頂管施工關(guān)鍵技術(shù)

1、1 .工程概況百色市新興路位于老城區(qū)，交通繁忙，地下管線復(fù)雜。新興 路改造工程126fl0雙排排水涵位于K + 5i3-lC1 + 32璐段，總長(zhǎng)約 88o m;最大埋深12 m,最小埋深8 m;該涵采用并排布置的兩條 DNsoo 級(jí)鋼承口鋼筋混凝土管，兩條涵管中心距離為5. 72 m,管外壁間距為 m;管內(nèi)徑2.rri,管壁厚Q, 2fi m,管底縱坡1. 02 0/o;按照設(shè)計(jì)圖紙分 4個(gè)頂程，平均每段頂進(jìn)長(zhǎng)度約22 me管道沿線地下水豐富、地層主 要為淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、沙質(zhì)粉土、細(xì)砂、卵石、砂巖和泥巖等。2 .施工工藝流程合理、先進(jìn)的施工工藝是保證施工質(zhì)量的前提條件。泥水平衡式頂管施工工藝

2、流程如圖1所示。圖生頂管施工工藝流程圖3 .頂力的確定與調(diào)控頂力是整個(gè)頂管施工的重要技術(shù)參數(shù)。影響頂力大小的因素有頂進(jìn)工具管迎面的阻力和摩阻力。由 于受項(xiàng)進(jìn)管沿線土質(zhì)不均勻且隨機(jī)變化，管道埋深、管徑大小，以及 管道與土體之間的接觸力等因素影響，精準(zhǔn)的確定項(xiàng)力是無法做到 的。根據(jù)國內(nèi)外的文獻(xiàn)，按理論公式計(jì)算得到的項(xiàng)力因公式引入很多 假定且未考慮設(shè)置觸變泥漿潤(rùn)滑等影響而使計(jì)算頂力值偏大，且按經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算得到的頂力因公式是根據(jù)實(shí)際工程一些測(cè)試資料得到的 而具有很大的局限性。在新興路排水涵頂管施工中，我們?cè)诔浞至私?管道沿線土質(zhì)、管道埋深、管徑等因素的基礎(chǔ)上，采用修正后的頂力計(jì)算公式來計(jì)算并調(diào)控項(xiàng)力，

3、特別是在工程施工后期，我們直接根據(jù)實(shí)測(cè)頂力資料，采用分段函數(shù)數(shù)值模擬的頂力計(jì)算經(jīng)驗(yàn)公式來確定并 調(diào)控頂力，使頂管施工得以順利進(jìn)行。修正后的項(xiàng)力計(jì)算公式：尸霖力D）粵（1+K2）Z.眾月個(gè)-下尸L一縣。（:十 xo+JW門.丁汁L+Pa（1）Yz 廠 1。二，了_二D, t,.其中:八一 y（H號(hào)廠、一 sirs）' 7t式中:P一計(jì)算的總頂力（kIV）;廠一頂進(jìn)時(shí)，管道表面與其周圍土層間的摩擦系數(shù)；y管道所處土層的天然容重（Irrr);D,一管道的外徑(rn);F一靜止土壓力系數(shù)；r一松弛層高度(m);W一管道單位長(zhǎng)度自(加)；L一管道的計(jì)算項(xiàng)進(jìn)長(zhǎng)度(m);P6頂進(jìn)時(shí)，工具管的迎面阻力

4、(kN);管道頂部以上覆土層厚度(m;管道所處土層的內(nèi)摩擦角(”)。4中繼間的設(shè)置與密封在理論上講，只要頂力足夠大，就可以頂出無限長(zhǎng)的管道；但是,頂力并不是越大越好，因?yàn)槭芙ㄖ牧暇窒扌缘挠绊?，過大的頂力會(huì) 使管節(jié)產(chǎn)生裂紋甚至損壞，并且，也會(huì)對(duì)后座提出更高的技術(shù)要求而 增加成本，甚至后背會(huì)被頂彎。中繼間的設(shè)置原則是技術(shù)上可行、經(jīng) 濟(jì)上合理。一般而言，在下列情況下必須設(shè)置中繼間：()總頂力超過了主頂千斤項(xiàng)的最大項(xiàng)力；(2)總頂力超過了管節(jié)的容許頂力；(3)總頂力超過了后背的容許頂力。一般來說，主頂千斤頂所能頂推的最大長(zhǎng)度按主頂千斤頂最大設(shè) 計(jì)頂力的80%計(jì)算;第一個(gè)中繼間設(shè)置的位置按中繼環(huán)設(shè)計(jì)頂

5、力的fi0%計(jì)算，其余中繼間按印計(jì)算。新興路計(jì)算總頂力i 1 4$3 kN然而, 頂管施工主頂千斤項(xiàng)采用6只2 Oa kN的雙沖程等推力油缸，行程3 OQQ mm,總項(xiàng)力 fl kN釗、于管節(jié)的容許項(xiàng)力及計(jì)算總頂力)，因 此，在頂進(jìn)過程中置中繼間若干。由于工作并的設(shè)計(jì)容許最大頂力為8 OOd kN,因此，當(dāng)頂力8 000 kN時(shí)必須設(shè)置中繼間。第一個(gè)中繼 間的安裝位置按式2確定。,(尸一 Po ) .rc2一言一 r r八，rrtcl式中:t,一第一個(gè)中繼間距頂管機(jī)頭的距離；K,一工作系數(shù)，一般取D. ;R管節(jié)半徑(rn);f一管節(jié)單位面積摩阻力；尸一中繼間設(shè)計(jì)頂力；a一工具管迎面阻力。中繼間

6、的設(shè)置間距按式3確定。=P'K2(3)2R f 'a式中:K一工作系數(shù)，一般取。，7八-.氏其余同上。在實(shí)際施工中，中繼間的安裝時(shí)機(jī)很重要，應(yīng)根據(jù)實(shí)際頂力隨時(shí)調(diào)整中繼間的設(shè)置距離。由于中繼間啟動(dòng)伸縮次數(shù)比較多，因 此，密封圈極易磨損失效而發(fā)生漏水、漏泥漿等現(xiàn)象，甚至發(fā)生事故， 給工程帶來嚴(yán)重后果。為此，新興路頂管施工采用徑向密封圈形式， 并設(shè)兩道密封圈。在兩道密封圈之間設(shè)置4只可以壓注潤(rùn)滑油脂的油 嘴，以減輕頂進(jìn)時(shí)密封圈的磨損，同時(shí)，還設(shè)置了 4只注漿孔，項(xiàng)進(jìn) 時(shí)可以同步進(jìn)行壓漿，以減小頂進(jìn)阻力。至頂管施工結(jié)束時(shí)，沒有一 個(gè)中繼間發(fā)生漏水現(xiàn)象。5頂進(jìn)速度頂進(jìn)速度是頂管施工中一個(gè)

7、重要的管理參數(shù)。 頂進(jìn)速度必須與注 漿減摩能力、進(jìn)排泥能力相協(xié)調(diào)，同時(shí)，要密切觀測(cè)地表變形情況。 頂進(jìn)速度過快會(huì)造成因機(jī)頭對(duì)土的擠壓力增大而使地表隆起，以及因超過排泥泵的能力而引起阻塞等現(xiàn)象的產(chǎn)生；頂進(jìn)速度過慢不僅會(huì)造 成工期延誤，還會(huì)造成管節(jié)外圍地層損失增大而增加地表 iIL陷量等。 一般而言，正常頂進(jìn)條件下，頂進(jìn)速度以 2.53. 5 cm Imin為宜;如正 面遇到障礙物或地基加固土，頂進(jìn)速度應(yīng)（ cmmn。在新興路我們平 均頂進(jìn)速度為. l cm加in。在頂進(jìn)過程中，還應(yīng)注意以下問題：（均在開始頂進(jìn)和結(jié)束頂進(jìn)時(shí)，頂進(jìn)速度都應(yīng) 慢些；t2）在一節(jié)管頂進(jìn)過程中頂進(jìn)速度應(yīng)基本保持穩(wěn)定。 且在

8、開始頂進(jìn) 時(shí)應(yīng)均勻加速，避免突然加速過快；f3）頂進(jìn)速度必須滿足注槳減摩及進(jìn)排泥的需要， 避免因過快而注 漿不足，徒增頂進(jìn)阻力，避免因過快而造成排泥管堵塞；f 4）頂進(jìn)過程中應(yīng)避免停頓。6方向糾偏在項(xiàng)進(jìn)過程中，因土質(zhì)不均勻，且?guī)в须S機(jī)性；因機(jī)械原因，比如頂力不均勻等；因操作失誤等原因的影響，頂進(jìn)方向都會(huì)偏離預(yù)定 軸線，從而出現(xiàn)“抬頭”、“磕頭”，以及左偏、右偏等情形。因此， 糾偏是管道頂進(jìn)過程中必不可少的一項(xiàng)工作內(nèi)容。糾偏有垂直糾偏和水平方向糾偏兩種。不管是水平糾偏。還是垂直糾偏，都會(huì)引起地層 的損失而導(dǎo)致地層隆起和沉降，特別是糾偏的角度大時(shí)這種隆起或沉 降更加明顯。因此，糾偏應(yīng)遵循，密切注意

9、，及時(shí)糾，小角度”的 原則，并注意以下幾點(diǎn)：(1)當(dāng)頂進(jìn)機(jī)頭尚未全部進(jìn)洞時(shí)，若偏差在± 2 cm以內(nèi)，則不必 進(jìn)行糾偏，待全部進(jìn)洞后再觀察確定；反之,若士2 cm,則應(yīng)立即停 止頂進(jìn)，采取措施進(jìn)行偏移調(diào)整。(,)當(dāng)項(xiàng)進(jìn)機(jī)頭全部進(jìn)洞后，若偏差 1 cm則必須及時(shí)進(jìn)行糾偏。 左右方向偏差控制在f 5 mm以內(nèi)，垂直方向偏差控制在 1 10 rrm以內(nèi)。(3)頂進(jìn)過程中，應(yīng)盡量避免。5。的大動(dòng)作糾偏，如不得已時(shí)， 應(yīng)爭(zhēng)取在非重要路段進(jìn)行。在糾偏動(dòng)作后如無折角改變則應(yīng)立即停 頂，并會(huì)同電工、機(jī)修工檢查電路和液壓管路，盡早排除故障，嚴(yán)防 軸線超差。(4順進(jìn)時(shí)，機(jī)頭在刀盤及螺旋機(jī)的作用下會(huì)發(fā)生旋

10、轉(zhuǎn)， 而機(jī)頭的 旋轉(zhuǎn)尤其是偏角過大時(shí)會(huì)對(duì)項(xiàng)進(jìn)造成不良影響 ；為此，必須在機(jī)頭前 方筒的水平二側(cè)焊翼板，長(zhǎng)I為1,8m,寬b為3d mm,厚d為5 rrm ,以防止旋轉(zhuǎn)。對(duì)機(jī)頭的旋轉(zhuǎn)主要采用加壓重塊的方法， 在機(jī)頭二側(cè)焊 壓鐵支架，在二側(cè)先平均放壓鐵，共500 kN, 一旦發(fā)現(xiàn)機(jī)頭有微小偏 轉(zhuǎn)，立即將壓鐵移到另一側(cè)。7觸變泥漿減摩頂進(jìn)阻力是影響項(xiàng)管頂進(jìn)的最大障礙。在頂管施工中，在一定土 質(zhì)和管徑的前提下，頂管的迎面阻力可看作一定值，而沿線管道所受 的摩阻力則隨著頂進(jìn)長(zhǎng)度的增加而增大。在土正向壓力不變的前提 下，管道外壁摩擦力的大小由摩擦系數(shù)確定。因此，減小摩擦力的主 要任務(wù)就是降低管道外壁摩擦系

11、數(shù)。對(duì)泥水平衡頂管施工來說，降低 管道摩擦系數(shù)主要由膨潤(rùn)土觸變泥槳來實(shí)現(xiàn)，主要措施有以下幾方 面：7.1 配置性能合適的觸變泥漿觸變泥槳應(yīng)滿足3個(gè)基本指標(biāo):(3 )觸變時(shí)流動(dòng)性好；(2?造壁能力 好;(3)固化性好。為此，泥漿的比重應(yīng)控制在一定的范圍內(nèi)，并且最 好選用鈉基膨潤(rùn)土，必要時(shí)摻加外加劑改善性能。新興路頂管施工觸 變泥槳配比及性能指標(biāo)見表1。施工過程中，膨潤(rùn)土泥漿攪拌時(shí)間必 須X30 min,經(jīng)過充分?jǐn)嚢璧哪酀{抽入儲(chǔ)漿箱進(jìn)行發(fā)酵，發(fā)酵時(shí)間丈fih , 且滬24 ho經(jīng)過充分發(fā)酵的觸變泥漿在壓入管道前必須再次進(jìn)行充分 攪拌，以保證其流劫性好，減小壓漿管道阻尼。酉己 方膨潤(rùn)土純堿CMC漏斗

12、粘度(S)視粘度CP失水 量 (ml)終切力(達(dá)因/mm3)比重膝15%0.6%0.2%42'32.561501.073膝12%0.4%0.15%36，30.591301.0637.2 布設(shè)合理的注槳孔合理布設(shè)注漿孔是保證頂進(jìn)施工中管道外壁能形成減摩槳套的 重要舉措之一。孔位應(yīng)對(duì)稱或均勻布置，這樣能有利于形成泥漿套。 7.3環(huán)狀注漿空I' all尺寸環(huán)狀注槳空間要足夠大，這樣才能形成泥漿套。一般來說，環(huán)徑 長(zhǎng)20 mrn,新興路頂管本工程環(huán)徑為 5q mmo7.4同步注漿，及時(shí)補(bǔ)漿新興路采用機(jī)頭同步注漿和管道補(bǔ)漿的注漿方案。做法是 ：在機(jī)頭 后連續(xù)4根頂管上都裝有注漿管，使其形

13、成一個(gè)注漿站，保證從前端 一開始就形成完整的漿套，向后每隔2根管設(shè)一個(gè)補(bǔ)槳斷面，共4個(gè) 注漿孔）進(jìn)行補(bǔ)漿，每班不少于2次循環(huán)，定量壓注。注漿要遵守“先 壓后頂，隨頂隨壓”的原則，補(bǔ)漿貝1遵循“由后往前，全線，平均” 的原則。另外，值得注意的是：在頂管結(jié)束后，必須立即用水泥漿置 換掉膨潤(rùn)土泥漿，以確保管道外圍土體有足夠的支承和減少漏水，并且，必須在水泥漿凝結(jié)后才能拆除管路。水泥漿的技術(shù)參數(shù)為：水灰比0. 4, P=o, 2-.-0. nrnao8泥水系統(tǒng)新興路泥水平衡式頂管施工中泥水系統(tǒng)采用 Telemole管路系統(tǒng)。 本系統(tǒng)設(shè)置2臺(tái)同型號(hào)的渣漿泵，渣漿泵型號(hào)為4 /3C-AH,電機(jī)功 率為15

14、 lcW流量90耐小，揚(yáng)程21.8 rn。一臺(tái)放置在地面上，為進(jìn)泥泵;另一臺(tái)放在基坑里，為排泥泵。泥水管路采用無縫鋼管，管節(jié)接頭為卡箍式活絡(luò)接頭，同時(shí)，還設(shè)有旁通裝置。在泥水處理中，必須注意以下幾占.八、(1)渣漿泵應(yīng)采用同一型號(hào)的泵，以便必要時(shí)對(duì)調(diào)使用。(2)必須控制好進(jìn)排泥泵的流速，以確保泥水倉應(yīng)有的壓力，挖掘面上的泥水壓力應(yīng)比地下水壓力高怕 2。kPa并且，過慢的流速容易導(dǎo)致泥渣沉淀而阻塞管路。泥水流速應(yīng)大于臨界流速。臨界流速按式4計(jì)算：vz=; :、/2解呸于aY 口(4)式中:Y-臨界流速；L由粒徑與泥水濃度決定的系數(shù)，查表確定，g一重力加速度；d一排泥管內(nèi)徑；G：固體顆粒的容重；L

15、泥水相對(duì)密度。對(duì)管徑為5Q-.250 mm的排泥管來說，臨界速度在 1 .s-3. a rns 之間。(3疫根據(jù)不周的土質(zhì)采用相對(duì)密度不同的泥水，以保證挖掘 面穩(wěn)定。基坑旁通裝置在管路安裝完畢或停止掘進(jìn)時(shí)必須進(jìn)行內(nèi)循環(huán)，在正常掘進(jìn)時(shí)進(jìn)行正向流動(dòng)循環(huán)， 在管路堵塞時(shí)進(jìn)行逆向流動(dòng)循 環(huán)。9洞口止水洞口止水圈安裝要可靠，尤其在機(jī)頭出并這一階段要防止止 水圈漏水，以免造成掘進(jìn)工作面的壓力不平衡而失穩(wěn)。若洞口漏水， 過多的泥土流出會(huì)造成機(jī)頭下沉， 使糾偏困難，在頂進(jìn)過程中也會(huì)增 加阻力，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成項(xiàng)管失敗。在新興路頂管工程中，我們?cè)诙纯?外側(cè)設(shè)置了鋼封門。鋼封門采用s梢鋼，密排布置；在洞內(nèi)側(cè)，先制 作鋼筋混凝土墻，再砌磚墻。頂進(jìn)開門時(shí)，用風(fēng)鎬破除鋼筋混凝土墻 和磚墻，不留隱患。工作井洞口止水密封裝置為橡膠止水法蘭。該裝 置必須與導(dǎo)軌上管道保持同一高度，誤差筍o rrrn。在橡膠止水法蘭 之前必須預(yù)埋注漿孔，以便壓注觸變泥漿。1Q實(shí)際工程效果新興路頂管工程