泥水平衡顶管综合项目施工新工法doc.doc

泥水平衡顶管穿越施工工法
冯大永倪宏源曾士伟历明马鹏程
1.序言
伴随管道建设发展，管道在穿越高速公路、铁路、建筑物等特殊地段时，传统人工掏土顶管施工，因易坍塌、效率低、受周围环境制约等缺点越来越不适合于现场施工，泥水平衡顶管施工属于机械化、长距离顶进施工技术，在中国多年来逐步得到推广和应用，泥水平衡顶管施工则切实处理了施工中受地形限制、顶管长度限制、施工安全、环境污染等传统顶管存在各项问题。本工法对施工技术操作要求较高，关键表现在对顶管设备操作、排泥系统操作、注浆系统操作全部比较严格。
泥水平衡顶管关键设备有：泥水平衡顶管机、主顶设备、测量设备、电气控制系统、泥水处理设备、压浆系统等。

2.工法特点
2.1该工法层次清楚，操作简便，运行可靠，便于掌握，能够对复杂地下情况作出快速反应。
2.2顶管在地面操作，安全、直观、方便。
2.3适用土质范围广，软土、粘土、砂土、砂砾土、硬土均可适用。
2.2施工精度高，上、下、左、右可纠偏，最大纠偏角度达2.5°，并可作较长距离顶进。
2.3对管体周围土体扰动较小，地面沉降小，道路交通及构筑物相对安全。
2.4操作坑内施工环境很好，采取泥水输送弃土，没有吊土、搬运土方，施工无安全风险。
2.5施工噪音小，对周围环境影响小。
3.适用范围
泥水平衡顶管施工工法适适用于多种粘土、粉土、砂土和渗透系数较大砂卵石，也适应强风化岩等恶劣地质条件下石油管道、室外给水、排水、电力及其它适适用于顶管施工管道工程。
因为泥水平衡顶管顶距长，只要控制好降水方法，就能很好控制地面隆沉、施工安全等特点，并可适适用于各类复杂地质条件，所以像穿越关键公路、铁路、建筑物等特殊工程地段、穿越砂层、淤泥质土等特殊地质结构地段应用泥水平衡顶管施工工法，可达成良好效果。
4.工艺原理
泥水平衡式顶管机是利用泥水压力来平衡顶进工作面上水压力和土压力，采取机械掘进技术。工艺原理为：当接通机头刀盘电动机电源开关时，刀盘就被驱动并以均匀速度对土体进行切削，刀盘能够依据土压自动前后移动，在顶进中起机械支撑开挖面作用，维持挖掘面土压。经过刀盘切削，将相当于管子顶入土壤同体积泥土进入泥水仓，土将相当于管子顶入土壤同体积泥土进入机头泥水仓内，由供水管向泥水仓内供水，泥土在泥水仓内和泥水混合成泥浆后，再由排泥管道排到泥浆池，泥浆经沉淀或分离后泥水可反复利用，残渣外运；掘进过程经过调整循环水压力用以平衡地下水压力。在切土、排泥时同时采取等压油缸连续顶进套管，同时经过机头内设置4处纠偏油缸进行纠偏，在顶进过程中，加注触变泥浆填充管道周围空隙，形成一道泥浆保护套，起到支撑地层，降低地面沉降，降低顶进阻力作用。
5.施工工艺步骤及操作关键点
5.1施工工艺步骤，见图5.1-1。
测量放线
工作坑施工
后背墙施工
导轨安装
主顶油缸安装
顶管设备就位
套管就位
顶进施工
顶进完成
送水、排泥
设备调试
机头出洞
泥浆处理
地貌恢复

图5.1-1施工工艺步骤图
5.2操作关键点
5.2.1施工准备
5.2.1.1施工前熟悉施工图纸，掌握穿越沿线地形、地貌、建筑物、多种管线及设施情况，掌握穿越深度、穿越地质结构情况。
5.2.1.2编制施工方案，施工技术责任人对施工人员进行安全、质量、技术交底工作。
5.2.1.3施工前对顶管机、发电机、千斤顶等施工机具、设备进行检修。
5.2.1.4顶管用钢筋混凝土套管施工前进行复检，强度必需满足设计及相关标准要求。
5.2.1.5施工前依据施工现场地形地貌情况，在靠近工作坑选择适宜位置开挖泥浆池，用于安装泥浆分离系统和注浆系统，泥浆池规格为10m*8m，泥浆池大小依据顶管施工具体情况进行合适调整。
5.2.1.6施工前制作警示标牌，在顶管工作坑及泥浆池四面设置警示带警示。
5.2.2顶力计算
推力理论计算：（以Φ1800mm计算）
F=F1十f2
其中F—总推力
Fl一迎面阻力F2—顶进阻力
F1＝π*(D/2)2*P(D—管外径1.8mP—控制土压力)
P＝Ko*γ*Ho
式中Ko—静止土压力系数，通常取0.55
Ho—地面至掘进机中心厚度，取最大值5m
γ—土湿重量，取1.9t/m3
P＝0.55*1.9*5＝5.255t/m2
F1=3.14*0.9*0.9*5.255＝13.365t
F2＝πD*f*L
式中f一管外表面平均（依据顶进距离平均沙砾土）综合摩阻力，取0.8t/m2
D—管外径1.8m
L—顶距
F2＝3.14*1.8*0.8*80＝361.7t。
所以，总推力F=13.365+361.7＝375.065t。
主顶油缸选择2台300t级油缸。每只油缸顶力控制在240t以下，这能够经过油泵压力来控制，千斤顶总推力480t。主顶油缸采取双行程（3m）油缸，可有避免频繁