顶管法施工组织设计.docx
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1、顶管法施工组织设计*污水顶管工程编制单位:*公司00九年十月第一章工程概况3第二章顶管机头选择3第三章顶管配套设备选型5第四章顶管过程中所采取的应急措施7第五章顶管施工工艺的说明9第六章顶进最大顶推力及其控制措施 11第七章 顶管进出洞口的安全措施 15第八章过河顶管沉降控制保护措施20第九章处理有尖沼气及承压水的方法及措施22第十章顶管机械设备表23第一章线型控制及测量设备24第十二章质量保证体系及措施26第十三章确保安全生产的技术组织措施27顶管施工方案1 wt - II I -1, :乂L 广,、工程概况本工程顶管是*污水三期管网工程,全线设计为泥水平衡顶 管,管径为D1200混泥土管总
2、长度约为1300米。二、顶管机头选择经过反复方案论证,最后确定选用机械式泥水平衡顶管掘进机。机械式泥水平衡顶管掘进机是一种刀盘可伸缩的掘进机,操作可以在基坑内或地面操切削刀盘切口封板纠偏千斤顶壳体吊盘电视摄像仪纵室内进行的,即Telemole掘进机。掘进机前壳体的前端是刀盘,在刀盘的后面就是泥水仓。刀盘是由电动机通过行星 减速器减速以后再驱动的。刀盘可在泥水仓前后移动。刀盘上有二至四个矩形槽,槽内安 放着可以前后伸缩的刀排和刀头。刀排向前伸时,可以切削土体,同时被切削下来的土从 刀头与刀盘之间的空隙进入泥水仓内。在刀盘的面板上还散布着一个个固定的刀头。该刀 头是在槽内刀头缩回后切削土体用的o在
3、刀盘边缘还有几把边缘刀头,该刀头能在校正方 向过程中把掘进机边缘的土挖净,使掘进机的方向容易校正。在平时,不进行方向校正 时,该刀头可把掘进机前方的土挖成与掘进机壳体一样大小的洞,使掘进机顶进过程中, 不使刀盘受挤压的力过大而影响平衡的力。在土质条件比较硬的情况下更是如此。在前 后壳体之间有纠偏油缸,在掘进机下部平行地安装着两根管子为进水、排泥管。该掘进机的机械式泥水平衡机理在于刀盘伸缩的液压系统。由于刀盘的伸缩是由油缸控制的,因此,只要控制刀盘油缸后腔的压力,就可以控制刀盘前面的平衡压 力。油缸后腔与油泵和溢流阀同时接通,溢流阀调定某一压力值,当掘进机前的土压力大 于设定值时,刀盘就后缩,而
4、且刀盘与刀头的空隙增大,进土量也就增加,前方土压力就 下降。反之,当掘进机前的土压力小于设定值时,刀盘就向前伸,刀盘一直处于这种前后 浮动状态,从而使掘进机前方的土压力保持在某一设定的值附近不变。这就是该掘进机用 机械方式的刀盘来平衡掘进机所处土层的土压力。该掘进机还有另一种平衡功能,即由控制排泥管的泥水流量来间接控制开挖面的地 下水压力。它把泥水压力控制在比掘进机所处土层的地下水压力高出20Kpa。从而避免了开挖面的地下水干扰影响。由于该掘逬机有机械平衡土压力和泥水压力平衡地下水压的双重平衡功能,因此,它施工过后的地面沉降较小。三、顶管配套设备选型1 、主顶进装置主顶进系统由油缸组、顶进环、
5、钢后靠及液压泵站等组成,其主要功能是完成管节顶进,是顶管设备系统的主要组成部份。 油缸组油缸组由4只油缸分两列左右对称布置,每列各2只油缸叠积而成,并用可分式结构的支座固定,用联接梁连成一体。油缸选用我公司的双冲程、双作用等推力液压千斤项,每只油缸最大推力为 2000kN,装备推力为8000kN,满足管节最大承受顶力的要求。油缸行程3.0m,因此长度 2. 50m的管节可一次连续顶进完成,无须再设垫块,提高了工效,并减轻了劳动强度。 液压泵站选用2台A2F28RP2斜轴式柱塞油泵,配备Y200L- 6型电机。通过调速阀可 改变油泵的流量,据顶进时的工况要求及时控制主顶油缸的顶速。以满足开挖面土
6、压平衡 的条件,从而起到控制地面沉降的作用。 钢后靠管节顶进时油缸的反力,通过钢后靠均匀地传递到工作井井壁上,避免井壁受力不 均或局部受力过大造成井壁结构破坏。钢后靠安装时,应与顶进轴线保持垂直,与井壁间 的空隙应用素混凝土填实,确保整体接触。 注浆设备系统在顶管施工中,能否及时地有效地向管节外围压注触变泥浆,以形成和维护好泥浆套,起到高效的减摩作用,往往是顶管成败的尖键。本顶管施工用的膨润土触变泥浆,是在地面压浆站配制后,通过液压注浆泵压入输浆总管及管节上设置的环形分管注入至顶管机及管节的各个注浆孔形成管节外 围泥浆套。地面储浆箱外形尺寸LX BX H- 2 X 1.5X1 m=3r3,由搅
7、拌筒搅拌的泥浆抽入储浆箱进行水化膨胀,再通过液压注浆泵压入管内,在膨润土泥浆 压入以前,对储浆箱内经水化的泥浆再一次搅拌,以减少压浆管道的阻尼。注浆泵站由SYB50/ 50-11型单缸液压注浆泵和液压动力站组成,注浆量Q= 80L/ min,注浆压力P=0.280.3MPa,输浆总管由 2”镀锌 钢管和球 阀、水暖管件等组成,与管节上各压浆孔接通的环形管,采用 T高压软管。 泥水管路系统渣浆泵机头泥浆池泥水系统选用二台石家庄水泵厂生产的渣浆泵。一台放在地面上为送泥泵,另一台放在基坑下为排泥泵。进泥管路采用4 无缝钢管,排泥管路采用4 无缝钢管,管节接头为卡箍式活络接头o基坑内设有旁通装置等。泥
8、水系统采用Telemole管路系统。渣浆泵型号:4/3 C AH,电机功率18.5KW,流量90m7h,扬程21.8m。顶管施工的管内出土是影响工效的尖键环节,因为采用泥水管路系统可使顶管实 现连续推进。掘进施工中分为四个状态:停止状态、旁路状态、掘进状态及逆洗状态。在“停止状态”,切口水压若下降时,可以及时控制蝶阀的开度,使送泥水管道中 的泥水补充到泥水仓,让切口水压力上升并稳定在设定值上。此时若送 泥水管道中水压力 低于设定值就可连动开启压力调节阀和进水泵,以提高管道 水压力。在“旁路状态”时,顺利开启电磁比例阀,启动进水泵,开启进水阀截止阀,再逐 个启动排泥泵、接力泵、PE泵。系统启动数
9、分钟后,当送排泥水压油流量趋于稳定,并 使送泥水压力和切口水压力基本相同时,再可操作到“顶进状态”。进入“顶进状态”时,顺利开启机头阀,开启进水阀、截止阀,尖闭旁通阀。泥水输送系统可逐渐达到泥水平衡,调整送泥水压和排泥流量,使推进过程中一直保持泥水平 衡,若在顶进过程中,切口水压值偏离设定值,操作人员应采取措施,使之恢复正常,若 切口水压继续偏离,应立即切换到“旁路状态”。如果切口水压的偏离原因是泥水管道堵塞引起的,就应操作至“逆洗状态”,相应转换阀动作,对堵塞管道进行冲洗。管道畅逼后,应再转换到“旁路状态”。顶进结束,应将“顶进状态”切换到“旁路状态”,待泥水平衡后,再切换到“停 止状态”。
10、四、顶管过程中所采取的应急措施(1) 由于本工程有两段过河顶管,考虑到在顶进过程中,管外壁很可能突然受地下明水 的影响,使得触变泥浆套被破坏,引起顶进阻力剧增。为此在顶力配置的过程中,适当增 加主顶系统的顶力,在计算顶力时应有足够的安全系数(安全系数取2)。另外在遇到类似 紧急情况时 应立即查明原因,找出明水源头,并及时切断该明水,以使顶力恢 复正常。(2) 本过程顶管可能会遇到旧暗浜或地下不明障碍物,并影响机头姿 态控制,为此在顶进过程中必须贯彻勤测微纠的原则,一旦方向突然失控,应立即在前后壳体之间加设辅助纠偏系统。另外机头处若有异 声,还应严格控制切土口的开启量,使障碍无不致进入泥浆室而引
11、起 堵 塞。(3)由于本工程工作量大,工期紧,为确保工程顺利进展。在顶管机头 和配套设备的配置时,应有足够的备品,一旦发生设备故障及时更换, 然后再修理,以缩短误工时间。五、顶管施工工艺的说明(1)顶管工艺流程图(2) 顶管工作坑设施基坑导轨应具有足够的强度和刚度。本工程基坑导轨由型钢和钢板焊接而成。在工作井底板基础上应事先预埋钢板,预埋钢板的位置与基坑导轨相吻合,以便导 轨与之焊接。预埋钢板上的锚固钢筋要焊牢并有足够的锚固强度,导轨安放后,还应在二 侧用型钢支撑好,必要时再浇筑混凝土,确保导轨在受撞击的条件下,不走动,不变形。主顶油缸架是拼装式结构,主顶油缸架的安装也要定位准确。保证油缸受力
12、点的正确位置。其高程和平面安装误差小于5mm承压壁是承受和传递全部顶力的后座墙,更应具有足够的强度和刚度,并有足够安全度。本工程的承压壁设计在混凝土上先用钢筋混凝土浇平,后靠钢板用S二50钢板,在钢板和混凝土墙之间应贯满混泥土并保证密实。(见下图)(3) 工作井平面布置本工程采用16T汽车吊,在工作井实行全封闭隔离,并建筑必要的生产临时设施。要保持施工现场的文明、安全和卫生整洁。(见下图)六顶进最大顶推力及其控制措施1、确定控制顶力1)成品管允许顶力估算D1200F 4= AS c/n=n (116.5 2 1042)/4*500/4.5=2750KN2)工作井后座土体稳定验算P=Fp- Fa
13、P-顶管最大计算顶力(KNFp-工作井后靠井壁总被动土压力(KNFa工作井顶向井壁总主动土压力(KNFp= 2 rH2tg 2(45 沖刃 + 2cHtg(45 +2 )BFa= 2 rH2tg 2(45刁)一2cHtg(45 2 )BY 土的重度(18KN/m )H一工作井深度(13m)內摩擦角(15 )C-内聚力(KPa)B工作井宽度10nP=Fp- Fa二 13200KN3)顶进设备允许最大顶力4台2000KN双冲程油缸,总推力为8000KN4)控制顶力的确定本工程根据以上计算确定为:D1200: FH500KN2)机头外壁阻力D1200F 2= n d*Lo*fo=n *1.2*4.5
14、*15二254KN3)管外壁摩阻力D1200 F 3二 n DLf (以最长一节 200m 计算)=n 1.2*200*3-2260KN4)总阻力D1200 F二 R+H+F3 二 200+254+2260=2714KN由于以上总阻力均小于其控制顶力,所以本工程不考虑设中继间3顶力控制的尖键技术1)触变泥浆的材料与配方泥浆润滑减摩剂又称触变泥浆,是由膨润土、CMC粉末化学浆糊)、纯碱和水按一定比例配方组成。不同的土质,应采用不同的配方,才能满足不同 的需要。膨润土是触变泥浆的主要材料,作为顶管施工用的膨润土应选钠基膨润土,由其拌制成的浆液,触变以后的流动性和静止下来的胶凝性、固化性都比钙基膨润
15、土拌制的浆液要好,对土层的支承和润滑效果好。但是,我国的膨润土多为钙 基膨润土,所以一般用钙基土进行钠化处理。本工程同步注浆和补浆用同一根管路系统,选用同种配方的浆液。2)触变泥浆的制浆工艺理论和实际施工表明,除了材料的选择和配方以外,触变泥浆的制浆工艺对注浆减摩效果影响很大。搅拌要充分,搅拌后静置时间一般要12小时以上,对同一配方的材料,搅拌不充分,静置时间短,其最终流限可以降低一 倍以上。为此,我们设计了高速拌浆器,经高速拌浆30分钟以上抽入储浆箱静置,储浆箱的容积为5m,充分满足供浆要求。在储浆箱内另设三 台搅拌器,静置6小时后,再次搅拌,待12小时以后抽入另一台高速搅拌器,经 再次高速
16、搅拌压入总管。3)触变泥浆系统的管路布置系统管路采用同一根总管,总管为2白铁管,从地面将浆液通过一台液压注浆泵注 入支管,在管内通过二台中间接力压浆站送到机头,以满足机尾同步注浆,由地面将浆液 通过另一台液压注浆泵压入支管,并送入管内另二台中间压浆站,通过这二台压浆站执行 补浆工艺。支管为G1 采用耐高压橡胶顶管和接头。在总管上,每隔100m设一只压力表,支管仅在机尾同步注浆断面设二只压力表。4) 触变泥浆系统的压注方法制定合理的操作规程,使顶进时形成的建筑空隙及时用润滑泥浆所填补,形成泥浆套,达到减少摩阻力和地面沉降,要达到这一目的,就必须严格执行顶管注浆操作 规程,由专人操作,质量员检查严
17、格把好质量尖。压浆时必须坚持“先压后顶,随顶随压,及时补浆”的原则,补浆应按顺序依次进行,每班不少于2次 循环,定量压注。a) 同步跟踪注浆地面泥浆站配制好的触变泥浆,经液压注浆泵增压后,进入输浆总管,通过环形分 管注入顶管机及管节的压浆孔形成泥浆套。当管节顶进时,利用掘进机尾部环向均匀布置 的四只压浆孔,与顶进同步进行跟踪注浆,以确保当掘进机向前时在其后形成的环形空隙 立即被泥浆所充填,从而形成完整的泥浆环套。b) 补压浆管节在顶进过程中,由于有部分浆液流失到土层中去,因此必须利用磴管节上的压 浆孔进行补压浆。一般在一节管节顶逬结束后,就应进行补压浆。而且还要视每段顶进的 阻力情况,随机采取
18、分段补压浆。c) 压浆量与注浆压力压浆量原则上控制在同步跟踪压浆量为管节外理论空隙体积的5倍左右,补压浆量一般为管节外理论空隙体积的3倍左右。注浆压力值不宜过高也不应过小,据采用浆液的粘度和管路输送长度,我们通过试顶后,压浆站的压力控制在0.280,3MPa较为合适。5)压浆工艺质量的判别和修正a)在管内注浆总管上每隔100m设一只隔膜式压力表,在机尾注浆断面的支管上也各 设一只压力表。顶管过程中,作业人员每班应记录各表头压力值。判断方法;如果支管 路上,四个压浆点的压力值明显不同,说明没有形成环状浆套。这样就必须在压力较小 的压浆孔处压浆,或者把压力超高的压浆孔处的浆液放掉一些,以使各孔压力
19、均衡,形 成整环浆套。在无压力表的支管路上,可用手触摸支管,如感觉有静止情况,说明该支管堵塞,应予排除。在总管路上,若压力表超 过预定值,说明压浆量太大,反之说明压浆量不够,应给以及时调整。b)在顶进过程中,可以从主顶系统的液压力值推算出顶进阻力。绘 出顶力曲线变化图。如果该曲线显示顶力突然升高,就说明压浆工艺 出现问题,应立即查明原因,及时调整。七、顶管进出洞口的安全措施7.1顶管进出洞口加固措施由于本工程为淤泥夹粉砂土,做好顶管进出洞口措施是施工成败的尖键,在 进出 洞口先进行分层双液注浆地基加固是非常必要的,工作井和接收井加固范围为L* B* H= 6* 5* 6m=180m1.注浆流程
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