泥水平衡法頂管施工技術(shù)的應(yīng)用

1、中化二建集團(tuán)有限公司工程系列專業(yè)技術(shù)職務(wù)任職資格參評論文 論文題目:泥水平衡頂管法在城市燃?xì)?單 位 中化二建集團(tuán)有限公司第二分公司姓 名 劉世華現(xiàn) 專 業(yè)技術(shù)職務(wù) 工程師申報專業(yè)技術(shù)職務(wù) 高級工程師目 錄一、 緒論:. 3二、古交(清徐至太原煤層氣輸氣管道施工工程穿越大運(yùn)高速頂管施工 41、工程概況 . 42、編制依據(jù) . 53、施工方法 . 64、施工工藝 . 65、主要工序施工過程及措施 . 7三、結(jié)論 . 14四、參考文獻(xiàn):. 14【中文摘要】:頂管施工作為一項(xiàng)非開挖敷設(shè)管道的施工方法在市政、長輸 管道的施工中得到廣泛的應(yīng)用。頂管施工是一種土層地下工程施工方法,它 不需要大面積開挖,可

2、以減少對施工周邊環(huán)境的影響,縮短施工工期。頂管 施工的適用范圍較大,例如:管道穿越鐵路、公路、河流和建筑物時;街道 狹窄,兩側(cè)建筑物較多;在市區(qū)交通量大的街道施工,又不能阻斷交通;管 道覆土深,開槽土方量大,且需要支撐;河道以下施工等。泥水平衡頂管法 作為一種較新型的頂管技術(shù),具有適用土質(zhì)廣,挖掘面穩(wěn)定,地面沉降小的 優(yōu)點(diǎn)。下面就泥水平衡頂管法在城市燃?xì)夤夤艿赖氖┕み^程中的應(yīng)用作出 詳細(xì)介紹?！娟P(guān)鍵詞】:泥水平衡頂管法 新型 城市燃?xì)夤夤艿酪?、緒論:頂管施工作為非開挖施工的主要施工方法,其施工過程中常用的施工方法 為為人工手掘式頂管,其包含敞開式和氣壓法式;其中人工手掘法是在頂管 的前段裝

3、設(shè)工具管,施工過程中采用人工手動的方法來破碎工作面的土層, 然后利用人工和機(jī)械將破碎的土層外運(yùn)至指定的地方;人工手掘法適用于黏 性、砂性或硬質(zhì)泥巖土層,且無地下水影響,管徑要求在 1000mm-3000mm ,且 頂管長度不宜過長, 一般不大于 30m 。 其優(yōu)點(diǎn)是工作坑占用場地小, 設(shè)備簡單、 技術(shù)難度低,設(shè)備安裝時間短,便于推廣。其缺點(diǎn)是:對地質(zhì)條件有局限性, 例如對流體性大的土質(zhì)不適宜;頂進(jìn)面的土壓不能平衡,容易塌方,易引起 安全事故;人工的勞動強(qiáng)度大,施工速度慢,且人進(jìn)入管道內(nèi)容易產(chǎn)生安全隱患;頂進(jìn)的管道不宜過小和過長,因?yàn)槿藛T要在管內(nèi)自有走動。隨著如今 管道施工的地層土質(zhì)情況越來越復(fù)

4、雜、管道穿越距離越來越長、管道的埋深 越來越深、要求的施工周期越來越短、人工工資的大幅度增長等因素,導(dǎo)致 人工手掘法頂管已無法完全滿足日新月異發(fā)展的施工要求。故泥漿平衡頂管 法作為一項(xiàng)新型的頂管技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。泥水平衡式頂管法是采用機(jī)械切削泥 土,利用壓力來平衡地下水壓力和土壓力,棄土采用水力輸送的壓力進(jìn)行棄 土作業(yè)。泥漿平衡頂管法的優(yōu)點(diǎn):適用土質(zhì)范圍比較廣;可有效的保持挖掘面的 穩(wěn)定,對所頂管道周圍的原土擾動很小;與其它頂管方法相比較,其施工時 的總推力較小,尤其在黏土層的表現(xiàn)尤為突出,故該方法適用于長距離頂管 作業(yè);工作坑內(nèi)的作業(yè)環(huán)境較好,且不用大量人工下坑作業(yè),作業(yè)安全程度 高;棄土采用泥

5、水輸送不間斷作業(yè),所以其作業(yè)的速度比較快。以上的優(yōu)點(diǎn) 讓其在特殊作業(yè)環(huán)境下逐步取代了人工手掘法頂管施工作業(yè)。二、古交(清徐至太原煤層氣輸氣管道施工工程穿越大運(yùn)高速頂管施工 1、工程概況1.1工程概況:該工程為太原市煤氣公司對古交(清徐至太原煤層氣輸氣管道施工工程 第四標(biāo)段,管線全長 5.468Km ,管徑為 813×14.3mm 和 813×15.9mm 。管 線設(shè)計壓力 4.0MPa, 管材為螺旋縫埋弧焊鋼管和直縫埋弧焊鋼管,材質(zhì)為 L415。工程場地復(fù)雜程度等級為二級,地基復(fù)雜程度等級為二級,管道線路 巖土工程勘察等級為乙級。1.2現(xiàn)場分析和方案選擇:管道在施工過程中需

6、要跨越大運(yùn)高速公路(X053附近,因?yàn)榇筮\(yùn)高速公 路為山西的重要公路樞紐,圖紙要求對該段道路進(jìn)行頂管穿越施工,穿越深 度為 -5.4m ,通過詳細(xì)的地址勘察報告以及現(xiàn)場的實(shí)際現(xiàn)場情況進(jìn)行取樣分 析,該段的土質(zhì)主要為黏土及中粗砂土層,穿越的長度為 80m 。通過與設(shè)計單 位、監(jiān)理單位和建設(shè)單位相關(guān)人員共同協(xié)商,決定對該段工程采用泥水平衡 法頂管施工, 頂頂管管材采用級鋼筋混凝土排水管 ,頂管選用 RCP1500*2000- -GB11863,接口采用“ F ”型接口,齒型橡膠止水圈。2、編制依據(jù)2.1太原市煤氣公司對古交 (清徐 至太原煤層氣輸氣管道施工工程施工圖 ; 2.2太原市煤氣公司對古交

7、 (清徐 至太原煤層氣輸氣管道施工工程地質(zhì)勘察 報告等;2.3國家現(xiàn)行的施工技術(shù)規(guī)范、驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)及質(zhì)量、安全技術(shù)規(guī)程(1輸氣管道工程設(shè)計規(guī)范 GB 50251-2003(2鋼質(zhì)管道焊接及驗(yàn)收 SY /T4103-2006(3混凝土和鋼筋混凝土排水管 GB/T 11836-2009(4油氣輸送管道穿越工程設(shè)計規(guī)范 GB 50423-2007(5油氣輸送管道穿越工程施工規(guī)范 GB 50424-2007(6油氣長輸管道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范 GB50369-2006(7石油天然氣鋼質(zhì)管道無損檢測 SY/T4109-2005(8 關(guān)于處理石油管道和天然氣管道與公路相互關(guān)系的若干規(guī)定 (試行(9頂管工程技術(shù)及

8、驗(yàn)收規(guī)范(試行;3、施工方法3.1方法簡介根據(jù)現(xiàn)場的實(shí)際施工條件,由于管道埋深較深,穿越長度較長,從施工進(jìn) 度、安全及經(jīng)濟(jì)技術(shù)方面考慮。該處管道的穿越采用泥水平衡式頂管的施工 方法進(jìn)行穿越。頂管施工設(shè)備主要包括千斤頂機(jī)組 (500噸、高壓液壓站、 工具管、 U 型頂鐵、(Dt-1000型泥水平衡頂管掘進(jìn)機(jī)、送水、泥漿泵、排 漿泵、送排泥漿管、泥漿沉淀池、激光測量儀器、觸變泥漿輸送及泥漿運(yùn)輸 車等。4、施工工藝4.1施工工藝簡介微型的泥水平衡式掘進(jìn)機(jī)被主頂油缸向前推進(jìn),掘進(jìn)機(jī)頭進(jìn)入止水圈,穿 過土層到達(dá)接收井,電動機(jī)提供能量,轉(zhuǎn)動切削刀盤,通過切削刀盤進(jìn)入土 層。挖掘的土質(zhì),石塊等在轉(zhuǎn)動的切削刀

9、盤內(nèi)被粉碎,然后進(jìn)入泥水艙,在 那里與泥漿混合,最后通過泥漿系統(tǒng)的排泥管由排泥泵輸送至地面上。在挖 掘過程中,采用復(fù)雜的泥水平衡裝置來維持水土平衡,達(dá)到消除地面的沉降 和隆起的效果。掘進(jìn)機(jī)完全進(jìn)入土層以后,電纜、泥漿管被拆除,吊下第一 節(jié)頂進(jìn)管,它被推到掘進(jìn)機(jī)的尾套處,與掘進(jìn)頭連接管頂進(jìn)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(jìn),這個過程不斷重復(fù),直到所有管道被頂入土層完畢。掘進(jìn)機(jī)在掘 進(jìn)過程中,采用了激光導(dǎo)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(biāo)高及方向位置后,對準(zhǔn)掘進(jìn)機(jī)內(nèi)的定位光靶上,激光靶的影像被捕捉到機(jī)內(nèi)攝像

10、機(jī)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)需要開對其進(jìn)行糾偏的,調(diào)整切削部分頭部上下左右高度。 在整個掘進(jìn)過程中,通過激光導(dǎo)向控制系統(tǒng)控制整個管道水平、垂直方向上 的偏差。4.2施工工藝流程測量放線 -沉井制作及接收坑開挖 -沉井封底 -安裝導(dǎo)軌、設(shè)置承壓壁 -安裝泥水平衡頂管機(jī)進(jìn)洞(包含進(jìn)洞密封器安裝 -安裝泥漿系統(tǒng) -頂進(jìn)系 統(tǒng)的測量及調(diào)試 -泥漿平衡系統(tǒng)調(diào)試 -管道頂進(jìn)出土(主頂推進(jìn) -泥水分 離、棄土外運(yùn) -回縮主頂 -拆除管內(nèi)的泥漿管道等 -頂管管節(jié)安裝 -管內(nèi)泥 漿管道等安裝 -出洞口密封器安裝 -頂管作業(yè)完成(頂管機(jī)出洞 -將需要 穿越的煤氣管道通過混凝土管頂進(jìn)

11、進(jìn)行安裝 -管道施工完成 -頂管井回填。 5、主要工序施工過程及措施5.1施工準(zhǔn)備5.1.1組織施工人員熟悉施工圖, 并根據(jù)施工圖紙及施工方案對施工的相關(guān)人 員進(jìn)行技術(shù)交底,探討施工質(zhì)量保證措施,確保施工過程嚴(yán)格按照規(guī)范及施 工方案進(jìn)行施工。5.1.2開工前預(yù)先與交通管理部門等相關(guān)部門取得聯(lián)系, 按照各個相關(guān)部門的 具體要求,要求辦理穿越施工手續(xù),并編制頂管穿越專項(xiàng)施工方案,并按專 項(xiàng)方案的要求設(shè)置相應(yīng)的警示標(biāo)志及其它注意事項(xiàng)。5.1.3向高速公路管理的有關(guān)部門了解清楚穿越的路段內(nèi)地下是否有通訊線 路,管道等設(shè)施,對于此類設(shè)施應(yīng)請主管部門的有關(guān)人員現(xiàn)場指定位置,人 工開挖,使之暴露,保護(hù)方案應(yīng)

12、得到主管部門認(rèn)可。5.1.4頂管設(shè)備、配套設(shè)備及各種機(jī)具材料準(zhǔn)備齊全以滿足工程的施工要求。 5.1.5在頂管頂進(jìn)施工前,按要求進(jìn)行施工用電,用水,通道,排水及照明等設(shè)備的安裝。5.1.6井上,井下建立測量控制網(wǎng),并經(jīng)復(fù)核報驗(yàn)監(jiān)理認(rèn)可。5.2場地平整、測量放線5.2.1根據(jù)現(xiàn)場情況, 對施工范圍進(jìn)行場地平整, 在工作坑一側(cè)平整出一塊寬 30m ,長 30m 的施工場地。5.2.2測量放線(1根據(jù)設(shè)計給定的控制樁位,用經(jīng)緯儀放出穿越中心軸線,并定穿越中 心樁,施工帶邊線樁,撒上白灰線。(2放線同時放出操作沉井坑與接收坑的位置和開挖邊線。(3保護(hù)好中心線上的標(biāo)志木樁,以便按該樁測量、審核操作坑開挖深

13、度 和穿越準(zhǔn)確度。5.3頂力的計算最大推力計算,采用經(jīng)驗(yàn)公式,按最大頂距 80米計算:F=F1+F2上式中:F 總推力; F1端阻力; F2側(cè)壁摩阻力;F1=/4×D 2×P=1/4×3.14×22×7.04=22.11t式中 D 管外徑; P 控制土壓力;P=Ko··Ho=0.55×2×6.4=7.04t/m2式中:Ko 靜止土壓力系數(shù),一般取 0.55Ho 地面至掘進(jìn)機(jī)中心的高度,取值 6.4m土的重量,取 2t/m3F2=D ·f ·L=3.14×2×0.6&

14、#215;80=301.44噸式中:f 管外表 面綜合磨擦阻力 ,根據(jù)地質(zhì)勘察 報告,取值 0.6T/m2D 管外徑 L 頂距F=F1+F2 =22.11+301.44=323.55T 500噸, 所選的千斤頂進(jìn)系統(tǒng)可滿足施 工頂進(jìn)要求。5.4作業(yè)坑施工5.4.1根據(jù)頂管操作要求, 在穿越高速公路的兩端各開挖一個工作坑, 其中一 個作為作業(yè)頂進(jìn)的沉井工作坑,另一個作為接收首節(jié)管和泥漿平衡式頂管掘 進(jìn)機(jī)的接收坑。5.4.2工作井(沉井施工(1該工作井采用方形結(jié)構(gòu),長 *寬 =5*6米,深度為 8米,壁厚 50cm ;(2根據(jù)設(shè)計圖紙的要求以及施工現(xiàn)場的實(shí)際,確定沉井采取分兩節(jié)制作、 分兩次下沉和

15、排水挖干、干封底的施工方案。(3在進(jìn)行沉井的制作時,必須對預(yù)制的底板進(jìn)行特殊處理,保證其在制作 過程中均勻沉降,以確保沉井的預(yù)制質(zhì)量;(4沉井按要求制作完成后,下部的主要工作為沉井的下沉;(5沉井的下沉是整個工程的基礎(chǔ),故下沉的控制非常重要,一旦發(fā)生傾斜 就會給后續(xù)工序帶來困難,故對沉井的下沉必須嚴(yán)格按分段下沉的要求進(jìn)行; (6沉井的分段下沉a、首次下沉沉井澆筑后,開始首次下沉。沉井下沉必須由專人指揮。 初沉采用人工配合機(jī)械下沉。初沉是沉井下沉最關(guān)鍵的工序。沉井重心又高, 開挖若不均勻,就可能傾斜位移,沉井入土后,挖土應(yīng)分層、均勻、對稱的 進(jìn)行,分層厚以 30cm 左右一層為宜。井內(nèi)土面高差一

16、般應(yīng)控制在 0.5m 以內(nèi), 為防止突沉,靠近刃腳處盡可能不掏土,發(fā)現(xiàn)沉井傾斜,應(yīng)及時糾偏,如出 現(xiàn)突沉,應(yīng)分析原因,及時采取措施。b、第二次下沉第二次下沉在沉井最后澆筑后進(jìn)行。沉井下沉過程中,在做好觀測、分析刃腳壓力變化、分析挖土深度與沉井下沉量的關(guān)系的基礎(chǔ)上,確定合理的 開挖深度。沉井下沉至設(shè)計標(biāo)高后,經(jīng)觀測在 8小時內(nèi)累計下沉量不大于 100mm ,或沉降速率在規(guī)范允許范圍內(nèi)時,即可進(jìn)行沉井封底。(7沉井封底沉井下沉至設(shè)計標(biāo)高后按圖紙及規(guī)范要求進(jìn)行封底。5.4.3接收井施工(1接受井沉井為為矩形結(jié)構(gòu), 4m ×5.0m 米;高度為 7m ,壁厚 50cm 。(2其施工方法同工作

17、井的施工方法, 采取分節(jié)制作、 分次下沉和排水挖干、 干封底的施工方法。5.5頂管設(shè)備安裝就位 工完成的沉井的坑基進(jìn)行測量找平,保證符合頂管系統(tǒng)軌道安裝的技術(shù)要求。 5.5.2工作坑處理完畢, 用 50t 吊車將泥漿頂管設(shè)備以及其安裝軌道安裝就位, 安裝過程中采用激光經(jīng)緯儀及水準(zhǔn)儀測量、校正軌道,以保證泥水平衡式頂 管設(shè)備的中心線與設(shè)計管道的中心線絕對吻合,以保證施工精確度。5.5.3泥水平衡系統(tǒng)的安裝 （1）根據(jù)現(xiàn)場的實(shí)際情況，將泥漿系統(tǒng)的泥漿輸送泵、泥漿排除泵、泥漿送 排管、泥漿沉淀池、泥漿循環(huán)池分別按平面位置安裝就位。 （2）泥漿系統(tǒng)有二個作用：一是送走被挖掘機(jī)切削的渣土和平衡地下水。泥

18、 漿系統(tǒng)是由密封的管道組成，通過機(jī)頭循環(huán)，形成泥漿混合物，由排泥管送 走，最后沉淀在地面上的泥漿池內(nèi)，泥漿通過眾多的排泥泵被排出。二是在 有地下水存在的地方，掘進(jìn)機(jī)表面的壓力可以降低到小于水中的壓力。這樣 避免了抽地下水的需要。 5.5.4泥水平衡系統(tǒng)的調(diào)試 （1）注漿量計算 本工程每1米注漿量計算如下： V DwTL3.14×2×0.1×10.628 m3 （2）按照地質(zhì)條件。一般壓漿量為計算的150200，本工程在黏土層、 和細(xì)砂層的頂進(jìn)，故按照170進(jìn)行注漿量控制。 （3）注漿壓力根據(jù)管道深度H和土的天然重度 而定，經(jīng)驗(yàn)為23 H，本工 程注漿壓力為0.20

19、.3MPa。 （4）總注漿量應(yīng)不小于管外環(huán)形空間體積的 2 倍，考慮到泥漿的漏失，必須 經(jīng)常性地連續(xù)補(bǔ)漿，確保泥漿套的完整。 5.5.4 頂進(jìn)系統(tǒng)的安裝與調(diào)試 該工程的頂進(jìn)系統(tǒng)采用 500 噸液壓千斤頂系統(tǒng)，其頂進(jìn)采用集中控制系 統(tǒng)控制油壓來控制整個頂進(jìn)系統(tǒng)。 第 11 頁 共 14 頁 5.5.5 測量系統(tǒng)的設(shè)置 該測量系統(tǒng)采用激光經(jīng)緯儀進(jìn)行測量，將激光經(jīng)緯安裝在永久固定且不 易發(fā)生位移的位置，用激光經(jīng)緯儀測定頂管的中心線，確保頂管的中心線與 設(shè)計中心保持一致。 5.6 頂管作業(yè) 5.6.1 待泥水平衡掘進(jìn)機(jī)、泥水平衡系統(tǒng)、液壓千斤頂系統(tǒng)、測量系統(tǒng)均按要 求安裝及調(diào)試完成后，即可以開始管道的

20、頂進(jìn)作業(yè)，頂管作業(yè)時必須利用進(jìn) 口密封裝置將管道進(jìn)行密封，以確保泥漿的工作壓力。 5.6.2 在進(jìn)行頂進(jìn)作業(yè)時嚴(yán)防偏心，以免掘進(jìn)機(jī)的掘進(jìn)路線發(fā)生偏移。頂進(jìn)時 注意油壓變化，發(fā)現(xiàn)不正常時立即停止頂進(jìn)，并檢查原因。千斤頂活塞伸展 長度應(yīng)在規(guī)定范圍內(nèi)，以免損壞千斤頂結(jié)構(gòu)。在整個頂進(jìn)操作中應(yīng)堅持連續(xù) 作業(yè)，若頂進(jìn)間隔時間過長，土拱容易下塌，使頂力增大。 5.6.3 待掘進(jìn)機(jī)及第一段管道即將進(jìn)入泥土內(nèi)時， 首先拆除管道進(jìn)口的密封裝 置，然后按要求拆除管道內(nèi)的影響第二節(jié)管道安裝的送排泥漿管道等裝置， 利用 25 噸吊車將第二節(jié)管道與第一節(jié)管道同心連接并將接口密封膠圈涂抹上 防水密封膠后安裝在兩節(jié)管的接口處

21、，以確保其密閉性，待用激光經(jīng)緯儀檢 查其安裝符合要求后；將拆除的管內(nèi)管道依次連接，經(jīng)檢查合格后將進(jìn)口采 用密封裝置封堵，封堵完成后按第一節(jié)管道的施工程序均勻頂進(jìn)。按以上施 工程序?qū)⒋斶M(jìn)的管道逐一進(jìn)行頂進(jìn)作業(yè)。 5.6.4 頂進(jìn)過程中的注意事項(xiàng)： （1）當(dāng)掘進(jìn)機(jī)停止工作時，要防止泥水從土層或洞口及其它地方流失。防止 挖掘面失穩(wěn)，尤其防止進(jìn)洞這一段時間內(nèi)更應(yīng)防止洞口止水圈漏水； （2）頂進(jìn)過程中時刻觀察頂進(jìn)系統(tǒng)的油壓及頂進(jìn)速度的變化，如發(fā)現(xiàn)較大變 化時要停止作業(yè)進(jìn)行觀察分析其原因，防止頂進(jìn)過程中損壞設(shè)備； 第 12 頁 共 14 頁 （3）在頂進(jìn)過程中，隨時要注意挖掘面是否穩(wěn)定，要不時檢查泥水的

22、濃度和 相對密度是否正常，還要注意進(jìn)排泥泵的流量及壓力是否正常。應(yīng)防止排泥 泵的排量過小而造成排泥管的淤泥和堵塞現(xiàn)象。 （4）在頂進(jìn)過程中要不斷的利用激光經(jīng)緯儀測量頂管的中心，確保與設(shè)計中 心一致，如發(fā)現(xiàn)偏差超標(biāo)，要及時進(jìn)行糾偏，保證整個頂進(jìn)過程的順利進(jìn)行。 5.6.5 頂管進(jìn)接收坑 （1）頂管機(jī)進(jìn)洞前洞口土體加固根據(jù)頂管進(jìn)展情況，為保證掘進(jìn)機(jī)能順利進(jìn) 入接收井，防止掘進(jìn)機(jī)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。 （2）掘進(jìn)機(jī)進(jìn)入接收井前的復(fù)核應(yīng)測量頂管機(jī)所處的方位，是確認(rèn)頂管狀 態(tài)、保證掘進(jìn)機(jī)以良好的狀態(tài)、準(zhǔn)確無誤地進(jìn)入接收井內(nèi)。 （3）在接收井的接收點(diǎn)墻破壞后掘進(jìn)機(jī)的進(jìn)口應(yīng)迅速、連續(xù)頂進(jìn)管節(jié)，盡快 縮短出洞時間。 5.6.6 設(shè)備的吊裝拆除 （1當(dāng)套管頂進(jìn)至對面接收坑時，套管穿越完畢； （2將掘進(jìn)機(jī)的機(jī)頭、泥漿平衡系統(tǒng)等設(shè)備利用吊車拆除工作坑及接收坑內(nèi) 的管道及設(shè)備； （3利用輸送水泵將管內(nèi)的剩余泥漿清除，進(jìn)行頂管的誤差測量。準(zhǔn)備進(jìn)行 主管的穿越施工工作。 5.6.7 主管的穿越準(zhǔn)備 （1）穿越管預(yù)制：在穿越套管之前，根據(jù)設(shè)計要求，選擇主管，進(jìn)行布管， 然后用外對口器對管道進(jìn)行組裝，其組裝管道長度應(yīng)大于套