頂管工程施工工藝

頂管工程施工工藝施工工藝選擇頂管機前方為帶合金刀頭的條幅式大刀盤，可對開挖面進行全斷面切削。頂管掘進機正常工作時，刀盤按預先設定的壓力緊貼在被切削的土體斷面，在后方頂力作用下一方面旋轉(zhuǎn)切削土體，一方面向前推進維持土體的平衡。泥水平衡頂管機切削下來的土進入掘進機泥水倉，然后從排泥管中被排除。頂管機端面裝有壓力傳感器，能顯示出頂管機所承受的正面土壓力，地面操作者應密切注意壓力變化，控制螺旋輸送機的取土速度與千斤頂?shù)捻斶M速度，避免土體超挖和頂管機的過量擠進，前方取土與后方頂進密切配合，以保持開挖面的穩(wěn)定，使頂管機承受的正面壓力與計算土壓力保持平衡。頂管機內(nèi)設置糾偏油缸可控制頂進方向。正常頂管進行中，頂管機及管道內(nèi)的操作均由地面操作者完成，所有的操作元件均由電纜、油管集中至地面操作室進行控制，所有運行數(shù)據(jù)由電纜傳輸信號至地面操作室以便操作者監(jiān)控并發(fā)出操作指令。頂管機能持續(xù)自動地記錄其各種狀態(tài)及管道線路的位置等數(shù)據(jù)。自動記錄系統(tǒng)包括泥土和地下水壓力，機頭傾斜、旋轉(zhuǎn)，糾偏狀態(tài)，前進速度，頂進長度，刀盤扭矩，頂進負荷，及中繼間動作等。此系統(tǒng)在自動系統(tǒng)出現(xiàn)故障時應能手動監(jiān)測，以保證管道在自動系統(tǒng)的修復過程中能繼續(xù)前進。每段頂進開始后則應連續(xù)工作，當進行設備保養(yǎng)維修而暫停頂管施工時，必須采取措施確保開挖面的穩(wěn)定。頂進時管道內(nèi)采用低壓照明和管道風機通風，并保持管道內(nèi)的清潔。主要施工方法和技術(shù)措施控制測量1．平面測量控制施工時，根據(jù)業(yè)主提供的控制點和工程實際情況，建立獨立的平面控制網(wǎng)?？刂凭W(wǎng)沿線增設坐標控制點，建立附和導線接點網(wǎng)，附和至給定的導線點,，作為首級控制網(wǎng)。根據(jù)現(xiàn)場需要另行引導線點，建立支導線以滿足施工要求。平面控制網(wǎng)主要技術(shù)要求為：等級二級，導線長度不大于2.4km，平均邊長不大于0.5km，測角中誤差不大于8＂?，F(xiàn)場采用全站儀進行放樣，在使用時應注意：①測距邊宜選在地面覆蓋物相同的地段，不宜選取在煙銃,散熱塔，散熱池等發(fā)熱體上空；②測線上不應有樹枝,電線等障礙物，四等級以上的測線,應離開地面或障礙物1.3m以上；③測線應避開高壓線等強電磁場的干擾；④測距邊的測線傾角不宜太大。水平距離計算,應符合有關要求。2．高程測量控制本工程采用黃海高程系統(tǒng)，現(xiàn)場建立高程控制網(wǎng)，閉合至國家等級高程點。高程點選在平面控制點的附近不易產(chǎn)生擾動的位置，以便于穩(wěn)固保存和施工測量位。3．控制點的保護控制點做好后，應用混凝土護樁，并用油漆作好醒目的標志。現(xiàn)場定期對平面控制點及高程點進行復測。4．測量控制網(wǎng)及井下測量平臺的建立根據(jù)業(yè)主提供的測量控制點布置整個工程的控制網(wǎng)，在井周圍布設一個高精度的控制網(wǎng)，用以測放、檢查和修正工作井井區(qū)和井下的測量點，如軸線點、井下的測量起始點和后視點等。測量平臺置于井下頂管軸線上，靠近后靠背處，通過控制網(wǎng)將頂管測量起始點測放其上，并在井中布設2～3個穩(wěn)固的后視點，以便互相校核。起始點對頂管測量精度至關重要，故井下測量平臺要單獨設置，不與管道、設備、后靠背接觸，不受頂管操作影響，以保持其穩(wěn)定性。5．直線頂管軸線與標高控制頂管方向與高程控制可直接用置于井下測量平臺起始點上的激光經(jīng)緯儀對頂管機上方的光靶即可。激光經(jīng)緯儀發(fā)射的激光束偏離光靶中心的距離，即頂管的偏差值，但方向相反。為消除頂管機旋轉(zhuǎn)而偏差值的顯示誤差，光靶設計為可調(diào)式，使其始終在頂管機的垂直中心線上。施工技術(shù)措施1．鋼管加工和焊接鋼管在專業(yè)加工廠分段加工完成。根據(jù)現(xiàn)場工作井的尺寸，每段鋼管長度設計為3米。鋼管加工采用卷板機和自動焊機配合電焊機施工完成，汽車運至施工現(xiàn)場。鋼管在出廠前要經(jīng)過X光探傷檢驗，合格后才能裝車。在出廠時要對管道內(nèi)外進行防腐處理，在兩端預留20cm不處理，以防止現(xiàn)場焊接時高溫損傷防腐漆。本工程現(xiàn)場焊接采用手工焊機。第一節(jié)鋼管和頂管機連接采用承插方式連接。后面全部采用焊接方式。在中繼間處采取的連接方式也為活性承插式連接。鋼管焊接在頂管軌道上進行。為方便對鋼管底部進行焊接，應在對接點的軌道處預留30cm高的空間。焊接時首先通過導鏈等將兩節(jié)管道對接好，導鏈拉緊。在鋼管加工時即在一端預留內(nèi)60度的焊接坡口首先在內(nèi)部堆焊兩道。為防止在外部焊接時有焊渣留在接口處。首先在外部用氣刨刨1～2遍，然后再進行焊接。焊接時，為保證焊接速度，應有4名焊工，內(nèi)外各兩個。焊接完成后應進行探傷檢驗。鋼管焊接時應注意：（1）管線出洞時一定要保證施工精度，前幾段管節(jié)頂管不糾偏。保證對接精度。（2）保證鋼管出廠時的加工精度，嚴格控制橢圓度和垂直度（3）管道對接禁止用氣割的方法來達到對接的精度。以防止管道接好后不在一條直線上。必要時可在軌道上墊些鋼板調(diào)節(jié)，焊接完成后，取出鋼板頂進。2．頂管出洞、進洞技術(shù)頂管出洞頂管出洞是指頂管機和第一節(jié)管子從工作井中破出洞口封門進入土中，開始正常頂管前的過程，是頂管的關鍵工序，也是容易發(fā)生事故的工序。本工程頂管軸線均在地下水位以下，頂管出洞前必須采取措施防止地下水滲入井內(nèi)。為此，頂管機出洞前，先在洞口外圍土體進行防滲注漿施工。同時，在洞口內(nèi)壁安裝出口器，出口器由內(nèi)徑略小于管節(jié)外徑的橡膠密封圈和內(nèi)徑略大于管節(jié)外徑的鋼法蘭組成。在洞口外側(cè)一定范圍內(nèi)打入一排鋼板樁，以支護土體。頂管機頭在井內(nèi)管床就位，調(diào)試完畢，作好出洞的一切準備后，便可用氣割割除洞口內(nèi)的鋼封門，將機頭穿進橡膠密封圈頂入土中，同時在機頭與洞口的縫隙中注滿膨潤土泥漿，以潤滑管道，支護土體。如果洞口外側(cè)有鋼板樁，則應在頂管機進入出口器后方可拔出。頂管出洞對操作者要求也很高，這是因為出洞時頂管機未被土體包裹，處自由狀態(tài)，而使頂頭出洞的主千斤頂頂力是巨大的，因此，控制操作哪怕出現(xiàn)少量不均勻或土質(zhì)不均勻，使各千斤頂?shù)男谐滩坏?，也足以使頂頭和第一節(jié)管子偏離設計軸線。此時的土體難以對機頭產(chǎn)生較大反力，難以對機頭起到導向約束作用，故此時產(chǎn)生的偏差很難糾正，甚至是糾不過來的。因此，出洞頂進時一定要十分小心，用激光經(jīng)緯儀隨時測量監(jiān)控，保證頂頭和第一節(jié)管子位置正確。采用上述洞口結(jié)構(gòu)和周密的操作技巧，可避免出洞這一關鍵工序中可能出現(xiàn)的諸多問題，確保頂管出洞萬無一失。頂管機下方兩側(cè)設有止退插銷，在頂管機出洞時，當千斤頂松開時應插入止退插銷，防止頂管機被土壓力向后推回。頂管進洞頂管進洞，是指一段管道頂完，頂管機破進洞口封門進入接收井，并作好頂管機后一節(jié)管與進洞口的密封聯(lián)接的過程。頂管機進洞前也應對洞口外土體進行防滲注漿，并留有足夠的固化時間。頂管機進入加固土體并到達洞口外側(cè)時，割除鋼封門，將頂管機頂入接收井。3．膨潤土泥漿減阻及置換優(yōu)質(zhì)膨潤土泥漿具有良好的觸變性與潤滑性，將其壓到管外壁，包裹住管子，可大大減小管外壁與土壤間的摩阻力。若壓漿技術(shù)得當，壓漿管分布合理，膨潤土質(zhì)量好，摩阻力可大為降低。關于膨潤土泥漿拌制與壓漿，我司有專門的技術(shù)操作規(guī)程（企業(yè)標準），可在本工程中應用。注漿孔應合理分布，機頭及其后面10節(jié)管每節(jié)都設有注漿孔，使泥漿及時填充管壁與土間的全部空隙（機頭外徑比管節(jié)外徑大20mm，故有空隙），其后逐步過渡到每3節(jié)管加設一節(jié)帶有注漿孔的管節(jié)，及時補漿，使全線管壁都包裹在泥漿套中。注漿管節(jié)分為四孔出漿的A型管和三孔出漿的B型管兩種，間隔布置。注漿管節(jié)分布及注漿口布置圖頂力在控制值之內(nèi)十分重要。若頂力過大，會帶來一系列問題，各方面的控制都會困難，故膨潤土泥漿壓漿絕不可輕視。每段頂完后，用摻入適量粉煤灰的水泥砂漿置換觸變泥漿，置換后管道上的注漿孔封閉嚴密，并將全部設備清洗干凈。4．掘進及出土土壓平衡頂管頂進面前方的土體由頂管機前端刀盤上的合金刀齒切削，然后由螺旋輸送機將切削下來的土體送入頂管機后方的砂土泵土斗內(nèi)，經(jīng)沿管道內(nèi)鋪設的泵管泵送至地面，并卸入自卸汽車中，運至指定棄土場排放。運土車運土時避免泄漏和遺撒。土的泵送速度要與頂管機的頂進出土速度相配，必要時土壤中可加入適量的水或泥漿，以方便泵送。泵管接頭處要注意防止壓力過大造成泄漏。泥水平衡頂管掘進機正常工作時，刀盤按預先設定的壓力緊貼在被切削的土體斷面，在后方頂力作用下一方面旋轉(zhuǎn)切削土體，一方面向前推進維持土體的平衡。切削下來的土進入掘進機泥水倉，然后從排泥管中被排除。5．設備現(xiàn)場安裝井下設備安裝包括出口器安裝、導軌安裝、千斤頂安裝、后背墻安裝及頂管機井下就位等，其中出口器安裝在“頂管出洞”已作介紹。6．導軌安裝導軌用型鋼和P38以上鋼軌制作，鋼軌焊于型鋼上，型鋼用螺栓緊固于鋼橫梁上，以便裝拆。鋼橫梁置于工作井底板上，并與底板上的預埋鐵板焊接，使整個導軌系統(tǒng)成為在使用中不會產(chǎn)生位移的、牢固的整體。導軌及千斤頂支架系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡圖導軌安裝在頂管中至關重要，其安裝精度甚至決定管道是否可頂好，故須達到如下要求：a)兩導軌應順直、平行、等高，其縱坡應與管道設計坡度一致b)導軌軸線偏差≤3mm；頂面高差0～＋3mm；兩軌間距±2mm。7．千斤頂安裝主頂站千斤頂固定在型鋼制作的千斤頂支架上，支架焊在井底的橫梁上，千斤頂著力點應在與水平直徑成45°的頂管圓周上，即與管道中心的垂線對稱，其合力的作用點在管道圓心上，如上圖所示。每個千斤頂?shù)目v線坡度應與管道設計坡度一致。8．后背墻安裝工作井雙向工作，故選用周轉(zhuǎn)使用的裝配式后背墻，如下圖所示。后背墻用20號工字鋼焊成一堵墻，為頂管的反力提供一個垂直的受力面，正面焊一塊4cm厚鋼板，使各工字鋼受力更均勻。工字鋼墻的空隙中灌滿自密砼，形成一道由厚鋼板、工字鋼和砼組成的、牢固的、剛度很大的復合后背墻，承受千斤頂傳來的頂進反力。后背墻安裝無誤后，在后背墻與圓弧形井壁間澆筑砼，并墊一層8cm厚的木板，以使井壁受力均勻。裝配式后背墻結(jié)構(gòu)簡圖9．頂管機下井井下設備安裝完后，用汽車吊將經(jīng)保養(yǎng)、檢查、調(diào)試好的頂管機吊下工作井，置于涂滿潤滑黃油的導軌上。因?qū)к壈惭b精度是嚴格控制的，故頂管機座上導軌就已準確定位。井下設備和頂管機安裝完畢后，啟動油泵，伸縮千斤頂，檢查千斤頂與后背墻的配合，頂管機與出口器及分壓環(huán)的間隙等。準確無誤后即可開始出洞頂進。頂管施工中可能出現(xiàn)的問題及采取的措施1．頂管機旋轉(zhuǎn)頂管機在頂進過程發(fā)生旋轉(zhuǎn)幾乎在每條頂管中都會出現(xiàn)，將影響管內(nèi)設備的使用，甚至使液體外溢等?？刂菩D(zhuǎn)的方法很多，本工程將采取兩種措施：一是頂管時控制刀盤的旋轉(zhuǎn)方向，將刀盤向機體旋轉(zhuǎn)的反向轉(zhuǎn)動，使頂管機受反向扭矩，從而糾正機體，頂進過程中，不斷正、反轉(zhuǎn)刀盤，頂管機的旋轉(zhuǎn)就可得到有效控制。二是采取配重法，頂管機內(nèi)的設備布置注意了重量對稱分布，以防頂管機旋轉(zhuǎn)，但頂進中的機體旋轉(zhuǎn)仍常有發(fā)生，處理方法是在頂頭內(nèi)擺放配重，若頂管機左旋，即在機內(nèi)右側(cè)擺放配重，若右旋，配重就擺左邊，效果良好，因頂管機內(nèi)設備已考慮了重量對稱分布，故所用配重的數(shù)量較小，配重一般用廢鐵板、鋼筋等?？刂祈敼軝C旋轉(zhuǎn)示意圖此外，中繼站千斤頂稍微傾斜放置也是糾正管道旋轉(zhuǎn)的一種措施，此法僅作為備用保證措施。2．管節(jié)接頭漏漿管節(jié)接頭滲漏很少出現(xiàn)，出現(xiàn)位置多在膨潤土壓漿孔處（因膨潤土泥漿壓漿壓力過大擠入管內(nèi)），施工中應予避免。萬一出現(xiàn)，可用專用止水鋼環(huán)止水（如下圖所示）。管縫止水鋼環(huán)結(jié)構(gòu)圖專用止水環(huán)用三片120°圓弧鋼環(huán)組成，外貼止水橡膠片，之間用螺桿連接。擰緊螺母，圓環(huán)直徑會增大，使止水鋼環(huán)外橡膠片緊貼管縫，制止泥漿滲入，頂管結(jié)束時再作永久性止水處理。3．地面沉降或隆起、穿越地面障礙物控制沉降與隆起的主要技術(shù)措施有：⑴精心操作，控制挖土與頂進的量與速度，避免土體超挖和頂管機的過量擠進，使挖土與頂進始終處在動態(tài)平衡狀態(tài)。⑵量測每頂進1m所挖出的土的方量，進尺與挖土量相當，沉降隆起就可控制。⑶頂管穿建筑物前，必須使頂頭調(diào)至正位，并保養(yǎng)好機頭。穿建筑物頂管時，加密測量密度，控制好方向，避免在建筑物下作過大的糾偏操作（過大糾偏是地面沉降原因之一），并且連續(xù)作業(yè)、一氣可成，機頭不得在建筑物下停滯，保養(yǎng)等。同時還要加強現(xiàn)場值班，現(xiàn)場資料分析與決策等管理工作，并加強對建筑物的沉降觀測，確保建筑物安全。⑷加強膨潤土泥漿壓漿。泥漿在頂管中起潤滑與支護雙重作用，在管外壁與土間始終充滿膨潤土泥漿，支護著管周土體不擠向管外壁，是減小沉降的措施之一。⑸在頂管施工覆土層較薄（小于1米）處，采用填土、壓路機壓高、壓厚處理。4．管道頂進及糾偏管內(nèi)的測量儀器采用激光經(jīng)緯儀進行，施頂過程中，應勤測，每天6—8次，檢查管道的偏差。管道的偏差是通過布置在機頭的四組糾偏千斤頂來進行調(diào)整，若機頭偏左，則千斤頂采用左伸右縮的調(diào)整方法，反之亦然。施工時應嚴格控制管頭走向，隨時糾偏，控制好管道的線型，另外，在頂管中還可采用挖土校正法、強制校正來對特殊情況進行糾偏處理。5．管道頂進注意事項(1)、螺栓聯(lián)結(jié)橡膠止水環(huán)及安放軌道，一定要確保安放精度，保證軸線和標高的誤差在+5mm以內(nèi)；(2)、管道作業(yè)井內(nèi)嚴禁使用明火和抽煙，以防止可能產(chǎn)生的沼氣等可燃性氣體被引燃爆炸；(3)、保證頂管的質(zhì)量，要做到勤頂、勤測量、勤出土、勤糾偏，切忌悶頂；(4)、在頂管頂進過程之前要開挖管線樣槽，詳細了解地下管線及障礙物，作到心里有數(shù)，必要時可通過曲線頂進方式繞過障礙物。6．監(jiān)測為防止管道頂進對地表構(gòu)筑物產(chǎn)生影響，施工中須對經(jīng)過沿線的建筑物進行監(jiān)測。以便及時采取有效措施。正在頂進之前，在頂進軸線上每隔10m設置一個沉降觀測點，另外在可能會造成破壞的建筑物墻角下也設置沉降觀測點，定期進行水準測量，一般每天測量兩次，特殊情況下應增加測量次數(shù)。頂管施工方案頂管施工設計方案頂管前準備工作1、頂管施工方法的選定應根據(jù)施工沿線的地形、工程和水文地質(zhì)、交通狀況、地上建筑物、地下管線和有無地下障礙物等實際情況和對地表變形控制的要求綜合考慮后作出選定，必須確保安全，保證質(zhì)量，經(jīng)濟適用，節(jié)約用地。2、保證工程質(zhì)量、安全、文明施工、保護地面建筑物與地下管線、維持道路交通等要求，根據(jù)不同的工程地質(zhì)、水文地質(zhì)與施工環(huán)境和條件合理選擇頂管機頭。頂管施工順序及工藝流程一、施工順序基坑底基礎及坑避支護──安裝導軌──設置承壓壁──安裝主頂設備──安裝頂管機頭──安置起重機械──安置土方運輸設備──安放管節(jié)──頂進頂進工藝流程：中心線測量──地下情況探測──安裝頂機架與主頂裝置──頂進管機頂進，吊下一節(jié)管節(jié)──管節(jié)頂進────頂完第一節(jié)管，吊下一節(jié)管──管節(jié)拼裝──頂力接近許用力──吊放中繼環(huán)──同上繼續(xù)再頂──出洞，頂管機與管節(jié)分離。頂管設備安裝a、安裝導軌導軌采用裝配式導軌，安放在砼基礎面上，導軌定位后，必須穩(wěn)固正確，在頂進中承受各種負載時不位移，不變形，不沉降，導軌安放前應先復核管道中心位置。二根導軌必須互相平行，等高，導軌面的中心標高應按設計溝底標高設置，在頂進中必須經(jīng)常復測調(diào)整，以確保頂進軸線的精度。導軌的坡度應與設計管道坡度相一致。導軌采用輕型導軌，由鋼軌、橫梁和墊板組成。b、設置承壓壁承壓壁應承受和傳遞全部頂力，必須具有足夠的強度和剛度，應根據(jù)最大頂力計算具有較大的安全度。1、方形沉井前墊以40×40cm方枕木，枕木外襯厚5cm鋼板作為承壓面，鋼板面必須與頂進軸線相垂直，鋼板就位后，應用鋼絲繩牽牢防止傾倒。2、采用簡易積坑加砼靠背（須取得設計單位或監(jiān)理單位的同意）。c、安裝主頂設備主頂設備組成：頂管機2臺。頂進工作井安裝管節(jié)程序：沉井中心線測量放樣──安裝頂機架與主頂裝置──頂進管機頂進，吊下一節(jié)管節(jié)──管節(jié)頂進────頂完第一節(jié)管，吊下一節(jié)管──管節(jié)拼裝──頂力接近許用力──吊放中繼環(huán)──同上繼續(xù)再頂──出洞，頂管機與管節(jié)分離。頂進1、頂進方法要點（1）開始頂進前應檢查下列內(nèi)容，確認條件具備時，方可開始頂進。（2）全部設備經(jīng)過檢查并經(jīng)過試運轉(zhuǎn)。（3）頂管在導軌的中心線、坡度和應符合規(guī)定。（4）防止流動性土或地下水由洞口進入工作井的措施。2、頂進工具管切入土體后應嚴格控制其水平偏差不大于5mm，其高程為設定標高加以拋高數(shù)。工具管與第一節(jié)鋼管連接時，其尾部至少須擱在導軌上20～30cm，并立即進行砼管的連接。開始人工挖土前，應先將刃口部分切入周邊土體中，挖土程序自上而下分層開挖，嚴防正面坍方。挖土當遇到地下障礙物，應在采取安全措施條件下，先清除后予以繼續(xù)頂進，如遇特殊或緊急情況，應及時采取應變技術(shù)措施。頂管道內(nèi)土采用機頂設備再次頂進，將管內(nèi)泥土頂出管道外面。頂管交接班時將開挖情況和排除故障所采取的措施作逐一詳細交換。3、測量頂管必須按照設定的管道中心線和工作井位建立地面和地下測量控制系統(tǒng)，控制點應設在不易擾動，視線清楚，方便校核的地方，并加以保護，必要時增設每點有二個以上便于校核攀線樁。頂進坑內(nèi)應設置由地面水準點引入的臨時水準點，在交接班時進行儀器高程的校對和調(diào)整，頂進軸線由設計管道中心通過經(jīng)緯儀引入坑內(nèi)，然后對中觀測。糾偏測量及控制工程常采用經(jīng)緯儀進行簡單有效的地面控制測量，使地面控制測量中的誤差趨進1cm，水準點控制網(wǎng)則利用現(xiàn)有道路已設水準點布設水準網(wǎng)，直接引入工作井內(nèi)。本工程的地下導向采用J2激光經(jīng)緯儀，由一束紅色的激光直指機頭尾部的激光靶，在頂進的過程中，操作者隨時可以得到偏差值，保證頂管方向的精確要求。在布置工作井后方的測量儀基座時，必須避免由于頂進內(nèi)沉井受力使得儀器座產(chǎn)生移動或變形，如果儀座發(fā)生微小位移，應及時對軸線和標高進行調(diào)整。要機頭內(nèi)，安裝有傾斜儀傳感器，操作者可指導并及時糾偏。頂進糾偏必須勤測量，多微調(diào)。糾偏角度應保持在10以內(nèi)，最大不得大于1.50。由于在起始推進階段，機頭和方向主要通過主頂油缸進行控制，所以一方面要減慢主頂?shù)耐七M速度，另一方面在不斷的調(diào)整油缸組以及最終符合設計坡度要求和質(zhì)量標準為原則。頂管作業(yè)安全措施安全生產(chǎn)是關到職工的生命和國家財產(chǎn)不受損失，在施工過程中必須認真堅決貫徹執(zhí)行“安全第一，預防為主”的方針，牢固樹立“管生產(chǎn)必須管安全”的思想，把安全生產(chǎn)的三點重要指示落實到生產(chǎn)的實處，指導生產(chǎn)的全過程，使得每個施工管理人員都牢記安全生產(chǎn)責任重于泰山的教導。安全生產(chǎn)的目標1、杜