頂管施工工藝及施工方案1.1 頂管機簡介1、頂管機工作原理頂管施工工作原理是頂管機用于地下挖土，同時，借助于設(shè)在工作井或中繼間中油缸的推力，把頂管機及其隨后的管節(jié)，一節(jié)節(jié)地從工作井推到接收井中的一種非開挖敷設(shè)地下管道的施工方法。圖1.1-1工作原理圖2、該泥水平衡頂管機主要特性用①適用土質(zhì)范圍廣，可以地下水壓力較高以及土壤變化范圍較大的條件下使用；②機器在施工中穩(wěn)定性比較好，不易跑偏；特別適合淤泥、沙層地質(zhì)。錐體與泥土倉殼體形成二次破碎功能，破碎能力更強大，破碎粒徑大。③施工挖掘面穩(wěn)定，對所施工頂管周圍土體擾動小，地面沉降非常小。④最顯著的特點是，該機型有獨創(chuàng)的雙管路高壓注水裝置，具有獨立的泥水倉及刀盤注水系統(tǒng)，不僅能夠清洗、冷卻刀盤裝置，同時能夠處理一般機型難以解決的諸如硬性粘性土質(zhì)難以破碎攪拌的施工難題、另外配置了一條獨立的注漿系統(tǒng)用于減摩注漿，以便長距離頂進和保證管材施工質(zhì)量的穩(wěn)定。3、頂管機參數(shù)初擬選用NPD泥水平衡頂管機，參數(shù)見下表：表1.1-2泥水平衡頂管機參數(shù)表一主機規(guī)格（mm）Φ1200Φ1000二頂管機外徑x長度（mm）Φ1460×4000Φ1220×3600三重量（t）6.58驅(qū)動電機(Kw×15×215×2set)四切削刀盤扭矩(T×m)99回轉(zhuǎn)數(shù)（rpm）3.33.3油缸推力2×200t五推進系統(tǒng)油缸行程2000mm糾推力42t42t六糾偏油缸數(shù)量44糾偏角度（°）2.5七最大推進速度（mm/min）20～200mm/min八機頭總功率（KW）3535九控制方式PLC機外控制，觸摸屏顯示十測量導(dǎo)向裝激光電子經(jīng)緯LT402一臺置儀軟土、粘土、砂土、砂礫土、硬十一適應(yīng)地層土均可適用十二其它1.2頂管主要施工步驟1、現(xiàn)場施工場地布置由于現(xiàn)場施工場地狹小，并處于交通要道，車輛來往地比較繁忙；因此要優(yōu)化合理的布置施工場地。以盡量減少給周圍市民帶去的不便。施工場地布置圖詳見附圖《頂管施工場地平面布置圖》。2、總體施工工藝流程圖1.2-1總體施工工藝流程見下圖3、前期準備工作根據(jù)施工場地布置圖，提前安裝布置泥水分離系統(tǒng)、觸變泥漿系統(tǒng)、發(fā)電機組、管材以及井下爬梯、井下照明、井下通風(fēng)等一些輔助設(shè)備。1.3 主要施工內(nèi)容頂管施工其主要內(nèi)容包括：洞門止水環(huán)的安裝，主頂系統(tǒng)的安裝，頂管機的組裝與調(diào)試，頂進施工，中繼間，注觸變泥漿，頂管機姿態(tài)控制，進洞止水安裝，泥漿置換等施工內(nèi)容。1、洞門止水環(huán)安裝在工作井預(yù)留孔上，把洞門止水發(fā)蘭通過膨脹螺栓固定在工作井上，然后把止水橡膠圈與壓板通過高強度螺栓固定在洞門止水法蘭上，然后安裝第二道止水圈。安裝的法蘭與與止水橡膠圈裝置必須與導(dǎo)軌上的管道軸線保持同心，誤差應(yīng)小于2mm。2、主頂系統(tǒng)安裝測量放線→導(dǎo)軌安裝→后靠背安裝→安裝主頂油缸（1）根據(jù)測量放線，確保頂進軸線的精度，使導(dǎo)軌設(shè)置坡度與設(shè)計軸線相同，放出導(dǎo)軌安裝的位置。（2）導(dǎo)軌安裝。本工程頂管頂進導(dǎo)軌采用型號25b槽鋼雙榀方式焊接而成，根據(jù)測量放出的坐標位置，用25t的汽車吊把導(dǎo)軌放入位置，然后加固穩(wěn)定。圖1.3-2施工工藝流程圖施工準備

測量放樣

放樣復(fù)核地面設(shè)備安裝

工作井設(shè)備安裝出洞

注漿材料準備推進推運棄土

注漿測量及方向糾正下管、接口處理、中繼間安裝進洞取出掘進機及附帶設(shè)備全線測量洞口處理結(jié)束（3）后靠背安裝。后靠背為鋼結(jié)構(gòu)加工件；采用材質(zhì)為Q235B、厚度為20mm的鋼板加工制作，后靠背安裝在圓形工作井中，必須把承壓壁的平面與頂進軸線垂直，如有發(fā)現(xiàn)傾斜，則必須重新調(diào)整，以確保頂進施工的安全。后靠背背后與井壁之間的間隙填充C20素填混凝土，承壓壁應(yīng)承受和分散傳遞全部頂力，當后靠背強度不能滿足頂力需求時，采用加注觸變泥漿和中繼間等方法減阻，以保證后靠背的穩(wěn)定，后靠背示意圖見下圖。圖1.3-3后靠背示意圖（4）安裝主頂油缸。把主頂油缸支架安裝在導(dǎo)軌上，安裝主頂千斤頂油缸時，兩個千斤頂要調(diào)到與頂鐵受力面中心在同一軸線上。油泵站設(shè)置在距離主千斤頂?shù)慕帲吐钒惭b應(yīng)順直，減少轉(zhuǎn)角，接頭不漏油，油泵站應(yīng)在井口操作間內(nèi)工作。1.4 頂管機組裝調(diào)試1、頂管機組裝（1）頂管機的尺寸和結(jié)構(gòu)應(yīng)符合要求，在地面上對整機應(yīng)作詳細檢查。起重設(shè)備根據(jù)掘進機重量選擇25T的汽車起重機，起吊前將鋼絲繩試放到井內(nèi)，確保鋼絲繩夠長度。起吊中應(yīng)使用專用吊具，保證平穩(wěn)、緩慢、嚴禁沖擊、碰撞，并由專人指揮。（2）頂管機安放在導(dǎo)軌上后，測定前后端的中心方向偏差和相對高差，做好記錄。調(diào)整后應(yīng)使頂管機機體與導(dǎo)軌緊密接觸，讓力在導(dǎo)軌上均勻分布。（3）頂管機電力系統(tǒng)的組裝，按照電氣圖紙組裝；各系統(tǒng)的電纜要連接完好，不能出現(xiàn)接錯、漏接、接觸不良等情況。（4）泥漿系統(tǒng)的組裝，各管路連接時，按圖紙連接，避免造成錯接管路，使各泥水系統(tǒng)工作出現(xiàn)錯亂。（5）液壓系統(tǒng)的組裝，首先要按液壓圖組裝，在連接液壓管路時，嚴禁帶手套，油管原有的液壓油不能隨意排放，必須用油桶收集；油管的堵頭不能隨地亂扔，需放在一個干凈的容積內(nèi)統(tǒng)一回收。2、頂管機調(diào)試頂管機各系統(tǒng)組裝完成后，先對單個系統(tǒng)進行調(diào)試運轉(zhuǎn)，看是否正常，如有問題及時的查找原因，并修復(fù)，使得系統(tǒng)正常運行。在調(diào)試主頂油缸時，主頂油缸2個千斤頂應(yīng)共同作用，規(guī)格一致，行程同步，油路必須并聯(lián)，并且每臺千斤頂均備有獨立的控制閥，千斤頂伸出的最大行程應(yīng)小于油缸行程的10cm左右。然后對整機進行調(diào)試運行，以確保頂管機在頂進過程中不出現(xiàn)問題。1.5 頂進施工1、頂管機出洞注意事項（1）在頂管機進出洞時，如果措施采用不當，也許會引起地表嚴重坍塌等事故。因此，需重點對洞圈外部土體的加固效果進行檢查，只有在確認出洞口土體達到止水效果后，方可進行頂管進出洞施工。（2）進出洞前在洞口安裝雙層橡膠止水裝置，其作用是防止頂管機進出洞時正面水土涌入工作井內(nèi)。且在頂管機刀頭和密封裝置上涂抹油脂，同時包好周邊刀盤，避免刀盤上刀頭損壞洞門密封裝置，劃傷止水橡膠。（3）從外側(cè)對頂管機進出洞口周邊進行注漿加固，對土體進行改良，確保進、出洞的安全。（4）洞口圍護墻鑿除完成后，頂管機迅速靠上開挖面，并調(diào)整洞口止水裝置，貫入工作面進行加壓頂進，盡量縮短開挖面暴露的時間。2、試頂進（1）由于頂管出洞處于加固區(qū)域，為控制頂進軸線。頂進速度不宜過快。在頂管出洞段頂進施工過程中，對頂管機姿態(tài)要勤測勤糾，力爭將出洞段頂管軸線控制到最好，為后續(xù)頂管施工形成一個良好的導(dǎo)向。（2）頂管機在第一個頂段作為頂進的試驗段。通過試驗段頂進熟練掌握頂管機在本工程地層中的操作方法、頂管機推進各項參數(shù)的調(diào)節(jié)控制方法；熟練掌握觸變泥漿注漿工藝；測試地表隆陷、地中位移等，并據(jù)此及時詳細分析在不同地層中各種推進參數(shù)條件下的地層位移規(guī)律，以及施工對地面環(huán)境的影響，并及時反饋調(diào)整施工參數(shù)，確保接下來的頂管安全順利施工。3、正常頂進（1）試頂進結(jié)束后，即可進行正常的頂進施工。正常頂進時，開挖面土體經(jīng)刀盤切削，切削下來的泥土進入泥土倉內(nèi)破碎、攪拌后，通過進、排泥系統(tǒng)把渣土輸送至地面泥水分離系統(tǒng)，大顆粒砂石經(jīng)過分離排出，泥漿沉淀后往外運出；泥漿水通過回流管道輸送至泥土倉重復(fù)利用。（2）一節(jié)管節(jié)頂進結(jié)束后，縮回主千斤頂，吊放下一節(jié)鋼筋混凝土管，防水裝置安裝完成并檢驗合格后，往鋼筋混凝土管承口安裝環(huán)形頂鐵，并在混凝土管表面涂上一層防腐材料及潤滑劑；再繼續(xù)頂進。當?shù)竭_千斤頂最大行程時，縮回千斤頂，安放頂鐵繼續(xù)頂進，循環(huán)這樣的工作，直至一個頂段掘進完成。1.6注觸變泥漿（1）觸變泥漿減摩的作用。觸變泥漿有兩個作用：一個是降低鋼筋混凝土頂管與外壁的摩擦阻力，減小頂進阻力；另一個是控制地面沉降。在頂管施工中，我們利用觸變泥漿在鋼筋混凝土頂管周圍形成漿套減小鋼筋混凝土管外壁與地層之間的摩擦力，這是頂管施工過程中至關(guān)重要的技術(shù)措施。（2）注漿工藝順序。地面拌漿→儲漿池浸泡水發(fā)→啟動壓漿泵→打開送漿閥→送漿（頂進開始）→管節(jié)閥門關(guān)閉（頂進停止）→總管閥門關(guān)閉→井內(nèi)快速接頭拆開→下管節(jié)→接長總管→循環(huán)復(fù)始。（3）注漿原則。合理布置注漿孔，使所注潤滑泥漿在管道外壁形成均勻的泥漿套。壓漿需堅持“先壓后頂、隨頂隨壓、及時補漿”的原則，壓漿泵和輸出壓力控制在0.3～0.4MPa。（4）注漿質(zhì)量的控制措施。頂進施工前要做泥漿配合比實驗，找出適合于施工的最佳泥漿配合比。膨潤土中蒙脫石含量要求≥60% 。（5）觸變泥漿配比和技術(shù)參數(shù)觸變泥漿配比和技術(shù)參數(shù)見表1.6-1、1.6-2。表1.6-1觸變泥漿配比(1m3)及主要性能指標膨潤土 CMC 純堿 粘度失水量水(kg) 觸變性(kg) (kg) (kg) (s) (ml)58 3.0 3.4 900 40.5 10.0 較好表1.6-2膨潤土觸變泥漿技術(shù)參數(shù)滿足下表

狀態(tài)中稠＜比重

1.1～1.6g/cm3

失水量25cm3/30min靜置

24h

無離靜切力

100Pa

穩(wěn)定性析水粘度 ＞30s pH ＜101.7 頂管機姿態(tài)控制1、頂進偏差產(chǎn)生的原因（1）形成滾動偏差的原因刀盤切削土體的扭矩主要是由頂管機殼體與土層之間的摩擦力矩來平衡。當摩擦力矩無法平衡刀盤切削土體產(chǎn)生的扭矩時頂管機將形成滾動偏差。過大的滾動會影響激光靶偏離正常位置，造成測量、糾偏及出土困難，對頂管軸線偏斜也有一定影響。（2）引起方向偏差的因素①頂進過程中因為不同部位頂進千斤頂參數(shù)的設(shè)定偏差，使頂進方向產(chǎn)生偏差。②由于頂管機表面與地層間的摩擦阻力不均勻、開挖面上的土壓力的差異以及切削刀口切削欠挖時引起的地層阻力不同，也會引起一定的偏差。③開挖面土層性質(zhì)差異容易引起方向偏差。即使在開挖土體力學(xué)性質(zhì)十分均勻的情況下，受頂管機自重的影響，頂管機也有下低頭的趨勢。因此，在頂進的過程中，須對豎直方向的誤差進行嚴密監(jiān)測控制，隨時修正各項偏差值，把頂進方向偏差控制在允許范圍內(nèi)。2、頂管機的姿態(tài)監(jiān)測（1）人工監(jiān)測采用經(jīng)緯儀、水準儀等測量儀器測量頂管機的軸線偏差，監(jiān)測頂管機的姿態(tài)。滾動角的監(jiān)測用電子水準儀測量高差，推算頂管機的滾動圓心角，監(jiān)測頂管機的滾動偏差。方法是在切削艙隔墻后方對稱設(shè)置兩個測量點，二點處于同一水平線上，且距離為一定值。測量兩點的高程差，即可算出滾動角。圖1.7-1滾動角的監(jiān)測布置示意圖A、B為測量標志，a、b為頂管機發(fā)生滾動后，測量點所處的新位置，Ha、Hb為兩點的高程，α為頂管機的滾動圓心角。線段 AB=2OA=2OB=定值a=arcSin[(Hb—Ha)/AB]上式中，如果Hb—Ha>O，表明頂管機逆時針方向滾動。如果Hb—Ha<O，表明頂管機順時針方向滾動。豎直偏角的監(jiān)測電子水準儀可直接測量頂管機的俯仰角變化，上仰或下俯其角度增量的變化方向相反。水平偏角的監(jiān)測電子經(jīng)緯儀可直接測量頂管機的左右擺動，左擺或右擺水平方向角的變化方向相反。3、激光導(dǎo)向監(jiān)測頂管機上安裝的激光導(dǎo)向系統(tǒng)，是從一固定基準點向頂管機測量板發(fā)射激光束，然后計算出頂管機相對設(shè)計線路的偏差位置。頂管機相對設(shè)計軸線的偏差值顯示在監(jiān)控顯示器上。操作人員在控制室內(nèi)，通過控制系統(tǒng)修正頂管機的偏差。測量時自動監(jiān)測與人工監(jiān)測相互糾正，以進一步提高頂管機姿態(tài)監(jiān)測的精度。圖1.7-2激光導(dǎo)向監(jiān)測示意圖4、頂管機姿態(tài)調(diào)整（1）滾動糾偏由于刀盤正反向均可以出土，因此通過反轉(zhuǎn)頂管機刀盤，就可以糾正滾動偏差。允許滾動偏差小于等于1.5°，當超1.5°時頂管機自動控制系統(tǒng)會報警，提示操作者切換刀盤旋轉(zhuǎn)方向，進行反轉(zhuǎn)糾偏。（2）豎直方向糾偏通過攝像頭監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)頂管機姿態(tài)豎直方向出現(xiàn)變化時，操作司機應(yīng)迅速作出反應(yīng)；降低推進速度；并讓測量人員根據(jù)雙光靶測量導(dǎo)向系統(tǒng)出現(xiàn)的垂直偏差值，計算出實際偏差量反應(yīng)給操作司機；然后操作司機根據(jù)實際偏差量及時作出糾偏。糾偏方法：當頂管機出現(xiàn)磕頭現(xiàn)象時，頂管機底部千斤頂可以加大頂力，讓頂管機機頭往上糾偏。當頂管機出現(xiàn)上仰時，頂管機上部千斤頂可以加大頂力，讓頂管機機頭往下糾偏。（3）水平方向糾偏與豎直方向糾偏的原理一樣，左偏時加大左側(cè)千斤頂?shù)捻斄Γ移珪r則加大右側(cè)千斤頂?shù)捻斄Α＃?）糾偏注意事項①切換刀盤轉(zhuǎn)動方向時，先讓緩慢降低刀盤轉(zhuǎn)速，間隔一段時間后，再改變轉(zhuǎn)動方向，以保持開挖面的穩(wěn)定。②要隨時根據(jù)開挖面地層情況及時調(diào)整頂進參數(shù)，修正頂進方向，避免偏差越來越大。③頂進時要及時進行糾偏，削除偏差后，再繼續(xù)向前頂進。1.8 進洞止水安裝（1）頂管過程中，管子與洞口之間都必須留有一定的間隙。此間隙如果不把它封住，地下水和泥砂就會從該間隙中流到接收井中，輕者會影響工作坑的作業(yè)，嚴重的會造成洞口上部地表塌陷，甚至?xí)斐墒鹿剩昙爸車臉?gòu)筑物和地下管線的安全。（2）當頂管機機頭快到達接收井導(dǎo)軌是，調(diào)整洞圈止水裝置中的壓板位置，以防止土體從間隙中流失而造成地面的蹋落，并通過預(yù)留的注漿孔將水泥漿液注入洞圈間隙中。1.9 置換泥漿管道頂進施工完成后，為防止管道后期出現(xiàn)沉降，迫使道路出現(xiàn)裂縫、沉降等；所以必須用惰性漿液將頂進過程中的觸變泥漿置換掉。置換的泥漿采用惰性漿液（水、砂、粉煤灰、膨潤土、消石灰以及減水劑）合適的進行置換。利用壓注觸變泥漿的系統(tǒng)及管路進行置換。壓注順序：從第一節(jié)管依次向后進行。壓注前一節(jié)管惰性漿液時，應(yīng)將后續(xù)管節(jié)的壓漿孔開啟，使原有管路中的觸變泥漿在惰性漿液的壓力下從后續(xù)管節(jié)壓漿孔內(nèi)溢出，直至后續(xù)注漿孔內(nèi)冒出水泥漿，并達到一定的壓注壓力時，方可停止前段管水泥漿的壓注，確保將觸變泥漿全部置換掉。表1.10-1惰性漿液配合比表粉煤減水材料水細砂膨潤土消石灰灰劑配合比（kg/m3）530800400607031.10棄渣土方式頂管機在頂進過程中所切削下來的土，進入泥水倉，通過進排泥系統(tǒng)把渣土排到ZX-250C泥漿凈化裝置（針對茅洲河水環(huán)境治理項目三標段地質(zhì)情況定制的泥水分離器）里；把大顆粒渣土分離出來，泥漿沉淀后，定期的用反鏟把渣土挖到渣土車上，并往外運。為了保證渣土能及時輸送出去，防止渣土亂倒、亂棄問題，我們與專業(yè)渣土運輸公司簽訂協(xié)議，天氣晴朗時，渣土運輸公司直接把渣土拉到指定的渣土場；在雨季施工時，為了不影響施工工期，把渣土運輸?shù)脚R時渣土