大直径长距离泥水平衡顶管综合项目施工新工法.doc

天津市市级工法申报资料大直径长距离泥水平衡顶管施工工法天津三建建筑工程有限公司8月目 录1、 申报表12、 工法内容8 天津市建设领域工程建设施工工法申报书 ( ) 工法名称大直径长距离泥水平衡顶管施工工法 申报单位 天津三建建筑工程有限公司 主管单位 天津市建工集团（控股）有限公司 申报时间 8月31日 天津市城乡建设和交通委员会二一三年印制工法名称大直径长距离泥水平衡顶管施工工法重要完成单位天津三建建筑工程有限公司通讯地址河东区八纬北路17号邮编300170联系人宋红智电话24142423主要完成者姓名职务职称所在工作单位李锦春总工高工天津三建公司赵淮伟技术经理工程师天津三建公司何志宏项目经理助工天津三建公司徐双燕技术负责人工程师天津三建公司郭岩川技术负责人助工天津三建公司本工法应用工程名称及时间津南污水解决厂（纪庄子污水解决厂迁建）配套进出水管网工程本工法核心技术名称及鉴定期间顶管泥水平衡施工工法核心技术于 年 月 日通过天津市建委组织鉴定。本工法核心技术获成果奖励状况工法内容简述： 本工法为大直径长距离泥水平衡顶管施工工法，原理为：顶管施工中，采用水力输送弃土，同步运用泥水压力来平衡地下水压力和土压力进行施工。 大直径长距离泥水平衡顶管施工工法理论就是以具有一定量粘土且具备一定相对密度泥浆水布满掘进机泥水舱，并对它施加一定压力，以平衡地下水压力和土压力进行施工，按照该理论，泥浆水在挖掘面上能形成泥膜，以防止地下水渗入，然后再加上一定压力就可以平衡地下水压力，同步也可以平衡土压力。 核心技术及保密点：（有专利法权，请注名专利号）： 泥水平衡式顶管施工最大长处是： 1、合用土质范畴比较广，如在地下水压力很高，以及变化范畴很大条件下，它都合用。 2、可有效地保持挖掘面稳定，对顶管周边土体扰动比较小。因而，采用此办法顶管引起地面沉降较小。 3、与其他类型顶管比较，泥水顶管施工时总推力比较小，特别在粘土层这种体现得更为突出，因此特别合用于长距离顶管。 4、工作坑内作业环境较好，作业比较安全，由于它采用泥水管道，输送弃土，不存在吊土，搬运等危险作业。 5、泥水输送弃土为持续作业，因而进度比较快。技术水平和技术难度（涉及与国内外同类技术水平比较）：最长顶管长度为400m，管道直径为3m，跨度及直径较大，在天津地区同类工艺中比较少见。工法应用状况及推广应用前景：本工程为天津市纪庄子污水解决厂迁建工程，共计10个标段，对此顶管施工做出了专门工法规定，此工法对此后天津市顶管工程中有相称大推广作用，比较利于天津市土层。经济效益或社会效益：1应用本工法达到了设计图纸设计意图，满足了质量规定，同步使工程施工顺利进行下去，避免了明开施工放坡，缩小了施工占地，节约了占地费用以及美化了管线周边环境。工法重要完毕单位意见批准申报市级工法年 月 日（公 章）主管单位推荐意见批准申报市级工法年 月 日（公 章）专家评审意见评审组长：年 月 日市建交委审定意见年 月 日（公 章）工法内容大直径长距离泥水平衡顶管施工工法天津三建建筑工程有限公司1、 前言顶管工程分为若干个分部、分项工程，本工程为天津市在施重点工程之一，我公司承建项目第六标段，标段全长3200m，工程穿越津港公路及南引河，其中WE7WE8长度400m为工程顶管距离最长部位。大直径长距离泥水平衡顶管施工工法是运用泥水平衡原理通过设立中继站采用泥水触变减阻等技术办法进行400m管道顶进。2、 工法特点 2.12.1泥水平衡顶管可有效地保持挖掘面稳定，对顶管周边土体扰动比较小。因而，采用此办法顶管引起地面沉降较小。 2.2与其他类型顶管比较，泥水平衡顶管施工时总推力比较小，特别在粘土层这种体现得更为突出，因此特别合用于长距离顶管。 2.3工作坑采用水泥搅拌止水帷幕加冒梁、水平撑支护，坑内作业环境较好，作业比较安全，由于它采用泥水管道，输送弃土，不存在吊土，搬运等危险作业。 2.4泥水输送弃土为持续作业，因而进度比较快。 2.5管道直径为3m,是当前天津市污水管道中最大顶管管道，采用NPD3000型顶管机，千斤顶配备610个。2.63、 合用范畴合用土质范畴比较广，在地下水压力很高，以及变化范畴很大条件下，都可合用。 4、 工艺原理5、 施工工艺流程及操作要点5.1工艺流程5.2 操作要点5.2.1顶管工作坑采用灌注桩在基坑周边作防护，水泥搅拌桩进行地下水拦截，且基坑开挖后制作冠梁对基坑进行支护加固。水平支撑是什么？几道？5.2土体加固、洞口破除、止水：5.2.1土体加固工作坑进出洞口位置设计增设了三排8501200三轴搅拌桩，进行土体加固，三轴搅拌桩深度为嵌入基坑地面如下5m。？5.3.2洞口止水依照顶进施工技术及验收规范有关规定，顶管基坑内进出洞口设立一道止水墙。止水墙与支护灌注桩连接，厚度0.2m；高5m，宽8m，内部设立725钢筋作为主筋加固并与灌注桩连接，混凝土强度级别C30。止水圈由四某些构成：止水墙、预埋螺栓、橡胶止水圈、压板。 l-止水墙；2-预埋螺栓；3-橡胶止水圈；4-压板 止水墙配筋示意图5.3.3洞口破除顶进基坑：顶管导轨及机头安装就位后，用风镐对灌注桩进行破除，破除后洞口应为圆形，圆心与管道中心保持一致，洞口直径不不大于管道外径10cm。灌注桩破除到位后，顶进。5.4开机头：用吊车将现场管道吊入基坑内，当机头就位后，一方面接通机头刀盘旋转电源，开动刀盘使其向左或向右旋转，再接通进泥泵和排泥泵电源，泥浆由进泥管进到泥水平衡仓，布满泥水平衡仓，由出泥管回到泥浆池，形成循环泥浆管路。再接通机头刀盘顶进电源，使刀盘主轴向前行进，同步开动基坑内顶镐，推动机头向前行进，当顶进1节管长度后，关闭机头进泥阀门和出泥阀门，并使用排泥泵将管路中泥浆抽空，若已顶进3节管后，应在顶进时注入触变泥浆。卸掉基坑内各种接头软管和电缆管路，使主顶镐回缩，移走顶铁，用吊车将混凝土管下到位，重新迅速连接各种接头软管和电缆管路，使顶管就位，重复以上操作环节循环顶进。在顶进过程中预先在拟定管道点位向管壁外侧同步注入泥浆，以减少侧壁顶进时阻力，并支撑周边土层。5.5顶管顶进：5.5.1顶管机头安装到轨道上，复核管道中心与顶管机头后，顶管机头顶进，顶进机头在没有所有进入洞时，在机头中心、高程偏差不不不大于20mm，不考虑纠偏，如中心、高程偏差不不大于20mm，及时拟定纠偏方案，纠偏高程时，轨道上管要加配重，纠偏中心时，轨道管两侧要加支撑。5.5.2每节顶管吊至坑内导轨上，测量管道中心线及先后端管底高程，检查合格后，顶进至前一节管后端，并与之连接。在安装顶管时，顶管接口胶圈施工，严格按照设计和规范规定实行。5.5.3试顶：本次施工主顶设备均选用1.0m冲程油缸，前端有环形顶铁连接。在顶管顶进一段距离后，要加设弧形活动顶铁，做一次顶进再下后一节管时，可将其吊移。在正式顶进前，对所有机器、电路、油路及其他设备进行最后一次测试。无误后即开始顶进。5.5.4洞口封闭安装后，先不转刀盘将机头缓慢平推入洞内。顶进时进泥流量控制在0.4-0.6mmin。此时泥水分两某些流出，一某些由机头外流出井，另一某些由机头出泥管排出。5.5.5初始顶进速度控制重要是机头吃土，机头克服刀盘旋转产生扭矩，靠是机头重量产生与轨道摩擦力，如果盘刀吃土太深扭矩大，机头会旋转，因此顶进速度不要太快，第一节管进洞阶段，刀盘速度控制在10-20mmmin，此阶段重点是找正管子中心、高程，偏差控制在5mm之内；进泥流量控制在0.6-0.8mmin，泥浆由顶管机出泥管排入砂水分离设备。机头所有入土后，高程、中心偏差不不大于10mm要纠偏，此时纠偏用机头纠偏设备。初始顶进最后把中心控制在5mm以内，高程控制在+10mm以内，为背面掘进打下好基本。5.5.6当主顶油缸顶进一段距离后，掘进机机头进入止水圈接触到坑外侧土体，机头刀片开始工作，掘进出土体在切削刀盘内粉碎，进入泥浆舱，在那里与泥浆混合，泥浆通过排泥管输送到地面上。掘进机完全进入土层后，电缆及泥浆管拆除，下第一节顶管，将其推到掘进机尾套处与掘进机头连接，顶进，每节顶管顶进均安装前一节顶管后连接进行顶进。顶管施工中，为了使挖掘面保持稳定，必要在泥水舱中布满一定压力和相对密度在1.2左右泥水，泥水在挖掘面上形成一层不透水泥膜，它可以制止泥水向挖掘面里面渗入。同步，泥水自身具备一定压力，可以用来平衡地下水压力和土压力。开挖面泥水平衡是使泥水舱内保持一定压力，使其与地下水压力相平衡。泥水压力过大，地面隆起；泥水压力过小，地面沉陷。因而每段顶管施工前依照此段穿越土层及地下水位状况设定泥水舱基准面泥浆压力。当偏差流量为正值时，顶管机处在“超挖”状态，偏差流量为负值时，顶管机处在“溢水”状态，当发现掘削量过大时，应及时检查泥水密度、粘度和切口水压，查明因素后应及时调节有关参数，保证开挖面稳定。5.5.7当掘进机或前面几节工作管进入土体后，在安装下一节管子时，主顶油缸回缩，此时由于积极土压力作用，常会导致掘进机和管子后退，前端土体也随之滑裂，推动方向浮现偏差。5.5.8顶进机头入土后，机头后方持续放置注浆管，顶进时不断注浆充填水泥浆使浆液在管外壁形成比较完整浆套，后来再间隔二节管子放置一节有注浆孔管子用以补浆。顶进过程中遇到土质变坚硬，向土仓内加水或泥浆，掘进机上设有加泥孔，通过加泥孔向掘进面加泥；顶进过程中遇到土质软，第一节至第三节管及工具头联成一体，以增长整体刚度，从而可避免机头突然沉陷。5.5.9由于顶进距离较长，覆土较深，所需顶力较大，须用注浆减摩办法来减小顶进时阻力。本次注浆材料重要采用钠基膨润土，膨润土液具备良好触变性。要使膨润土液更适于注灌，更易成为完整浆套，与管壁之间摩擦力更小，就需添加某些添加剂，普通用纯碱作为分散剂，用CMC作增粘剂，针对不同土质条件和现场实际状况配制浆液。注浆效果好坏，除与选用注浆材料关于以外，还与注浆泵选用、注浆孔布置，和注浆压力大小都密切有关。为保证注浆达到最佳效果，顶进前四节顶管都设立注浆孔，后来每隔二节设有注浆孔管子。注浆时要持续不断地补充，形成一种完好浆套。注浆孔位置设立在管子前端，这样注进浆液先在管外壁与钢环带之间形成浆套，被挤出后，即在土壁上形成较为均匀浆套；顶管内注浆孔按120度布置，共3个，如右侧注浆孔布置图。为防止注出去浆液倒流，每一注浆孔设立单向阀。此外，注浆时要作好对注浆压力控制，不适当过高避免发生冒浆，注浆泵选用脉动很小螺杆泵。 施工中管线布置 5.5.10在长距离顶管中，通风是不容忽视问题。在顶进超过40m以上时，操作人员在管子内要消耗大量氧气，而管内会浮现缺氧，尚有某些有害气体夹杂其间。为了操作人员健康及安全，必要靠通风设施来解决。咱们采用鼓风机和抽风机相结合方式来解决这一问题，将鼓风机和抽风机安装在工作坑上方，以塑料管通入管道内。5.5.11在管子内有电缆，照明电线，水管，输油管，通风管等各种管线，普通均悬挂在管子顶壁及侧壁上，为保证施工有条不紊，预先在管子内壁上设立固定装置。做这些管线时，一定要作好接头，弯头解决，并经常检查。管内采用12V低压照明。5.5.12顶管施工过程测量，采用激光导向控制系统，测量仪器位于顶进后方，在主顶设备后方底板砼上，预埋钢板，做托架，调节到所需标高及管线轴线方向后，对准掘进机内定位光靶上，并使其在监控显示屏上反映出来。操作人员依照投影影像判断顶进偏差状况。顶进刚进入土层时，每顶进0.3m测量一次，顶进34节后，正常顶进，每顶进1m测量一次，在进入接受井前30m范畴增长测量频率，每顶进0.3m测量一次。5.6组合密封中继间与自动控制系统5.6.1组合密封中继间本工程中继间采用组合式密封中继间。其重要特点是可调节、可组合、可在常压下对磨损密封圈进行调，从而克服了在高水头复杂地质条件下中继间密封圈磨损而导致中继间技术难题，在水压0.2MPa下施工。 5.6.2中继间布置 第一种中继间布置于管道20m处，第二道中继间布置于管道70m处。每道中继间安装610只1000kN油缸，每个油缸行程为500mm，最大顶力为10000KN，额定顶力为8000KN，中继环设计容许转角为1度，中继间止水橡胶可通过径向调节螺丝自由调节，在圆角方向可以依照需要局部或整体调节，具备良好止水性能。每道中继环安装一套行程传感器及限位开关与DK-20自动控制台相连。5.6.3中继间启用条件当设备顶力达到容许最大顶力或顶管工作坑后背墙容许最大顶力55%（两者取最小值）时，启动第一种中继间，后续中继间在设备顶力达到容许最大顶力或工作坑后背墙容许最大顶力65%时启用。5.6.4自动控制台中继环自动控制采用ZD-20中继控制台进行程序控制，在顶管过程中按摩擦力大小，由控制台自动发出信号自动控制中继环，中继环控制台通过控制电缆、中继箱、远程传感器及限位装置与中继环油泵自控箱连接。按顶进程序自动控制中继环工作。中继环自动控制台具备如下功能：可以控制各中继环按程序规定自动/手动进行顶管；可以按规定变化顶进程序；可以按受力状况调节每环顶进距离；计算机可以从自动控制台自动取样，设立中继环自动/手动工作，并适时打印各类数据，供技术人员分析。 5.7中继间启动顺序从顶管机头向后按顺序将每段管节向前推移，当一组中继间伸出时，其他中继站应保持不动，在所有中继站依次完毕作业后，主顶工作站完毕该顶进循环最后顶进作业。6、 重要材料与设备 6.1砼管材：品种、强度级别符合设计规定，并有出厂合格证、出厂检查报告，材料进场后，按规范规定进行复检。 6.2商品砼：为了保证基坑强度，选用品有一定业绩及生产规模厂家，在砼运至现场后，进行塌落度实验，并且留置砼试件。 6.3重要机具： 设备名称数量设备名称数量25T/70T/160T吊车各1台液压千斤顶 200t30台150Kw发电机3台液压站3部ZL50装载机2辆顶铁3套挖掘机2台注浆泵3台4”潜水泵20台空气过滤、除油装置3套5T/10T装卸汽车各2辆加长臂挖掘机3台电焊机6台顶管机NPD30003套 6.4设备照片： 顶管机头 液压设备 油缸 泥浆泵7、 质量控制原则 7.1给水排水工程顶管技术规程 CECS246-7.2给水排水管道工程施工及验收规范 GB50268-7.3纪庄子水厂迁建配套管网工程岩土工程勘察报告7.4顶管施工技术及验收规范（试行）7.5土压平衡和泥水平衡顶管工程施工技术规程J10498-8、 安全办法原则 8.1建筑施工安全检查原则 （JGJ59-） 8.2施工现场暂时用电安全技术规范 （JGJ46-） 8.3天津市建设工程文明安全施工管理暂行规定8.4天津市建筑施工现场安全防护基本原则9、施工常用风险及应急办法 9.1工程风险分析： 9.1.1支撑变形较大或失稳 9.1.2地面沉降、隆起 9.1.3地质发生很大变化，突然间变硬或变软 9.1.4在顶管施工过程中，如果浮现异常偏差或纠偏失效 9.1.5支护桩侧向位移 9.1.6顶进管道渗水 9.1.7注浆办法 9.2应急办法： 9.2.1支撑变形较大或失稳 现场备足钢支撑、型钢、水泥及砂石料，并保证挖掘机、点焊接、搅拌机、喷浆机运转良好，放置在不影响施工地方。 对支撑除按规定频率进行检测外，暴雨后应加强对支撑端头检查，若有脱落或移位迹象应及时整治。加强司机安全教诲严防挖掘机和其她工程机械碰撞钢支撑，导致钢支撑脱落。 支撑失稳或脱落后，在设计位置左右及下方及时架设暂时支撑，然后再恢复设计位置支撑。 9.2.2地面沉降、隆起 在顶管通过路面设立观测点，发现沉降超过警戒值应及时停止作业，必要找出因素，及时调节方案并采用相应办法后才可继续施工。如沉降发生得到控制，则按调节方案继续施工。 如沉降发生不能得到控制，应停止顶管作业，立即进行换浆工作，保证地面稳定，保证路面安全。 在顶管施工过程中做好换浆工作，在一段管道顶进完毕后，及时换浆，普通以3天为一种周期，将水泥浆从注浆高于膨润土注浆压力注入，把顶管前面第一节注浆孔打开，使膨润土泥浆流出，直到有水泥砂浆压出时，再把注浆孔塞上，换浆后管周边有充分水泥浆，通过一段时间后，水泥浆溶入粉砂土中，最后变化了土质和管壁合成一体，可充分保证塌陷问题产生。 在顶通前应做好出洞前准备工作，在机头出洞后及时将机头和连接管道分离，机头及时吊出井外，在第一时间抓紧解决井内泥浆和进行洞口封门，保证洞内土体和水量不流失，保证管道沉降得到控制。 依照检测数据调节减阻泥浆注浆量，减少管节背土现象，控制地面沉降。 9.2.3地质发生很大变化，突然间变硬或变软。 可以通过刀盘扭矩来判断，如果突然变硬了，则像水仓加入水或泥浆，掘进机上设有加浆孔，其目就是用来加泥。如果太软，可把第一至第三节管子及工具头都联成了一种整体，以增长它们刚性，从而可避免机头突然沉陷。 9.2.4在顶管施工过程中，如果浮现异常偏差或纠偏失效质量办法 必要在容许偏差原则以内就停下来，分析因素，找出对策再继续顶进，切不可盲目行动。操作人员必要严格遵守这样一条规定：无论何种状况，超过容许偏差一律停下来，并且如实报告状况，以便分析因素，找准对策。 9.2.5支护桩侧向位移质量办法 基坑开挖过程中，边开挖边架设钢支撑，支撑连接处要可靠，每层开挖深度不超过设计深度，保证支撑体系稳定；施工时严格控制钢支撑各支点竖向标高及横向位置，保证钢支撑轴力方向与轴线方向一致；在基坑开挖期间要加强对支撑观测、每班要有专人巡察、当支撑轴力超过警戒值时，及时停止开挖，分析因素，制定对策；支撑施工要严格按设计规定架设。对支撑材料要严格把关，杜绝使用有缺陷支撑材料。 应急办法： 浮现险情时，现场人员及时从安全通道有序疏散； 在失稳钢支撑旁加设钢支撑，进行坑底加固，如采用注浆、高压喷射注浆等，提高被动区抗力，同步对周边支撑复查，查找与否有支撑松弛，如果发既有支撑松弛，应及时采用加固办法； 如由于支撑失稳已经引起基坑坍塌，及时对基坑坍塌处回填土方，并清理基坑周边超载，如果围护构造背土发生土体流失，要及时填充砂或砼，同步对周边支撑复查，查找与否有支撑松弛，如果发既有支撑松弛，应及时加垫木楔，防止失稳现象扩散。 9.2.6顶进管道渗水 安全防止办法： 顶进过程中地层受力变化、顶进机头突然浮现栽头后进行纠偏导致管口接口错口位置设专人监视； 若发现浮现渗漏，应及时解决。 应急办法：当漏水量较小时，采用在漏水处附近钻孔，向管外注入聚氨酯，运用聚氨酯遇水固化化学特点，进行止水；当漏水较大时，采用高效速凝水泥暂时封堵某些漏洞，并加设引流管，控制漏水尽量少冲刷高效速凝水泥封口，待速凝水泥达到一定强度时，在漏点附近钻孔注入速凝液浆进行堵漏。 9.2.7注浆办法 布孔原则 注浆孔眼位置及数量，则需依照不同地质状况进行合理安设。打孔办法可视施工条件采用机械（钻岩机）办法。灌浆孔眼小则需依照灌浆嘴或灌浆钢管大小拟定，普通钻孔孔径要比灌浆嘴或灌浆管12mm. 灌浆是整个化学灌浆中心环节，须待一切准备工作完毕后再进行，灌浆前必要有组织地进行分工，固定岗位，特别需要有专职纯熟人员进行操作，其操作程序如下： 灌浆前应对整个灌浆系统进行全面检查，在灌浆机具运转正常，管路畅通状况下，方可进行灌浆。 对于垂直裂缝普通自下而上灌浆，水平裂缝（横向缝）由一端向另一端或从两端向中间进行灌浆，对集中漏水应先对漏水量孔洞进行灌浆，在有条件状况下，横缝也可以几种嘴同步灌浆。 将灌浆系统和灌浆嘴牢固联结，打开排水阀门，使水从排水阀门中流出。开放灌浆系统所有阀门并起动压力泵，待浆液从排水阀门中流出后，即关闭排水阀门，继续加压进行正常灌浆。10、环保办法 10.1施工垃圾应每天清理，堆放在指定地点。 10.2现场泥浆、污水不得随意排放，应排到甲方指定地点，并经常进行解决，防止对周边环境影响。 10.3注意操作面卫生，工人不得乱扔垃圾、杂物，做到日站日清，活完料净。 10.4做好施工周边绿化工作，对现场树木进行保护。10.5建立健全环保规章制度，拟定环保管理人员。11、 效益分析满足了质量规定，同步使工程施工顺利进行下去，避免了明开施工放坡，缩小了施工占地，节约了占地费用以及美化了管线周边环境。12、 应用实例本工程坐落于天津市津南区、西青区两个区域，污水进水输送干管。起点为污水WE1井。终点为WE10井，管道流向西北（WE1）至东南（WE10）；管道直径为d3000mm，总长度为2424m，污水管线共计13座基坑，其中主坑主坑6座，副坑7座。项目部组织了3个顶管队伍对本工程实行施工，施工期间不但进度进展较快，还对周边环境减少了污染，同步在交付本地政府部门占地工程款也减少了投资，有效地节约了资源挥霍。13、 工程照片 天津市工法核心技术鉴定意见汇总表工法名称泥水平衡顶管施工工法申报单位天津三建建筑工程有限公司专家鉴定意见 专家签字：年 月 日市建设交通委核准意见公 章年 月 日