成后再将管节吊放在工作井内轨道上稳好,使管节插口端对正前管的承口中心,缓缓顶入,直至两个管节端面密贴挤紧衬垫,并检查接口密封胶圈及衬垫是否良好,如发现胶圈损坏,扭转、翻出等问题,应拔出管节重新插入,确认完好后再布置顶铁进行下一顶程。

6出土

因泥水平衡顶管机在掘进过程中将泥浆水打入泥仓中与机具切削土混合,然后由排泥管输出。在理论上切削下的土体混合转化为4倍体积的泥浆。

我们在工作井周围放置一个存泥箱,用于存放泥浆,并同时进行泥浆的二级沉淀处理,沉淀后的处理水又作为泥水打入机具的泥仓中重复使用,沉淀后的泥浆通过泥浆罐车运至指定的弃土场。

7膨润土泥浆的压注与置换

顶力控制的关键是最大限度的降低顶进阻力,而降低顶进阻力最有效的方法是注入膨润土泥浆。使之在管外壁与土层之间形成一个完整的环状泥浆润滑套,变原来的干摩擦状态为液体摩擦状态。这样就可以大大地减少顶进阻力。为达到这一目的,采取如下措施:

⑴、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、静切力、动切力、和动塑比。这些指标必须满足设计要求。

⑵、在管节制作时根据设计要求预埋压浆孔,安装注浆管时,每个预埋压浆孔里要设置单向阀。目的是防止注浆压力不够时管外壁的泥浆液倒流。

⑶、 触变泥浆的配制、搅拌、静置时间,都必须按照膨润土的特性要求执行。一般膨润土润滑浆的配制按如下比例进行,根据实际试拌情况再行调整:

膨润土

纯碱

CMC

稠度

400

850

6

2.5

12-14

泥浆的拌制要均匀。首先将定量的水放入拌和桶内,开动拌和机徐徐投入膨润土,拌和2-3min,静置片刻,再搅拌7-8min,即成泥浆,制成的泥浆排放入贮浆池内贮存24h,使膨润土、水、碱发生置换作用,形成稳定性良好,且有一定粘度的泥浆,使用时用注浆泵通过连接注浆孔的管道注入管道外围。

为了防止贮浆池内泥浆离析,间歇地对贮浆池内泥浆进行搅拌。

⑷、泥浆的压注方法

切削土壤的刀盘压力可按塔萨基公式计算。在顶进第一节管节时,即可把正面土压力调整到最佳值。具体调定值根据沉降测量反馈数据确定,并上报监理工程师。

为了使触变泥浆套的压力在停注后不能过快降低,在工作井内注浆总管上设置单向阀,不使其回浆。泥浆的压注采用在顶管机压浆、管节、中继站等处连续补浆的方法。对顶管机压浆要与顶进同步,以迅速在管道外围空隙形成粘度高、稳定性好的膨润土泥浆套。

从机头后第一节管至管道最后一节管,每隔2m安置一圈压浆管道,每个压浆孔上安装一只1寸球阀,由橡胶软管与压浆总管相连。压浆总管是一根2寸白铁管,连接压浆泵。在搅拌筒内按一定比例兑水充分拌制,储放24小时后方可使用。

压浆按三类,分别控制:

①、机尾同步压浆:以形成原始浆套,填充固有间隙。单边间隙为12.5MM。

②、沿线压浆:以补充管道不直形成的沿线浆套缺损。

③、定点压浆:根据沉降测量反馈数据,对沉降过大处补偿性压浆,以支承地表荷载。

⑸、注浆设备的选用

在顶进中,选用螺杆式注浆泵。

⑹、泥浆的置换

全段管道顶进完成后,立即用水泥浆将润滑泥浆置换出来,以确保管道外围土体有足够的支撑和减少渗漏水。

8顶进监控

控制好顶进方向,确保按设计管道轴线顶进是顶管施工中的核心问题,因此本工程的测量按照公司施工测量放样复核管理办法执行。具体如下:

顶管前,先根据领桩点,放出本工程的平面控制点及临时水准点,经三级放线和复核后方可使用。

在工作井设置管道轴线控制桩和临时水准点、工作井护桩,以便复核顶管轴线和工作井位置是否移动。开顶前,准确测量顶管机中心的轴线和标高偏差,并作好原始记录。

在机具内,要安装倾斜仪传感器,操作者可以随时得到机头的水平状态,控制刀盘的旋转方向和纠偏。本项目顶管采用激光全站仪来监控顶进方向。

基坑的导轨尽可能延长至井壁洞口附近。导轨要有足够的刚度,且安装焊接牢固。安装后的导轨轴线和标高误差小于2mm;主顶油缸和后座的安装也要满足牢固的要求,其水平和垂直误差小于10mm。

9测量与纠偏

⑴、顶管测量:采用全站仪和水准仪等仪器。

①、开始顶第一节管子时,每次顶进20~50cm,正常顶进时,每次顶进1m。校正时,每出土一次测量一次。

②、中心线测量:首先在地面用经纬仪确定顶管方向桩,然后在工作坑边的两方向桩上挂小线,其上吊2个垂球到工作坑底部,在工作坑中用激光水准仪照准两垂球,读前端的中心尺刻度,若与中心缓缓进行,使管子逐渐复位,不得猛纠尺的中心刻度相重合,说明其方向准确,否则其差值即为偏差值。

③、高程测量:在工作坑内引设水准点,停止顶进,将激光水准仪支设在顶铁上,测量前端管底高程。

⑵、顶管偏差的校正

顶进中发现与管位偏差10mm左右,即应进行校正。

①、穿墙各纠偏阶段要求每顶进10cm~30cm左右测量一次。

②、顶管机纠偏应顶进过程中进行,绘制顶管机测点行进轨迹曲线图来指导纠偏,管轴线偏差不允许大起大落。

③、纠偏控制由纠偏千斤顶进行,顶管机共有纠偏千斤顶四个,纠偏角度为2.5度,能上下左右四个方位纠偏。一般情况下每次纠偏角度不大于0.5度,以适当的曲率半径逐步回到轴线上来,做到精心施工。

④、纠偏由激光经纬仪发出的激光束照射在位于钻掘系统的光靶上。根据测得的偏斜数据,操纵液体纠偏系统,使掘进系统前部铰接的机头产生偏摆,从面实现铺管方向的调节。纠偏分四步进行,如下图


10顶管施工中应注意的问题

针对本工程的特点和难点,除了注意顶管机具的选择以外,我们还将注意在顶管施工过程中对一些容易出问题的环节上作好的预防和监控,具体作法主要有以下几点:

⑴、密切注意主顶油泵压力的变化,随时作好记录,当发现压力突然上升和下降时,立即停止顶进,查明原因后再行顶进。

⑵、顶进要连续进行,不得长时间停歇。

⑶、刚开始顶进出洞时就应连续注浆,不能因为初期顶力较小而不注浆,导致注浆孔被泥土塞满无法形成均匀的泥浆套。

⑷、停止顶进时,一定要使挖掘面保持一定的压力,防止长时间停歇造成漏水或土层中泥水流失,尤其是出洞时,更应注意这个问题。

⑸、在掘进过程中,还要注意挖掘面稳定与否,泥水的浓度和比重是否正常,进出泥浆是否正常,防止排泥流量过小或由于粉砂含量过大而造成泥砂在管道中沉积影响正常顶进。当遇到砂含量增高时,可以适当调整泥浆比例。

⑹、对于阶地、坳沟交界部位的顶管施工,由于土层性质差异较大,顶管施工中遇阻力亦不相同,施工时要严格监测控制机头前的压力,必要时可对软弱一侧进行注浆加固。

⑺、顶管线路均处于城区主干道的中间绿化带内,顶管作业过程中,应加强对路面沉降的监测,一旦出现异常情况,应及时向上级领导反映,并及时进行注浆处理。

⑻、由于顶管线路较长,通风是一个不容忽视的问题,本工程采用鼓风机进行通风,选用空压机。在施工人员下井前必须先通风10分钟,并利用仪器对有害气体进行检测。

 

 

 

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