某TLM頂管施工方案

.概述工程概況、地質(zhì)情況和工程特點(diǎn)地質(zhì)條件交通條件施工順序總體安排工作井及接收井施工方法檢查井施工方法頂進(jìn)施工工藝安全生產(chǎn)及文明施工第1節(jié)．工程概況和主要工程量第七節(jié).頂管施工方案一、選擇適合本工程的頂管機(jī)頭及其配套設(shè)備，中繼間類型的選擇及應(yīng)急時(shí)采取的技術(shù)措施(1)選擇頂管掘進(jìn)機(jī)選擇好頂管掘進(jìn)機(jī)對(duì)頂管施工是至關(guān)重要的。根據(jù)浙江城建勘測(cè)工程有限公司提供的工程地質(zhì)勘察報(bào)告，由地質(zhì)縱剖圖可見，頂管穿越多層不同的土質(zhì)，土質(zhì)變化大，經(jīng)過(guò)我公司頂管專家組的專題研究，決定選擇土壓泥水平衡頂管掘進(jìn)機(jī)(TLM)用于本工程。Telemole掘進(jìn)機(jī)的開挖面具有二種平衡機(jī)理，大刀盤平衡開挖面的土壓力，使之在主動(dòng)土壓力和被動(dòng)主壓力之間。泥水系統(tǒng)的壓力平衡開挖面的地下水壓力，這種雙重平衡機(jī)理的掘進(jìn)機(jī)對(duì)地表隆沉控制精度是很高的，一般對(duì)D800掘進(jìn)機(jī)地表隆沉控制值小于5mm。此外，該掘進(jìn)機(jī)的操作是在地面控制室進(jìn)行的，采用激光導(dǎo)向，閉路電視監(jiān)控，還具有自動(dòng)化程度高，質(zhì)量易控制等特點(diǎn)。由于管內(nèi)實(shí)現(xiàn)連續(xù)出土，日推進(jìn)進(jìn)尺大于25m。(2)中繼環(huán)設(shè)計(jì)對(duì)φ800頂管，為提高工程的可靠性，每套中繼環(huán)安裝16只250KN雙作用油缸，總推力為4000KN，油缸行程為300，由于中繼環(huán)的實(shí)際總推力是頂進(jìn)阻力引起的，所以在正常頂進(jìn)條件下，中繼環(huán)液壓系統(tǒng)的工作壓力較低，設(shè)備故障率小，可靠性高。中繼環(huán)的結(jié)構(gòu)形式，中繼間密封共設(shè)2道，在2道密封之間可以壓注潤(rùn)滑脂。中繼環(huán)和主頂進(jìn)裝置由PLC可編程序計(jì)算器實(shí)現(xiàn)預(yù)定的聯(lián)動(dòng)，只需一名操作人員就可控制。在每套中繼環(huán)處還安置了行程儀傳感器，在操縱臺(tái)上顯示出行程讀數(shù)，以便操作人員控制。(3)主頂進(jìn)系統(tǒng)主頂進(jìn)系統(tǒng)共有4只1500KN雙沖程等推力油缸，行程3500mm，總推力6000KN，4只雙沖程油缸組裝在油缸架內(nèi)，安裝后的4只油缸中心位置必須與設(shè)計(jì)圖一致，以使頂進(jìn)受力點(diǎn)和后座受力都保持良好狀態(tài)。安裝后的油缸中心誤差應(yīng)小于5mm。主頂液壓動(dòng)力機(jī)組由二臺(tái)大流量斜軸式軸向柱塞泵供油，采用大通徑的電磁閥和系統(tǒng)管路，減小系統(tǒng)阻尼，油缸可以單動(dòng)，亦可聯(lián)動(dòng)。主頂系統(tǒng)由PLC可編程序計(jì)算器控制，并采用變頻調(diào)速器實(shí)現(xiàn)流量的無(wú)級(jí)調(diào)速。主頂系統(tǒng)操作臺(tái)設(shè)在地面控制室內(nèi)，主頂和中繼環(huán)實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)。盡管在頂管施工前，我們對(duì)機(jī)頭進(jìn)行了大修。對(duì)中繼間的設(shè)計(jì)考慮了二道密封圈，在加工過(guò)程中對(duì)尺寸嚴(yán)格控制，但地下工程往往會(huì)發(fā)生不可預(yù)見情況。特制定以下應(yīng)急技術(shù)措施。a.準(zhǔn)備足夠的機(jī)械和液壓易損零部件，使施工中的修理時(shí)間縮到最短。b.在機(jī)頭的主軸密封和中繼間密封中增加了油脂供油系統(tǒng)，一旦發(fā)生滲漏泥水，可以很快通過(guò)壓注潤(rùn)滑脂，以潤(rùn)滑脂的壓力封堵滲漏通徑。(4)注漿設(shè)備系統(tǒng)對(duì)長(zhǎng)距離頂管能否及時(shí)地有效地向管節(jié)外圍壓注觸變泥漿，以形成和維護(hù)好泥漿套，起到高效的減摩作用，往往是頂管成敗的關(guān)鍵。本頂管施工用的膨潤(rùn)土觸變泥漿，是在地面壓漿站配制后，通過(guò)液壓注漿泵壓入輸漿總管，輸漿總管由2”鍍鋅鋼管和球閥、水暖管件等組成，與管節(jié)上各壓漿孔接通的環(huán)形管，采用1”高壓軟管。注漿設(shè)備主要技術(shù)參數(shù)單缸液壓注漿泵型號(hào)：SYB50／50－II注漿流量：Q＝80L／min注漿壓力：P＝4Mpa油泵型號(hào)：10SCYl4—lBQ＝10ml／rp＝31.5MPa電機(jī)型號(hào)：Y112M—4N=4KWN=1450r/min(5)主要頂管施工機(jī)械設(shè)備表機(jī)械名稱規(guī)格型號(hào)功率出廠時(shí)間數(shù)量新舊程度％小計(jì)其中擁有新購(gòu)租賃D800土壓泥水平平衡掘進(jìn)機(jī)100KW1套1套70主頂油缸1500KN10只10只80液壓動(dòng)力站2套2套80注漿管路設(shè)備2套2套80泥水管路設(shè)備2套2套80基坑設(shè)備2套2套6015T履帶吊2臺(tái)2臺(tái)70鉆機(jī)15KW2臺(tái)2臺(tái)70液壓注漿泵SYB-50/55020KW2臺(tái)2臺(tái)70電焊機(jī)直流30KW2臺(tái)2臺(tái)60污泥泵3”3KW4臺(tái)4臺(tái)60配電箱200KVA2只2只70二、頂管施工工藝的說(shuō)明，最大頂推力及其限制措施頂管工藝流程圖掘進(jìn)機(jī)井內(nèi)就位砼管進(jìn)場(chǎng)驗(yàn)收軸線控制出泥準(zhǔn)備后座千斤頂頂進(jìn)割開悶板掘進(jìn)機(jī)試運(yùn)行洞口止水裝置安裝后座千斤頂安裝測(cè)量放樣軌道安全后座頂板安裝砼管頂進(jìn)結(jié)束施工準(zhǔn)備砼管拼裝接口檢驗(yàn)管道頂進(jìn)頂進(jìn)糾偏電瓶車出土偏差測(cè)量掘進(jìn)機(jī)穿墻施工準(zhǔn)備頂進(jìn)設(shè)備安裝掘進(jìn)機(jī)井內(nèi)就位砼管進(jìn)場(chǎng)驗(yàn)收軸線控制出泥準(zhǔn)備后座千斤頂頂進(jìn)割開悶板掘進(jìn)機(jī)試運(yùn)行洞口止水裝置安裝后座千斤頂安裝測(cè)量放樣軌道安全后座頂板安裝砼管頂進(jìn)結(jié)束施工準(zhǔn)備砼管拼裝接口檢驗(yàn)管道頂進(jìn)頂進(jìn)糾偏電瓶車出土偏差測(cè)量掘進(jìn)機(jī)穿墻施工準(zhǔn)備頂進(jìn)設(shè)備安裝成品管的選擇本工程頂管采用F型鋼承口式鋼筋砼管，接口采用楔形橡膠圈，過(guò)鐵路頂管采用“F”型鋼板鋼筋砼復(fù)合管，接口采用楔形橡膠圈，該接口形式是非?？煽康?。但在制造和施工中還應(yīng)嚴(yán)格把關(guān)，確保成品管強(qiáng)度，選材尺寸精度和密封都符合設(shè)計(jì)要求。F型成品管的接口存在二環(huán)滲水途徑可能從管外進(jìn)入管內(nèi)，一環(huán)是從鋼套環(huán)和混凝土交界面滲入，另一環(huán)是從楔形橡膠止水圈滲入。應(yīng)當(dāng)指出的是夾板襯墊是不能起密封作用的。設(shè)計(jì)意圖是左側(cè)通過(guò)錨固鋼筋使鋼套環(huán)與混凝土牢固結(jié)合，并由一環(huán)聚胺脂軟膏阻斷可能因糾偏引起的滲水通徑，而右側(cè)是通過(guò)高精度鋼模保證橡膠止水圈產(chǎn)生足夠的壓縮過(guò)盈量，從而滿足密封要求。(3)頂管工作坑設(shè)施基坑導(dǎo)軌應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和剛度。本工程基坑導(dǎo)軌由型鋼和鋼板焊接而成。在底板基礎(chǔ)上應(yīng)事先預(yù)埋鋼板，預(yù)埋鋼板的位置與基坑導(dǎo)軌相吻合，以便導(dǎo)軌與之焊接。預(yù)埋鋼板上的錨固鋼筋要焊牢并有足夠的錨固強(qiáng)度，導(dǎo)軌安放后，還應(yīng)在二側(cè)用型鋼支撐好，必要時(shí)再澆筑混凝土，確保導(dǎo)軌在受撞擊的條件下，不走動(dòng)，不變形。主頂油缸架是拼裝式結(jié)構(gòu)，主頂油缸架的安裝也要定位準(zhǔn)確。保證油缸受力點(diǎn)的正確位置。其高程和平面安裝誤差小于5mm。承壓壁是承受和傳遞全部頂力的后座墻，更應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和剛度，并有足夠安全度。本工程的承壓壁設(shè)計(jì)先用混凝土澆平，后靠鋼板用δ＝70鋼板，在鋼板和混凝土平面之間襯滿堂50mm松木板，承壓壁的面積H×B＝3.4×3.4m。(4)洞口止水裝置在洞口外側(cè)，要設(shè)置鋼封門，鋼封門采用16＃槽鋼，密排布置，在洞內(nèi)側(cè)，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，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。在預(yù)留洞底部，還應(yīng)設(shè)置延長(zhǎng)導(dǎo)軌，以免機(jī)頭出洞時(shí)嗑頭。根據(jù)設(shè)計(jì)預(yù)留的法蘭，我們?cè)诜ㄌm上安裝洞口止水裝置。該裝置必須與導(dǎo)軌上的管道保持同心，誤差應(yīng)小于2cm。洞口止水裝置密封為橡膠止水法蘭。在橡膠止水法蘭之前應(yīng)預(yù)埋注漿孔，以便壓注膨潤(rùn)土泥漿。在機(jī)頭將要到達(dá)接收井時(shí)，要精確測(cè)出機(jī)頭姿態(tài)位置，盡量滿足橡膠法蘭與機(jī)頭同心的要求。(5)平面布置本工程采用15T履帶吊，在實(shí)行全封閉隔離，并建筑必要的生產(chǎn)臨時(shí)設(shè)施。要保持施工現(xiàn)場(chǎng)的文明、安全和衛(wèi)生整潔。(6)最大頂推力及其限制措施本工程主頂液壓系統(tǒng)最大頂推力根據(jù)管子允許頂力設(shè)置；對(duì)D800最大頂推力F=3000KN；限制措施為控制液壓系統(tǒng)的壓力；對(duì)D800:P限＝15.7Mpa由于限制的系統(tǒng)壓力較小，所以液壓系統(tǒng)的故障將大大減小，頂管的可靠性也相應(yīng)提高。當(dāng)液壓系統(tǒng)的壓力達(dá)到P限時(shí),主頂液壓控制臺(tái)將報(bào)警，以滿足限制最大頂力的措施。三、頂管進(jìn)出洞口地基加固措施(1)概述本工程頂管進(jìn)出洞口措施是施工成敗的關(guān)鍵，在進(jìn)出洞口先進(jìn)行分層注漿地基加固，加固范圍為L(zhǎng)＊B＊H＝5＊4＊4.5m=90m3，接收井加固范圍為L(zhǎng)＊B＊H＝2.5＊4＊4.5m=45m3，強(qiáng)度為0.15MPa，地基加固采用分層注漿法。(2)分層注漿施工注漿漿液采用425#普通硅酸鹽水泥漿加磨細(xì)粉煤灰。漿液配比表425#水泥磨細(xì)粉煤灰水水玻璃膨潤(rùn)土1110.020.02a.分層注漿施工工藝流程圖灌封閉泥漿鉆孔設(shè)備就位灌封閉泥漿鉆孔設(shè)備就位沖洗塑料閥管注漿沖洗塑料閥管注漿插注漿芯管b.施工方案布孔原則(因分層注漿影響半徑750mm，有效半徑500mm)：孔距均為lm，改善土體性質(zhì)，從而達(dá)到地基加固及防滲的目的。注漿時(shí)采用先從外圍，后內(nèi)部的注漿施工方式，以防止?jié){液流失。每孔注漿時(shí)，自下而上分層注漿，每次撥管間距為0.33m，注漿壓力為0.25—0.35MPa。先將注漿管壓入土層至設(shè)計(jì)深度，然后接上壓漿機(jī)，邊向上撥起注漿管邊向土層內(nèi)注漿。四、建筑物、構(gòu)筑物沉降控制保護(hù)措施本工程頂管軸線附近建筑物較少，頂管施工對(duì)周圍建筑物影響較小，而且由于我公司計(jì)劃在本工程中投入使用的頂管掘進(jìn)機(jī)為土壓泥水平衡掘進(jìn)機(jī)，該型掘進(jìn)機(jī)對(duì)地面沉降控制精度高。盡管如此，我們?nèi)詫⒃陧敼苓^(guò)程中，精心操作，嚴(yán)格控制地面沉降。(1)地表沉降預(yù)測(cè)(Attewell方法)Attewell和Peck一樣，假定沉降槽的曲線線形為正態(tài)分布曲線.見以下公式：i/R=K(z/2R)nV=*i*Smax式中：i---沉陷槽曲線反彎點(diǎn)至中心距離；R---頂管開挖半徑；Z---從地表到頂管中心的深度；V---沉陷槽的容積；Smax---地表面最大沉降量K,n---常數(shù)(參照藤田系數(shù)表)A---頂管開挖面積。由藤田系數(shù)表，得到淤泥質(zhì)粘土，土壓泥水平衡掘進(jìn)機(jī)的地層土損失量V/A=1.0%，常數(shù)K=1，n=1，又根據(jù)施工條件，求得i/R=K(z/2R)ni=R*K(z/2R)n=0.84*(4.5/1.68)=2.25m由V/A=1.0%，得到V=A*1.0%=(3.14/4)*1.22*0.01=0.01m3V=*i*SmaxSmax=V/(I)=0.01/(*2.25)=0.002m=2mm(2)地面監(jiān)測(cè)，優(yōu)化掘進(jìn)機(jī)參數(shù)在初始推進(jìn)階段，要精心組織地表監(jiān)測(cè)，在軸線上方每隔3m布設(shè)一個(gè)沉降控制樁。通過(guò)地表監(jiān)測(cè)得到隆沉量與相對(duì)應(yīng)的掘進(jìn)機(jī)主參數(shù)（包括推進(jìn)速度、開挖面土壓力值，出土率等）進(jìn)行比較，從而優(yōu)化掘進(jìn)機(jī)參數(shù)，指導(dǎo)以后的頂管推進(jìn)。(3)注漿穩(wěn)定措施除了在初始推進(jìn)階段，優(yōu)化推進(jìn)參數(shù)以外，在頂進(jìn)過(guò)程中加強(qiáng)同步注漿也是有效手段之一，必須盡可能將膨潤(rùn)土泥漿套隨機(jī)頭向前移動(dòng)，形成連續(xù)的環(huán)狀漿套。要選擇觸變性能良好的膨潤(rùn)土制漿材料。(4)置換泥漿措施在頂進(jìn)結(jié)束后，我們必須立即用純水泥漿置換膨潤(rùn)土泥漿，置換水泥漿的水灰比為0.45，P=0.2～0.5Mpa，Q=0.3m3/m。五、處理有關(guān)沼氣及流砂的方法和措施及頂管機(jī)頭碰到原有地下障礙物的措施和方法由于本工程頂管埋設(shè)較淺，在開挖面一般情況下不會(huì)遇到沼氣，而且，我公司采用的頂管掘進(jìn)機(jī)是在地面遙控操作，管內(nèi)一般情況下無(wú)人操作。但是在施工過(guò)程中，管內(nèi)要做好通風(fēng)措施。如果管內(nèi)必須動(dòng)用明火，應(yīng)對(duì)管內(nèi)氣體進(jìn)行詳細(xì)測(cè)定，在確保絕對(duì)安全情況下，才能使用明火。本工程頂距較長(zhǎng)，我們將采用通風(fēng)系統(tǒng)，管內(nèi)空氣含氧率不低于20%，新鮮空氣量不低于每人每小時(shí)30m3。有害氣體濃度不低于健康標(biāo)準(zhǔn)，管內(nèi)溫度不超過(guò)320C，相對(duì)濕度不超過(guò)80%，易燃?xì)怏w的濃度不超過(guò)爆炸下限的10%。在頂進(jìn)過(guò)程中，要選用國(guó)家許可的大氣檢測(cè)儀器對(duì)管內(nèi)氣體進(jìn)行連續(xù)測(cè)量。根據(jù)我們經(jīng)驗(yàn)，由于管道埋設(shè)較淺，有可能會(huì)遇到不明障礙物。因?yàn)槲覀兪怯梅忾]式土壓泥水平衡掘進(jìn)機(jī)施工，該掘進(jìn)機(jī)采用的是面板式刀盤，切土口可以控制，所以如果有較大的石塊，是不可能進(jìn)入機(jī)內(nèi)的。而小塊碎石進(jìn)入機(jī)內(nèi)，能通過(guò)排泥管道輸出，但是，如果機(jī)頭遇到樁之類的障礙物，機(jī)頭將難以排出。六、頂進(jìn)過(guò)程中，采用中間接力頂進(jìn)的中繼間設(shè)置情況在綜合分析了主頂液壓裝置，中繼間的最大推力，管子允許的軸向力以及工作井后座最大土抗力以后，我們先確定控制頂力。控制頂力由管子允許頂力確定。D800：F控＝3000KN工具管迎面阻力F1和管道周邊摩阻力F2工具管迎面的土壓力控制在主動(dòng)土壓力和被動(dòng)土壓力之間，我們忽略C值影響，工具管迎面阻力取靜止土壓力。D800:F1＝rHA＝19*4.5*(3.14/4)1.42=131.5KN（設(shè)定土的容重r=1.9t/m3，土面至管中心深度H）管道周邊摩阻力F2＝πD＊L＊fD---管外徑L---頂進(jìn)長(zhǎng)度f(wàn)---單位面積周邊阻力。根據(jù)大量頂管工程實(shí)例，取頂管經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)f=7KPa，又考慮在1號(hào)中繼間以前留有一定安全系數(shù)，為0.7,這樣可得：1號(hào)中繼間以前的長(zhǎng)度D800:L1＝(F控-F1)0.7/πDf＝(300-13.15)0.7/（π×1.4×0.7）＝65m對(duì)1號(hào)中繼環(huán)以后相鄰兩個(gè)中繼間之間的長(zhǎng)度LD800：L＝F控/πDf＝300/（π×1.4×0.7）=97m相鄰二中繼間之間的長(zhǎng)度，根據(jù)每節(jié)頂程的長(zhǎng)度和具體情況也作了相應(yīng)的調(diào)整。各頂程的中繼間距離和數(shù)量列表如下頂進(jìn)方向(井號(hào)))管徑(mm)長(zhǎng)度(m)中繼間套數(shù)1→2φ80024223→2φ80010013→4φ80016015→4φ80021825→6φ80023127→6φ80024027→8φ80024029→8φ8001281合計(jì)φ800155915七、頂進(jìn)過(guò)程中線型控制及量測(cè)設(shè)備(1)測(cè)量?jī)x器配備與檢驗(yàn)頂管施工需進(jìn)行三維動(dòng)態(tài)測(cè)量，其精度要求很高，我們將采用精度高，性能優(yōu)良的測(cè)量?jī)x器才能夠滿足其精度要求。為此，我們將配備性能優(yōu)良的蘇光一廠的激光2”經(jīng)緯儀，水準(zhǔn)儀等一系列精密高檔儀器。頂管施工測(cè)量所使用的儀器、附件按時(shí)送質(zhì)檢單位進(jìn)行檢驗(yàn)，做全面鑒定，并在使用過(guò)程中經(jīng)常進(jìn)行檢查。(2)控制測(cè)量a.平面控制為確保兩井間頂管貫通，在兩端頭井附近埋設(shè)地面導(dǎo)線點(diǎn)，利用空導(dǎo)點(diǎn)和地面導(dǎo)線點(diǎn)，以導(dǎo)線測(cè)量形式，將平面控制成果引測(cè)到施工現(xiàn)場(chǎng)。利用空導(dǎo)點(diǎn)和地面導(dǎo)線點(diǎn)建立平面控制網(wǎng)。導(dǎo)線測(cè)量采用索佳測(cè)距儀，測(cè)距6測(cè)回，雙向觀測(cè)，測(cè)距相對(duì)誤差<1/80000，對(duì)觀測(cè)結(jié)果進(jìn)行平差。井上座標(biāo)點(diǎn)向井下傳遞采用聯(lián)系三角形方式，點(diǎn)位由鉛垂儀垂直投設(shè)。井下控制頂進(jìn)方向的基準(zhǔn)點(diǎn)用鋼架埋設(shè)成固定點(diǎn)，采用激光經(jīng)緯儀跟蹤觀測(cè)機(jī)頭偏差方向。b.高程控制利用施工區(qū)域附近的已知高級(jí)水準(zhǔn)點(diǎn)，布設(shè)等級(jí)水準(zhǔn)路線，將高程引測(cè)到附近，并設(shè)立施工高程控制點(diǎn)。地面高程傳遞到井下時(shí)用鋼尺垂直懸掛，下系至標(biāo)準(zhǔn)拉力線錘，然后地面、井下兩臺(tái)水準(zhǔn)儀同時(shí)觀測(cè)。井下布設(shè)2～3個(gè)地下起始高程控制點(diǎn)。c.頂管姿態(tài)測(cè)量為保證頂管機(jī)嚴(yán)格按設(shè)計(jì)軸線推進(jìn)，必須及時(shí)觀測(cè)頂管動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，從而調(diào)整頂管各施工參數(shù)，指導(dǎo)頂管正確、安全推進(jìn)。頂管姿態(tài)測(cè)量是通過(guò)位于內(nèi)的激光經(jīng)緯儀，將激光點(diǎn)打在機(jī)頭坐標(biāo)靶上，再通過(guò)閉路電視反映在電視顯示器上，以指導(dǎo)糾偏操作。