土壓平衡頂管幻燈片-2課件

1、盾構(gòu)式土壓平衡施工方案北京通成達水務建設(shè)有限公司目錄一、高程概況二、編制依據(jù)三、工程特點、工程地質(zhì)概況四、工程水文地質(zhì)評價六、土壓平衡盾構(gòu)頂管機施工介紹七、頂管施工過程中應注意的問題五、非開挖技術(shù)及頂管機簡介一、工程概況 10號口門供水工程施工第二標段：合同編號PDSJ-2012/10/SG-02，位于平頂山葉縣境內(nèi)，起點為葉邑鎮(zhèn)與龍泉鄉(xiāng)的分界點、干線樁號10+105.027處，終點為平頂山與漯河市界河干江河西北岸龍泉鄉(xiāng)王樓村、干線樁號20+950.000處。 本標段中從樁號18+835.355開始至18+935.355為穿焦桐高速頂管段，頂管長度95m，砼套管DN3200，內(nèi)穿SP管DN26

2、00，回填自密實砼。 二、編制依據(jù)1、南水北調(diào)平頂山配套工程10號口門供水工程施工第二標段招標文件 2、10號分水口門供水工程施工10-2標穿越公路工程施工圖； 3、南水北調(diào)中線一期北京PCCP管道工程施工質(zhì)量評定驗收標準（NSBD3-2006）； 4、給排水管道工程施工及驗收規(guī)范GB50268-2008； 5、頂管施工規(guī)程DG/TJ08-2049-2008； 6、頂管施工技術(shù)及驗收規(guī)范（試行）三、工程特點、工程地質(zhì)概況1、工程特點（1）本工程為地下作業(yè)，且開挖較深（7.5-10m），要恰當選擇工作坑位置，注意安全。（2）施工工期緊，施工中要做好各工序的交叉作業(yè)，嚴格按照計劃組織施工。（3）本

3、工程地下掏挖作業(yè)，危險性大，且材料均做垂直運輸，需加強安全教育和安全巡視工作。（4）地下作業(yè)對中線控制較難，因此應加強測量工作，頂進時每節(jié)管子測量一次，確保全線貫通。 (5) 本工程地下水位高（施工底高程74.51，水位高程78.9m），且高速管理部門不允許施工降水。（6）頂管位置（管頂區(qū)）有一層松散塊狀石（厚度約1.6m），不利于掏挖施工。2、工程地質(zhì)概況焦桐高速位于葉縣齊莊西南約800m，樁號18+060左右，交通較便利。地貌單元為崗地，地勢西高東低，地形起伏較大，沖溝發(fā)育。道路附近地面高程81.8-82.2m，道路地面高程81.4-81.8m，路面寬約27m，施工場地開闊。根據(jù)地層時代，

4、巖性及空間發(fā)布特性，將建筑物場區(qū)地層劃分為3層，分別為：低液限粘土（alQ41）低液限粘土（alQ3）粘土巖（N1L）。四、工程水文地質(zhì)評價 場區(qū)地質(zhì)結(jié)構(gòu)為土、巖雙層結(jié)構(gòu)。建基面主要位于第低液限粘土（alQ3）中，開挖邊坡高于6m，存在臨時邊坡穩(wěn)定問題，建議低液粘性土開挖邊坡為1：1-1：1.5，勘察期間場區(qū)地下水埋深1.2-1.3m，水位高程80.3-80.8m，建基面位于地下水以下，存在施工降排水問題，建議采取相應的降水措施。第低液限粘土（alQ3）含少量鈣質(zhì)結(jié)構(gòu)，如采用頂管施工，對施工有一定影響，場區(qū)低液限粘性土為普通土（類）、粘土巖為硬土（類）。場區(qū)粘性土屬弱透水性粘土巖屬弱-中等透水

5、性。 場區(qū)地下水對混凝土中鋼筋具弱腐蝕性，對混凝土無腐蝕性，對鋼筋具弱腐蝕性。場區(qū)對混凝土及鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)具微腐蝕性，對鋼結(jié)構(gòu)腐蝕等級為強弱腐蝕性。地質(zhì)、水文地質(zhì)、水文在78.677.0m之間為粘土巖（裂漿石）地下水位約在高程78.9m五、非開挖技術(shù)及頂管機簡介土壓盾構(gòu)平衡頂管施工優(yōu)點 土壓平衡盾構(gòu)式頂管突出的優(yōu)點：（1）適用的土質(zhì)范圍比較廣，如在地下水壓力很高，以及土層變化范圍較大的條件下，它都適用。（2）通過可編邏輯程序控制器及各類傳感器等隨時監(jiān)測施工狀況，確定施工參數(shù)，使整個施工過程處于受控狀態(tài)，從而有效控制矩形隧道頂進軸線、轉(zhuǎn)角偏差及地面沉降。（3）與其他類型的頂管比較，土壓盾構(gòu)頂管施

6、工時的總推力比較小，尤其在粘土層這種表現(xiàn)得更為突出，所以特別適用于長距離頂管。（4）工作坑內(nèi)的作業(yè)環(huán)境較好，作業(yè)比較安全，由于它采用機械掏土，輸送棄土，為連續(xù)作業(yè)，因此進度比較快。頂管機技術(shù)參數(shù)：3780土壓平衡頂管機：機頭外徑3840mm，管道外徑3780mm，管道內(nèi)徑2600mm，機頭長5500mm，自重42t，機頭總功率190KW。土壓平衡盾構(gòu)機械頂管施工是市政管道鋪設(shè)的一項新技術(shù)，無需全線降水（僅工作坑位置降水），利用土壓平衡盾構(gòu)頂管機可對矩形斷面進行全斷面切削,保持土壓平衡，對周圍土體擾動小，施工時無噪音、無環(huán)境污染，通過可編邏輯程序控制器及各類傳感器等隨時監(jiān)測施工狀況，確定施工參數(shù)

7、，使整個施工過程處于受控狀態(tài)，從而有效控制矩形隧道頂進軸線、轉(zhuǎn)角偏差及地面沉降。土壓頂進速度快（平均頂進速度10米/天），它不僅適用于粘土，也適用于砂土、砂礫土或軟土，而且也適用于N值較大的硬土。它之所以有如此廣泛的適應性,是與它所具有的土體改善功能分不開的。即使在砂礫土中，它也能通過注入粘土等手段使原來的砂礫土變成塑性、流動性、止水性均較好的土，從而使本機正常工作并達到土壓平衡之功能。3、施工后地面沉降小。由于本機采用輻條式刀盤，沒有面板，其開口率達到90%，所以土倉所反映的土壓力與頂管機所處土層的土壓力相一致，不存在壓力差問題。因此是真正意義上的土壓平衡。所以，用本機進行頂管施工以后地面沉

8、降很小。六、土壓平衡盾構(gòu)頂管機施工介紹1、土壓平衡式盾構(gòu)頂管主要工作步驟測量放線工作井和接收井施工工作和接收井就位安裝滑道、設(shè)置后背安裝機頭、頂進設(shè)備停車回程、加接管道機頭就位、取機頭主管線穿越頂進測量回填測量糾偏六、土壓平衡盾構(gòu)頂管機施工介紹2、頂進過程 掘進機被主頂油缸向前推進，掘進機頭進入止水圈，穿過土層到達接收井，電動機提供能量，轉(zhuǎn)動切削刀盤，通過切削刀盤進入土層。挖掘的土質(zhì)、石塊等通過轉(zhuǎn)動的切削刀盤輸送至手推車，然后運送至地面上。在挖掘過程中，采用土壓平衡裝置來維持水土平衡，以至始終處于主動與被動土壓之間，達到消除地面的沉降和隆起的效果。掘進機完全進入土層以后，吊下第一節(jié)頂進管，它被

9、推到掘進機的尾套處，與掘進頭連接管頂進以后，挖掘終止、液壓慢慢收回，另一節(jié)管道又吊入井內(nèi)，套在第一節(jié)管道后方，連接在一起，重新頂進，這個過程不斷重復，直到所有管道被頂入土層完畢，完成一條永久性的地下管道。掘進機在掘進過程中，采用了激光導向控制系統(tǒng)。位于工作后方的激光經(jīng)緯儀發(fā)出激光束，調(diào)整好所需的標高及方向位置后，對準掘進機內(nèi)的定位光靶上，激光靶的影像被捕捉到機內(nèi)攝像機的影像內(nèi)，并輸送到挖掘系統(tǒng)的電腦顯示屏內(nèi)。操作者可以根據(jù)需要開啟位于掘進機內(nèi)置式油缸進行伸縮，為達到糾偏的目的，調(diào)整切削部分頭部上下左右高度。在整個掘進過程中，甚至可以獲得控制整個管道水平、垂直向5cm內(nèi)的偏離精度。六、土壓平衡盾

10、構(gòu)頂管機施工介紹六、土壓平衡盾構(gòu)頂管機施工介紹3、施工測量 頂管測量工具采用激光經(jīng)緯儀進行水平及中心線的測量，并用激光進行導向。激光經(jīng)緯儀可把管道前進方向顯示在頂管機靶盤上，通過攝像頭操作員可在操作臺上直接看見。在管道進入土層過程中，每頂進1節(jié)管道對激光經(jīng)緯儀進行一次校核。 六、土壓平衡盾構(gòu)頂管機施工介紹 4、頂力計算 本工程頂管單元長度根據(jù)設(shè)計圖紙的井室位置、地面運輸和開挖工作坑的條件、頂管需要的頂力、后背與管口可能承受的頂力等因素確定單元長度。本工程土質(zhì)參數(shù)基本相同，頂力計算時分不同管徑取最大管徑和最大單元長度進行計算。1、頂力的計算最大推力計算，采用經(jīng)驗公式，按最大頂距100米計算：F=

11、F1+F2上式中：F總推力； F1端阻力； F2側(cè)壁摩阻力；F1=/4D2P=1/43.143.7828.36=93.77t六、土壓平衡盾構(gòu)頂管機施工介紹 4、頂力計算 式中D管外徑；P控制土壓力；P=KoHo=0.551.98=8.36 t/m2式中：Ko靜止土壓力系數(shù)，一般取0.55 Ho地面至掘進機中心的高度，取值8m 土的重量，取1.9t/m3F2=DfL=3.143.780.85100=1008.88t式中：f管外表面綜合磨擦阻力，根據(jù)地質(zhì)勘察報告，取值0.82T/m2 D管外徑 L頂距六、土壓平衡盾構(gòu)頂管機施工介紹 4、頂力計算 F=F1+F2 =93.77+1008.88=110

12、2.65t （120070%=840t）計算結(jié)果表明，當管道一次頂進100m時，總頂力1102.65t大于主搞頂力1200t的70%，并且大于工作井后靠最大承載力（一般為5000KN，既500T），故應采取增加中繼間辦法減小頂力。六、土壓平衡盾構(gòu)頂管機施工介紹5、中繼間 中繼間原理:解決長距離頂管的頂力問題主要是考慮如何克服管壁外周的摩阻力。當頂進阻力即頂管掘進迎面阻力和管壁周圍摩擦阻力之和超過主千斤頂?shù)娜菰S總頂力或管節(jié)容許的極限壓力或工作井后靠土極限反推力，無法一次達到頂進距離要求時，應采用中繼接力頂進技術(shù)，實行分段使實施每段管道的頂力降低到允許頂力范圍內(nèi)。 采用中繼接力技術(shù)時，將管道分為數(shù)

13、段，在短與段之間設(shè)置中繼間。中繼間將管道分割成前后兩個部分，中繼油缸工作時，后面的管段為后座，前面的管段被推向前方。中繼間按先后逐個啟動，管道分段頂進由此達到見效頂力的目的。六、土壓平衡盾構(gòu)頂管機施工介紹5、中繼間 采用中繼接力技術(shù)后，管的頂進長度不在受后座頂力的限制，只要增加中繼間的數(shù)量，就可延長頂進的長度。中繼接力技術(shù)是長距離頂管不可缺少的技術(shù)措施。中繼間由前殼體、千斤頂及后殼體組成。前殼體與前接管連接，后殼體與后接管連接，前后殼體間為承插式連接，兩者間依靠橡膠止水帶密封，防止管道外水土和漿液倒流入管道內(nèi)，鋼殼體結(jié)構(gòu)進行精加工，保證其在使用過程中不發(fā)生變形。中繼間殼體外徑與管節(jié)外徑相同，可

14、減少土體擾動、地面沉降和頂進阻力。六、土壓平衡盾構(gòu)頂管機施工介紹5、中繼間 中繼間置數(shù)量及安裝位置中繼間安裝的數(shù)量及位置應通過頂力計算，中繼間的數(shù)量及其在頂進管段軸線上的位置應根據(jù)管道與土層的摩擦力計算來決定，設(shè)備的頂力使用應按設(shè)備頂力設(shè)計的70%-80%考慮儲備力，頂進時，當頂力達到中繼間設(shè)計推力的30%時（1102.65*0.3=330.79t），即需設(shè)置中繼間，當頂力達到中繼間設(shè)計推力的70%時，即需啟動中繼間，中繼間設(shè)計總推力F=500T。（由10只50T小千斤頂組成）。六、土壓平衡盾構(gòu)頂管機施工介紹6、頂管糾偏 初始頂進每1米測量一次，并做記錄。正常頂進時，每頂進3米測量一次，遇有糾

15、偏每1米測量一次，測量時要注意照射到機頭激光靶上的激光點和管道中心軸線的一致性，若出現(xiàn)偏差通知機手及時調(diào)整。測量人員分別繪制出管道中心及高程曲線圖，隨時預測機頭的前進趨勢。 不斷地觀察光靶上激光點的行走軌跡，如發(fā)生偏移大于20毫米，預測機頭又有向偏差大的方向發(fā)展的趨勢時，要采取糾偏措施。糾偏時開動糾偏千斤頂。糾偏時每1米測量一次，并做機頭和機尾的數(shù)據(jù)比較，有回歸趨勢時，保持一段頂進距離后，要停止糾偏，防止左右擺動。糾偏的原則是勤糾、微糾，每次糾偏量不要過大，而且要注意發(fā)展趨勢，當上下、左右均發(fā)生偏差時，先糾上下、后糾左右。六、土壓平衡盾構(gòu)頂管機施工介紹7、泥漿減阻減阻材料及工藝效果通過注漿工藝

16、來減小管材與土壤的摩擦阻力，能夠保證頂管的長距離施工。采用注漿工藝潤滑、減阻后可以使頂距提高40一70。減阻用的主要材料是膨潤土和水，輔助原料：如純堿、纖維素CMC、緩凝劑等。六、土壓平衡盾構(gòu)頂管機施工介紹7、 泥漿減阻泥漿漿液的拌制膨潤土泥漿的拌和時間一般為20至30分鐘。泥漿制備后，須靜置24小時方可使用，使其充分吸水，膨潤成膠體，使用比重計測其比重，掌握在1.15g/cm3為宜。注漿壓力注漿使用擠壓式注漿泵，注漿口壓力控制在0.130.22 MPa。視儲漿池內(nèi)觸變泥漿下降的速度及頂鎬壓力表讀數(shù)調(diào)節(jié)注漿壓力。 六、土壓平衡盾構(gòu)頂管機施工介紹7、泥漿減阻注漿工藝實施要點A、工作坑內(nèi)止水墻洞口

17、安裝止水圈，防止龍門口跑漏漿、防止地下水進入基坑。B、管材安放管節(jié)環(huán)間安設(shè)橡膠圈，機頭后要連續(xù)放置23節(jié)帶孔管，然后采用隔3節(jié)放1節(jié)注漿孔管。C、頂管注漿減阻能否大幅度減小阻力與注漿質(zhì)量、管道糾偏質(zhì)量、土質(zhì)特性、注漿管設(shè)計等有關(guān)，在施工中要綜合考慮。六、土壓平衡盾構(gòu)頂管機施工介紹7、 泥漿減阻注漿操作A、計劃注漿量，泥漿的厚度在管外徑圓周1cm左右乘以長度，按厚度的12倍考慮.B、注漿工作結(jié)束后可用水泥與粉煤灰配比漿液對觸變泥漿進行置換。管線拆除后應及時將注漿孔封嚴。 六、土壓平衡盾構(gòu)頂管機施工介紹8、 頂管機頭接收坑（1）頂管機頭出洞前洞口土體加固根據(jù)頂管進展情況，為保證掘進機能順利進入接收

18、井，防止掘進機出洞后水土沿工具管與井圈之間的建筑空隙涌入接收井內(nèi)，保證井內(nèi)接頭能順利施工。如果發(fā)現(xiàn)地質(zhì)較差，在掘進機到達接收井前，可對洞口土體進行深攪樁或旋噴樁加固，加固范圍洞口前5m范圍內(nèi)，洞口四周距管道外側(cè)23m。（2）頂管機頭狀態(tài)的復核測量掘進機進入接收井前的復核應測量頂管機所處的方位，是確認頂管狀態(tài)、六、土壓平衡盾構(gòu)頂管機施工介紹8、 頂管機頭接收坑評估掘進機出洞時狀態(tài)和擬定施工軸線及施工方案等的重要依據(jù)，使掘進機在此階段的施工中始終按預定的方案實施，以良好的狀態(tài)、準確無誤地進入接收井內(nèi)。（3）頂管機頭進接收坑在接收井磚墻封門破壞后掘進機頭應迅速、連續(xù)頂進管節(jié)，盡快縮短出洞時間。掘進機

19、整體進洞后應盡快把機頭和混凝土管節(jié)分離，并把管節(jié)和接收井的接頭按設(shè)計要求進行處理，減少水土流失。七、頂管施工過程中應注意的問題1、管道軸線偏差過大（1） 偏差結(jié)果管道軸線與設(shè)計軸線偏差過大，使管道發(fā)生彎曲，甚至造成管節(jié)損壞，接口滲漏。（2）預防措施1） 頂管施工前對管道通過地帶的地質(zhì)情況認真調(diào)查，指導糾偏。糾偏按照“勤測量、勤糾偏、小量糾”的操作方法進行。2）采用同種規(guī)格的千斤頂，使其頂力、行程、頂速相一致，保持頂力合力線與管道中心線相重合。3）加強頂管后背施工質(zhì)量的控制，確保后背不發(fā)生位移，并使后背平整，以保證頂進設(shè)備的安裝精度。4）頂進過程中隨時繪制頂進曲線，以利指導頂進糾偏工作。七、頂管施工過程中應注意的問題2、地面沉降與隆起（1）沉降、隆起結(jié)果頂管施工過程中或施工后，在管道軸線兩側(cè)一定范圍內(nèi)發(fā)生地面沉降或隆起，使管道周圍道路交通受到影響，甚至危及到正常使用和安全。（2）防治措施1） 嚴格控制頂管軸線偏差，執(zhí)行勤測量、勤糾偏、小量糾的操作方法。2） 在頂進過程中及時足量地注入符合技術(shù)標準的潤滑支承介質(zhì)填充管道外圍環(huán)形空隙。施工結(jié)束及時用水泥或粉煤灰等置換潤滑泥漿。3） 嚴格控制管道接口的密封質(zhì)量，防止?jié)B