泥水平衡頂管施工工法

1、泥水平衡頂管施工工法工藝原理泥水平衡頂管機(jī)工作原理 泥水平衡頂管機(jī)施工以泥水平衡原理為基本，通過改變泥水倉的送、排泥水量和頂 進(jìn)速度來控制排土量，使泥水倉內(nèi)的泥水壓力值穩(wěn)定并控制在所設(shè)定的范圍之內(nèi)，從而 達(dá)到開挖面的穩(wěn)定。泥水平衡功能 泥水平衡輸送系統(tǒng)有兩項(xiàng)主要功能，一是通過泥水來平衡頂管機(jī)施工時(shí)土體和地下 水對其產(chǎn)生的壓力，穩(wěn)定開挖面，其二是將刀盤切削下來的土體在泥水倉內(nèi)進(jìn)行混合后， 將其由經(jīng)過泥水管路輸送到地面。圖 1中右側(cè)為泥水平衡頂管機(jī)。正常頂進(jìn)過程， MV1閥、MV2閥打開， MV3閥關(guān)閉。 泥水由泵經(jīng)送泥管送入，與進(jìn)入泥水倉的切削土混合后，通過排泥泵經(jīng)排泥管送至地面。 同時(shí)送入的泥

2、水需在泥水倉內(nèi)建立一定的泥水壓力，此壓力需比頂管機(jī)處的土層的地下 水壓力高 p，通常為 0.015 0.02MPa。頂管機(jī)上部的泥水平衡壓力是 P3，底部的泥水 平衡壓力是 P5。如果設(shè) W為清水比重， 為泥水比重，則有如下關(guān)系式：P1= Wh2P2= W(h 2+h)P3= WhlP4= W(h 1+h)P5=P4+ h= W(h 1+ h)+ h3圖 1 泥水平衡原理P1-頂管機(jī)頂部的地下水壓力， P2-頂管機(jī)頂部的泥水壓力， P3-基準(zhǔn)面上的地下水壓力，P4-基準(zhǔn)面上地下水壓力 P3+p的水壓力， P5-頂管機(jī)內(nèi)泥水壓力與地下水壓力相加的壓 力。泥水平衡頂管機(jī)通常在 DEBC梯形壓力區(qū)域

3、內(nèi)工作。在設(shè)定泥水控制壓力時(shí)，取泥 水倉頂部和底部壓力和平均值，即：泥水控制原理泥水平衡控制運(yùn)用調(diào)節(jié)器和執(zhí)行機(jī)構(gòu) （ 調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速和控制閥開度 ） 與被控制對象構(gòu) 成閉環(huán)負(fù)反饋。 根據(jù)被控參數(shù)的測量值與給定值之間的偏差， PID 調(diào)節(jié)規(guī)律， 對執(zhí)行機(jī)構(gòu) 進(jìn)行控制，以達(dá)到泥水平衡控制目的。在停上掘進(jìn)狀態(tài)， 用切口泥水壓調(diào)節(jié)器控制 CV閥開度或 PH泵轉(zhuǎn)速， 使切口水壓達(dá)到 設(shè)定值。在“ 旁路”狀態(tài)，切口水壓調(diào)節(jié)器根據(jù)控制 P1泵的轉(zhuǎn)速，使送泥水壓達(dá)到設(shè)定值。 在掘進(jìn)狀態(tài)，切口水壓調(diào)節(jié)器根據(jù)測得的切口水壓與設(shè)定值進(jìn)行比較，如果泥水倉 壓力大于設(shè)定值，則切口水壓調(diào)節(jié)器輸出值降低， P1 泵轉(zhuǎn)速下降，

4、進(jìn)入泥水倉的送泥水 量減少，使泥水倉壓力降低，反之亦然。同時(shí)切口水壓調(diào)節(jié)器與送泥水壓調(diào)節(jié)器的輸出 值互為跟蹤，是解決過渡狀態(tài)轉(zhuǎn)換的擾動(dòng)，一旦轉(zhuǎn)換完成，切口水壓調(diào)節(jié)器屏蔽跟蹤信 號(hào)，送泥水壓調(diào)節(jié)器僅起信號(hào)傳送作用。在掘進(jìn)狀態(tài)，排泥水密度的變化將導(dǎo)致排泥水流量的變化，這種變化會(huì)增加切口水 壓調(diào)節(jié)器的泥水平衡控制負(fù)擔(dān)。因此，由排泥水流量調(diào)節(jié)器穩(wěn)定排泥水流量，起到間接 控制泥水平衡的作用。排泥水流量調(diào)節(jié)器控制 P2 泵的轉(zhuǎn)速，使排泥水流量達(dá)到設(shè)定值。四、工藝流程及操作要點(diǎn)工程開始操作要點(diǎn)：測量放樣1. 測量放線頂管工作坑使用的中心和水準(zhǔn)點(diǎn) ,要引入坑下的牢固地點(diǎn) . 為確保工程質(zhì)量 ,必須 對中心及高

5、程嚴(yán)格控制 .測量的方法（1）通視條件下的測量使用交匯法引工作坑及接收坑預(yù)留洞口中心至各自的坑壁。 置經(jīng)緯儀至 A 點(diǎn)，后視 B 點(diǎn)，作 BA直線的延長線，并在工作坑后部定出一點(diǎn) C。保證 C、A、B 在一條軸線上，置 經(jīng)緯儀在 C點(diǎn)上，后視 A 點(diǎn)，在工作坑井壁上定出一點(diǎn) A，置激光經(jīng)緯儀基座于井下 D 點(diǎn)，并抄平固定激光經(jīng)緯儀架，置經(jīng)緯儀于 A 點(diǎn)，后視 B 點(diǎn)，在激光經(jīng)緯儀器架上定出 D 點(diǎn)，D點(diǎn)同 A、A、B點(diǎn)在豎直方向上成一直線，安裝激光經(jīng)緯儀于儀器架上，對中 D 點(diǎn)， 后視 A 點(diǎn)，依設(shè)計(jì)軸線打好角度，既可定出軸線。（2）不通視條件下的測量引出 A、B 兩點(diǎn)后可根據(jù)導(dǎo)線法以及平移法

6、定出 C、D、A，其余步驟同通視條件下測 量定位。2. 工作坑作法（1）主工作坑外側(cè)做雙排水泥攪拌樁止水帷幕，防止因排除地下水而形成的沉降。水泥攪拌樁樁長 12m，樁徑 70cm，咬合 20cm，咬合形成止水帷幕。后背采用密排 36#工 字鋼樁， 樁長 12m。其它三側(cè)采用 36#工字鋼打間隔樁， 樁與樁間隔 0.8m。工作坑采用人 機(jī)配合開挖，工作坑內(nèi)用 36#工字鋼橫向焊二道支撐框架，每道支撐由兩根工字鋼組成， 四角用 36#工字鋼與框架焊牢，以確保工作坑支撐牢固。挖至 1m做第一道支撐框架，挖至管頂上 40cm做第二道支撐框架3. 洞口密封止水2）主工作坑基礎(chǔ)做法： 底板澆筑 C10混凝

7、土，厚 100 ，基礎(chǔ)內(nèi)預(yù)埋鐵板， 規(guī)格：20cm30cm,共 16 塊，其上焊接滑道。（3）副坑外側(cè)打雙排水泥攪拌樁止水帷幕，內(nèi)側(cè)采用 36#工字鋼打間隔樁，樁與樁 間隔 0.8m。工作坑加固做法同主坑。工作坑采用人機(jī)配合開挖，工作坑內(nèi)用36#工字鋼焊二道支撐框架， 四角用 36#工字鋼與框架焊牢， 以確保工作坑支撐牢固 （見示意圖一）。 挖至 1m做第一道支撐框架，挖至管頂上 40cm做第二道支撐框架，決不允許超挖后作框 架。示意圖一（4）主、副工作坑排水措施工作坑內(nèi)對角設(shè)直徑 0.5m、深 1m集水井兩座，井內(nèi)設(shè)水泵抽水，坑內(nèi)四周設(shè) 30cm30cm 排水溝， 1%坡度流向集水井。（5）

8、工作坑尺寸計(jì)算工作坑寬： W=D（+ 2.4 3.2 ）mD ：被頂進(jìn)管子外徑（ m）工作坑長： L=L1+L2+L3+L4+L5L1：管子頂進(jìn)后，尾端壓在導(dǎo)軌上的最小長度，混凝土管一般取0.3mL2：每節(jié)管子的長度（ m）L3：出土工作間隙，根據(jù)出土工具確定，一般為 1.0 1.5mL4：千斤頂長度L5：后背所占工作坑厚度頂管過程中，無論是管子從工作坑中出洞還是在接收坑中進(jìn)洞，管子與洞口之間都必須留有一定的間隙。此間隙如果不把它封住，地下水和泥砂就會(huì)從該間隙中流到工作 坑內(nèi)，會(huì)造成洞口上部地表的塌陷，甚至?xí)斐墒鹿?，殃及周圍的建筑物和地下管線的 安全。因此，頂管過程中洞口止水是一個(gè)不容忽視的

9、環(huán)節(jié)，必須認(rèn)真、仔細(xì)地做好此項(xiàng) 工作。工作坑中，首先在管子頂進(jìn)前方的坑內(nèi)，澆注一道前止水墻，墻體可由級(jí)配較高的 素混凝土構(gòu)成，其寬度為 2.0 5.0m，厚度約為 0.3 0.5m，高度約為 1.5 4.5m。然后 再在前止水墻的預(yù)留孔內(nèi)安裝橡膠止水圈。洞口止水圈的構(gòu)造是由混凝土前止水墻、預(yù) 埋螺栓、鋼壓環(huán)及橡膠圈組成。后靠墻 在工作坑內(nèi)，后坐墻是承受和傳遞全部頂力的基礎(chǔ)，必須具有足夠的強(qiáng)度和剛度， 并有足夠的安全度。 后靠墻內(nèi)配14120雙向鋼筋 , 砼標(biāo)號(hào)為 C25,待砼強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度 的 75%方可頂進(jìn)。后背墻的受力分析潮濕程度0 Sr 0.50.5 Sr0.80.8 100m100節(jié)

10、2管底高程L100mD1500+30，-40管水準(zhǔn)儀檢測D1500+40，-50L100mD1500+40，-60D1500+60，-803相臨管錯(cuò)口鋼筋混凝土管20鋼尺檢查注：（1）表中 L 為管道頂進(jìn)距離，以兩井軸線距離計(jì)算；（ 2）表中 D為管道內(nèi)徑；（ 3）、特殊情況下采用對頂工藝時(shí)，對頂兩端錯(cuò)口不大于 50mm2. 頂管工作坑允許偏差和檢驗(yàn)方法序號(hào)項(xiàng)目允許偏差（mm）檢驗(yàn)頻率檢驗(yàn)方法范圍頻率1混凝土抗壓強(qiáng)度符合設(shè)計(jì)要求按附錄 B 的規(guī)定檢驗(yàn)經(jīng)緯儀檢測或2中線位移15每2掛中心線鋼尺座檢查3后垂直度1%H1垂直與鋼尺檢背水平線與中線偏差1%H查4導(dǎo)軌高程+3.,0水準(zhǔn)儀檢測中線位移3經(jīng)

11、緯儀檢測注：表中 H為后背的垂直高度， L 為后背水平長度八、安全措施（一）施工人員組織施工人員包括推進(jìn)三個(gè)班輪轉(zhuǎn)，另設(shè)地面、機(jī)電維修各一個(gè)班見表1、表 2。執(zhí)行十、十二制度，每天保證頂管設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，做到均衡施工頂進(jìn)施工班人員 表 1序號(hào)崗位工種人數(shù)1中央控制室機(jī)修工12管節(jié)拼裝土建工23潤滑泥漿拌制普工24機(jī)械維修機(jī)修工15測量測量工16電器維修電工17吊車司機(jī)吊車工18井口吊運(yùn)起重工19涂料制作普工2機(jī)電維修人員 表 2序號(hào)崗位工種人數(shù)1維修機(jī)修工12維修電焊工13維修電工1二）安全注意事項(xiàng)嚴(yán)格遵照國家頒發(fā)的建筑安裝工程安全技術(shù)規(guī)程和天津市市政工程對施工現(xiàn) 場安全的有關(guān)規(guī)定；2頂管機(jī)及管道內(nèi)照明用電應(yīng)使用安全電壓；3. 動(dòng)力電纜轉(zhuǎn)換接插前，要先切斷電源，后拔出插頭；4混凝土管吊運(yùn)時(shí)，管下嚴(yán)禁站人；5. 管道內(nèi)的電力電纜、控制電纜應(yīng)懸掛固定，嚴(yán)禁隨地鋪設(shè)；外部照明要充足，安放高度不得低