泥水平衡頂管施工工法

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1、泥水平衡頂管穿越施工工法馮大永倪宏源曾士偉歷明馬鵬程1.前言隨著管道建設(shè)的發(fā)展，管道在穿越高速公路、鐵路、建筑物等特殊地段時(shí)，傳統(tǒng)的人工掏土頂管施工，因易坍塌、效率低、受周邊環(huán)境制約等缺點(diǎn)越來越不適合于現(xiàn)場施工，泥水平衡頂管施工屬于機(jī)械化、長距離頂進(jìn)施工技術(shù)，在我國近年來逐步得到推廣和應(yīng)用，泥水平衡頂管施工則切實(shí)解決了施工中受地形限制、頂管長度限制、施工安全、環(huán)境污染等傳統(tǒng)頂管存在的各項(xiàng)問題。本工法對(duì)施工技術(shù)操作要求較高，主要體現(xiàn)在對(duì)頂管設(shè)備操作、排泥系統(tǒng)的操作、注漿系統(tǒng)的操作都比較嚴(yán)格。泥水平衡頂管的主要設(shè)備有：泥水平衡

2、頂管機(jī)、主頂設(shè)備、測量設(shè)備、電氣控制系統(tǒng)、泥水處理設(shè)備、壓漿系統(tǒng)等。2.工法特點(diǎn)2.1該工法層次清楚，操作簡便，運(yùn)行可靠，便于掌握，可以對(duì)復(fù)雜的地下情況作出快速反應(yīng)。2.2頂管在地面操作，安全、直觀、方便。2.3適用土質(zhì)范圍廣，軟土、粘土、砂土、砂礫土、硬土均可適用。2.2施工精度高，上、下、左、右可糾偏，最大糾偏角度達(dá)2.5°，并可作較長距離頂進(jìn)。2.3對(duì)管體周圍的土體擾動(dòng)較小，地面沉降小，道路交通及構(gòu)筑物相對(duì)安全。2.4操作坑內(nèi)施工環(huán)境較好，采用泥水輸送棄土，沒有吊土、搬運(yùn)土方，施工無安全風(fēng)險(xiǎn)。2.5施工噪音小，對(duì)周圍

3、的環(huán)境影響小。3.適用范圍泥水平衡頂管施工工法適用于各種粘土、粉土、砂土和滲透系數(shù)較大的砂卵石，也適應(yīng)強(qiáng)風(fēng)化巖等惡劣地質(zhì)條件下的石油管道、室外給水、排水、電力及其它適用于頂管施工的管道工程。由于泥水平衡頂管頂距長，只要控制好降水措施，就能很好控制地面隆沉、施工安全等特點(diǎn)，并可適用于各類復(fù)雜地質(zhì)條件，因此像穿越重要公路、鐵路、建筑物等特殊工程地段、穿越砂層、淤泥質(zhì)土等特殊地質(zhì)構(gòu)造地段應(yīng)用泥水平衡頂管施工工法，可達(dá)到良好的效果。4.工藝原理泥水平衡式頂管機(jī)是利用泥水壓力來平衡頂進(jìn)工作面上的水壓力和土壓力，采用機(jī)械掘進(jìn)技術(shù)。工藝

4、原理為：當(dāng)接通機(jī)頭刀盤電動(dòng)機(jī)的電源開關(guān)時(shí)，刀盤就被驅(qū)動(dòng)并以均勻速度對(duì)土體進(jìn)行切削，刀盤可以根據(jù)土壓自動(dòng)前后移動(dòng)，在頂進(jìn)中起機(jī)械支撐開挖面的作用，維持挖掘面的土壓。通過刀盤切削，將相當(dāng)于管子頂入土壤同體積的泥土進(jìn)入泥水倉，土將相當(dāng)于管子頂入土壤同體積的泥土進(jìn)入機(jī)頭泥水倉內(nèi)，由供水管向泥水倉內(nèi)供水，泥土在泥水倉內(nèi)與泥水混合成泥漿后，再由排泥管道排到泥漿池，泥漿經(jīng)沉淀或分離后泥水可重復(fù)利用，殘?jiān)膺\(yùn)；掘進(jìn)過程通過調(diào)節(jié)循環(huán)水壓力用以平衡地下水壓力。在切土、排泥時(shí)同步采用等壓油缸持續(xù)頂進(jìn)套管，同時(shí)通過機(jī)頭內(nèi)設(shè)置的4處糾偏油缸進(jìn)行糾偏

5、，在頂進(jìn)過程中，加注觸變泥漿填充管道周圍的空隙，形成一道泥漿保護(hù)套，起到支撐地層，減少地面沉降，減少頂進(jìn)阻力的作用。5.施工工藝流程及操作要點(diǎn)5.1施工工藝流程，見圖5.1-1。測量放線工作坑施工后背墻施工導(dǎo)軌安裝主頂油缸安裝頂管設(shè)備就位套管就位頂進(jìn)施工頂進(jìn)完成送水、排泥設(shè)備調(diào)試機(jī)頭出洞泥漿處理地貌恢復(fù)圖5.1-1施工工藝流程圖5.2操作要點(diǎn)5.2.1施工準(zhǔn)備5.2.1.1施工前熟悉施工圖紙，掌握穿越沿線的地形、地貌、建筑物、各種管線及設(shè)施情況，掌握穿越深度、穿越地質(zhì)結(jié)構(gòu)情況。5.2.1.2編制施工方案，施工技術(shù)負(fù)責(zé)人對(duì)施

6、工人員進(jìn)行安全、質(zhì)量、技術(shù)交底工作。5.2.1.3施工前對(duì)頂管機(jī)、發(fā)電機(jī)、千斤頂?shù)仁┕C(jī)具、設(shè)備進(jìn)行檢修。5.2.1.4頂管用鋼筋混凝土套管施工前進(jìn)行復(fù)檢，強(qiáng)度必須滿足設(shè)計(jì)及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。5.2.1.5施工前根據(jù)施工現(xiàn)場地形地貌情況，在靠近工作坑選擇合適位置開挖泥漿池，用于安裝泥漿分離系統(tǒng)和注漿系統(tǒng)，泥漿池規(guī)格為10m*8m，泥漿池大小根據(jù)頂管施工的具體情況進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。5.2.1.6施工前制作警示標(biāo)牌，在頂管工作坑及泥漿池四周設(shè)置警示帶警示。5.2.2頂力計(jì)算??推力的理論計(jì)算：（以Φ1800mm計(jì)算）???F=F1十f

7、2???其中F—總推力???????Fl一迎面阻力???F2—頂進(jìn)阻力?F1＝π*(D/2)2*P?(D—管外徑1.8m?P—控制土壓力)???P＝Ko*γ*Ho???式中Ko—靜止土壓力系數(shù)，一般取0.55???????Ho—地面至掘進(jìn)機(jī)中心的厚度，取最大值5m???????γ—土的濕重量，取1.9t/m3???P＝0.55*1.9*5＝5.255t/m2???F1=3.14*0.9*0.9*5.255＝13.365t?F2＝πD*f*L???式中f一管外表面平均（根據(jù)頂進(jìn)距離平均沙礫土）綜合摩阻力，取0.8t/m2??

8、?D—管外徑1.8m???L—頂距???F2＝3.14*1.8*0.8*80＝361.7t。因此，總推力F=13.365+361.7＝375.065t。主頂油缸選用2臺(tái)300t級(jí)油缸。每只油缸頂力控制在240t以下，這可以通過油泵壓力來控制，千斤頂總推力480t。主頂油缸采用雙行程（3m）油缸，可有避免