泥水平衡顶管施工

9.13管网施工 厂外截污干管W79～W101位于施济桥至污水厂的濑溪河左侧，共约1060M，W82～W83管段为D1500钢筋砼顶管125米，其余为D1400塑料管（玻璃钢管或HDPE管）。过沟河管道采用架空桥箱涵排水沟，其内空尺寸为1400*1400。截污干管埋设深度在2.4～11.5m，污水管流水坡度为i＝0.07％。检查井设计间距50～60米，局部地段设置压力井，并每隔20米左右引出通气管至20年洪水位以上。污水管道采用承插接头，管道承口应放在进水方向，插口放在出水方向。管道与井壁间采用中介层，加水泥砂浆。管道安装按95S516/5，6，7的要求需用砼包管成120°、180°、360°基础。管道接口采用铁丝网水泥砂浆抹带接口。若采用HDPE管，接头型式采用加强带热熔焊连接。 厂区管线有：工艺污水管道、工艺污泥管道、超越管道、放空管道、给水管道、雨水管道、厂区排水管道、厂区加氯管线、排渣管等。 9.13.1沟槽及检查井土石方开挖 土方开挖采用机械和人工相结合的施工方式，石方采用爆破，沟槽放坡坡度根据土质情 况控制在1:0.1～0.8之间，挖出的土石方堆于沟槽上口1米外。管道基础承载力应不小于200kpa，达不到要求的地方采用浆砌块石换填。在路基填方地段，先按道路密实度要求回填到路基标高，然后再开挖管槽，施工管道；在高填方地段先回填至管顶以上1.5m后，再开挖管槽，施工管道，且此段管道基槽须超挖0.5m，用砂卵石或级配碎石回填至管槽底部标高。 9.13.2管道安装 基槽经验槽合格后，先施工垫层，排出管道中心线和两个外边线。管道垂直运输采用挖机或人工，就位后立即进行管道固定，以防管道偏移。钢筋砼管道接口按照95S516/5，6，7的要求，采用钢丝网水泥砂浆抹带。 9.13.3管井 检查井、跌水井均为矩形。分别采用M10水泥砂浆砌C30砼块，流槽及流槽以下井筒用M10水泥砂浆砌MU30清条石，现浇C30钢筋砼井，流槽砌清条石；上部砌块下部钢筋砼井，流槽砌清条石。 砌体形式管井，采用随砌随安管道方法；钢筋砼管井，采用预留管道直径+20cm的圆孔，管道安好后，用M10水泥砂浆填，井深超过3.5m的管井分两次施工，施工留置在流槽上0.3m处。钢筋砼管井模板采用组合钢模板，局部用木模板，ф12对拉螺栓@600×600，ф48脚手架钢筋支撑。 管井施工除满足设计和规范要求外，尚需注意如下事项： 1）砂浆和砼配合比必须经实验室配制。砂浆和砼均采用机械搅拌，严禁人工搅拌。 2）浆砌清条石流槽，槽内必须扁光。 3）钢筋砼管井的钢筋接头采用闪光对焊和绑扎搭接，直径≥16采用闪光对焊，直径＜16采用绑扎搭接，搭接长度35d。 其余钢筋、砼施工参照建构筑物。 9.13.4试验 按照规范要求，管道每安装完200m后，要进行闭水试验合格后方可进行回填，作好试验记录。 9.13.5土石方回填 管线结构验收合格后，基槽应及时回填，回填应在保证管道的强度达到设计强度、闭水试验合格后进行回填施工，且回填尽可能与沟槽开挖施工形成流水作业。 1.为了保证回填土的质量，应严格控制回填土的含水量及压实密实度。 2.回填土的含水量必须符合要求，当回填土的含水量过大时，根据天气、现场情况，采用晾晒或掺拌石灰粉的措施，以达到回填土的最佳含水量。 3.为了避免井室周围下沉的质量通病，在回填施工中应采用双填法进行施工，即井室周围必须与管道回填同时进行。待回填施工完成后对井室周围进行2次台阶形开挖，然后用9%灰土重新进行回填。 4.回填土在管底两侧至管顶以上0.5m范围内不得含有有机物及大于10cm底大块砖石硬块，分层用人工夯填，每层压实厚度不大于30cm，压实度≥0.9，道路以下的管道回填压实度同道路路基要求。具体施工操作应严格按操作规程进行。 5.回填前清除槽内杂物、排除积水。 6.沟槽两侧须同时回填，且两侧高差不得超过30㎝，管顶以上50㎝范围内应特别注意夯实设备的选用，以防止对管道结构造成损坏。 7.回填土每层虚铺厚度为20～25㎝。 8.回填土中不得有碎砖、石块。 9.分段回填时，相邻段的接茬应呈阶梯状，且不得漏夯。 10.胸腔土密实度为95%以上，管顶以上50㎝范围内填土密实度为90%以上。 11.每层回填完成后必须经质检员检查、试验员检验认可后方准进行下层回填工作。 9.13.6顶管施工 本工程W-82～W-83管段设计采用 级钢筋砼顶管,管径DN1500，大体平行于濑溪河顶进，全长约125米。穿越地层主要是含水量较重的土和砂质泥岩，地下水位较高，顶管施工应时时监测土压力的变化，并相应调整推进压力，始终使其处于平衡状态顶进施工；尤其要控制好穿越含水土层的施工，防止因施工引起地面沉降。本段顶管机头采用MEP1500泥水平衡机头 9.13.6.1顶管施工周期如下图： 顶管施工顶进周期进度控制图 泥水平衡顶管施工推进速度按30m/天考虑。 9.13.6.2泥水平衡顶管机头、配套设备选择 1.泥水平衡顶管机的选择 根据此土质，我公司拟采用日产伊势机公司MEP型泥水平衡顶管机头。该机种的刀盘可根据前方土压力的变化自动伸缩，伸缩的同时进泥量也可随之变化。使前方平衡土压力始终保持定值，该机种是目前平衡土压力最准确的顶管机，可保证地面沉降量最小。 （1）施工原理：当掘进机正常工作时，进排泥阀均打开，而机内旁通阀则关闭。泥水从进泥管经过进排泥阀门而进入掘进机的泥水仓里。而泥水仓里的泥水则通过由排泥管道排出，只要调节好进、排泥水的流量，就可以使掘进机的泥水仓中建立一定的压力。 （2）特点 a.泥水平衡顶管机的特点是具有双重平衡功能，即其全断面的大刀盘能自动平衡顶进正面土体的土压力，同时，通过对泥水室进行泥水加压，又能平衡地下水压力。 b.此外，本机还装有主顶速度检测仪、倾斜仪等可对顶进速度、机头旋转、水平倾角自动进行测量。 c、机头内刀盘后部装有液压检测土压力的感应装置，随时监测正面土压力，当土压力变小时可提高顶速。土压力变大时则降低顶速，使土压力始终保持定值。平衡正面的土压力，从而达到避免前方土体塌陷而造成地面沉降。 d.机头顶进时在刀盘与前方土体之间可形成一层泥膜，可达到稳定前方土体的效果可使顶进面始终处于平衡的最佳状态，有效地控制地表沉降于20mm以内。 （3）与其他型式顶管方法相比泥水式顶管具有以下优点： a.适用的地质范围较广，如遇到地下水位较高以及地质变化范围大的土质条件，它都能适用。 b.可保持挖掘面的相对稳定，对周围土层的影响较小，施工后地面沉降极小。 c.与其他类型的机种相比，泥水顶管的推力较小，最适宜于长距离顶管。 d.工作坑内作业环境较好，作业比较安全。由于采用泥水输送弃土，没有吊土、搬运土方等较易发生危险的作业。可以在大气常压下作业。如挖掘面稳定，不会造成地面沉降而影响交通及各种公用管线的安全。 e.由于可以连续出土，因此大大提高了推进速度。 2.配套设备介绍： （1）进排泥泵 ：选用不仅能泵送清水，而且泵送r=1.3以下的离心泵作为进排泥泵。 （2）基坑旁通 基坑旁通可改变泥水循环方向，防止管内堵塞。 （3）泥水管路系统，包括泥水钢管、泥水软管、手动明杆式闸阀、流量系统、隔膜式压力表等。 9.13.6.3顶管动力、照明配套详见下表： 顶管施工动力设备表 序号 设备名称 数量 总功率（kw/h） 1 刀盘电机 2 35 2 送、排泥泵电机 3 90 3 纠偏油泵电机 1 0.75 4 后方顶液压动力站电机 1 30 5 注浆泵电机 1 3 6 潜水泵 2 15 7 电焊机 1 15 8 合计 188.75         动力电缆设置：管内设置一路电缆，按其配套动力负载功率，选择电缆规格，供电采用TN-S方式，三相五线制移动电缆装接。为防止长距离以后的电压降问题，因此在中间设置升压变压器增压，同时放大电缆截面，以减少电阻，电缆接头采用电缆接头箱。 9.13.6.4人员安排计划 机头控制                 2人 测量工                   2人 注浆工                   2人 电工                     2人 电焊工                   2人 辅助工                   6人 合计                     16人 9.13.6.5管子与接口 1.管子 根据设计要求,采用“F”型钢承口式钢筋砼管，接口采用挈形橡胶密封圈。 2.管材与接口验收 选用优良管材并处理好管子接口对顶管施工是十分重要的。对于成套管材，要按有关规范对管材作现场检查验收，如发现不合格品坚决予以退回。 3.施工期间的复验 施工前再次检查管子接头的槽口尺寸，橡胶圈和衬垫板的外观和质地。确认合格后可在接口处均匀涂抹薄层硅油等对橡胶无侵蚀性的润滑材料以减少摩阻力。承插接管时加力要均匀，应保证橡胶圈不移位，不反转，不露出管外。顶管结束后要按设计要求在管内间隙处填充弹性密封膏，并与管口抹成一个光滑的渐变面。  9.13.6.6测量放样 1.顶管工程的测量工作是整个顶管工程质量的关键，它的实施好坏将直接影响到管线线形的平顺，甚至影响到顶管的顺利贯通，因此需精心实施，确保无误。 2.本工程测量包括高程测量和左右偏差测量两部分。 3.高程测量较简单，在地面上把永久性水准引测至井边，通过垂直吊钢尺引测至井下，设临时水准点，再在管道内架设水准仪测至机关内标靶，即可知道机头高程偏差。此水准还可从机头测出来，闭合差按二级水准控制。 4.左右偏差测量可在后座设一激光经纬仪，在满足通视的条件下，直接看机头内标靶就可知道左右偏差。 5.根据接收井预留井间隙，考虑到沉井土建施工存在误差，机头操作也存在误差，我们把管道内导线测量误差控制在±25mm。导线测量测回数定为一测回，必要时增加测回数。 9.13.6.7顶管注浆 顶力控制的关键是最大限度地降低顶进阻力，而降低顶进阻力最有效的方法是进行注浆。注浆使管周外壁形成泥浆润滑套，从而降低了顶进时的摩阻力，在注浆时做到以下几点： （1）选择优质的触变泥浆材料，对膨润土取样测试。主要指标为造浆率、失水量和动塑比。 （2）在管子上预埋压浆孔，压浆孔的设置要有利于浆套的形成。 （3）膨润土的贮藏及浆液配制、搅拌、膨胀时间，听取供应商的建议但都必须按照规范进行。一般注浆性能配方详见下表： 顶管注浆性能调配参考表 膨润土 纯碱 掺加药剂 漏斗粘度 视粘度CP 失水量ml 终应力 比重 稳定性 8% 4‰ Cmc、PHP 1′19″2 21 12.6 80 1.048 0—0.001                   根据我公司数年实践经验及几十次实验而研制的独特配方，可以使顶进时的摩阻力最低降到0.25t/m2，可以大大减小顶进阻力。 （4）压浆方式要以同步注浆为主，补浆为辅。在顶进过程中，要经常检查各推进段的浆液形成情况。 （5）注浆设备和管路要可靠，具有足够的耐压和良好的密封性能。在注浆孔中设置一个单向阀，使浆液管外的土不能倒灌而堵塞注浆孔，从而影响注浆效果。 （6）注浆工艺由专人负责，质量员定期检查。 （7）注浆泵选择脉动小的螺杆泵，流量与顶进速度相应配。 9.13.6.8泥水平衡顶管施工工艺流程图如下： 泥水平衡顶管施工工艺流程图 工程开始 测量放样 放样复核 基坑构筑 地面设备安装 工作坑设备安装 注浆材料准备 出洞准备 机头出洞 中继间安装 注浆减摩 顶管推进 下管、接口安装 水平顶进 结 束 顶管进洞 9.13.6.9工具管进出洞口技术方案 1.为防止掘进机出洞时产生叩头现象，可以采用延伸导轨，并将前三节钢砼管与机头做成钢性联接。 2.为使进出洞口顶进过程中不发生泥水流失，在进出洞口里安装橡胶止水法兰。 3.进洞措施： 1)作好进洞前的准备工作，包括人员设备； 2)机头进洞后，及时将与机头连接的管子分离，机头及时吊出井外；并抓紧处理井内泥浆和进行洞口封门止水。 3)机头进洞后止水工作抓紧作好，洞口处土体流失、管子沉降等现象就不会发生，也是保证顶管质量的关键。 4.出洞措施： 1)作好进洞前的准备工作，包括人员设备； 2)机头进洞后，及时将与机头连接的管子分离，机头及时吊出井外；并抓紧处理井内泥浆和进行洞口封门止水。 3)机头进洞后止水工作抓紧作好，洞口处土体流失、管子沉降等现象就不会发生，也是保证顶管质量的关键。 9.13.6.10推进的理论计算（按最长段123米计算） F=F1+F2    其中F—总推力、 F1—迎面阻力 、F2—顶进阻力  F1=π/4*D2*P（D—管外径1.350m   P—控制土压力）  P=KO*γ*HO 式中KO--静止土压力系数，一般取0.9 HO--地面至掘进机中心的厚度，取平均值5m γ--土的湿重量，取2.5t/m3 P=0.9*2.5*5=11.25t/m2 F1=3.14/4*1.352*11.25=16.09T F2=πD*f*L     f—注浆后管外表面综合摩阻力系数,取1.5t/m2 D—管外径   D=1.35m   L—顶距     L=123m F2=3.14*1.35*1.5*123=782.09T 总推力F=16.09+782.09=798.18T 根据计算，该段顶管最大顶力为798.18 T，大于工作坑所能承受的设计允许顶力，因此，需设中继间进行接力顶进。此段顶管拟在机头后部安放一只中继间，距机头40米，即可满足施工顶力要求。 9.13.6.11建筑物及轴线上方管线沉降控制及保护措施 为了保证在施工中做到对环境的充分保护，我们将从以下几方面采取措施，来控制沉降，确保管线与房屋的安全。 本次施工选用封闭式泥水平衡机头Ф1500泥水平衡顶管机。在顶管作业时，可通过操作台控制顶速，使迎面土压力保持在主动土压力和被动土 压力之间，即在0点附近一小段，在通常情况下，土压力可按实际情况控制在P±20KPA范围，地面沉降可控制在1cm以下。 根据我公司过去经验，在顶进过程中，控制好顶进压力、注浆量、推进速度，以及控制好轴线测量工作，作到勤纠勤测，精心操作，精心施工，沉降量可以做到0.5cm以内,这样可有效的控制沉降，达到预期的控制目标，确保管线与建筑物的安全。 9.13.6.12顶管施工质量控制如下表： 顶管施工质量控制参数表 项目 允许偏差 钢筋砼管最大偏角 0.5° 管线轴线偏差 L ≥70M 50MM 标高偏差 L ≥70M +30～-40 相邻管节错口 ≤ 15MM无碎裂 接口抗渗试验应达 0.11MPa 内腰箍不渗漏，橡胶止水圈不脱出       顶管顶进过程中地面沉降控制范围表 项 目 允许变化范围（MM） 地面隆起的最大极限 +30 地面沉降的最大极限 -30     顶管在纠偏过程中，应勤测量，多微调，每项纠偏角度应保持10′～20′，不得大于1°