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泥水加压式顶管施工方案
一、工艺原理
泥水加压式顶管通过在掘进机前部设置隔板形成泥水压力仓，利用刀盘切削土体并与注入的泥浆混合形成泥水，通过控制泥水仓压力平衡地下水与土压力，实现开挖面稳定。刀盘可根据土体硬度自动调节伸缩量（范围-100~+50mm），切土口大小随刀盘压力变化动态调整，确保切削量与顶进速度匹配。泥水经管道输送至地面处理系统，分离后的清水循环使用，渣土外运处理。该工艺通过双重平衡机制（土体平衡+地下水平衡）控制地面沉降，适用于砂土、粉质黏土及含承压水地层。
二、施工准备
1. 场地布置
· 工作井与接收井：采用沉井法施工，工作井尺寸为8m×6m×9m（长×宽×深），接收井尺寸为6m×5m×8m，井壁采用C30钢筋混凝土，厚度800mm，设置2道Φ600mm钢支撑。
· 管节堆放区：划分20m×15m专用区域，采用200mm厚C20混凝土硬化，设置1.2m高防护栏杆，管节堆放不超过3层，层间垫100mm×100mm方木。
· 泥浆系统：布置3个泥浆池（沉淀池6m×4m×2m、调整池4m×3m×2m、清水池4m×3m×2m），采用砖砌结构，内壁抹20mm厚防水砂浆。
2. 设备选型
设备名称
规格参数
数量
用途
顶管掘进机
DTN1200型，刀盘转矩65kN·m，转速4.2r/min
1台
切削土体、平衡开挖面压力
主顶油缸
2000kN×2，行程3.4m，油压31.5MPa
2台
提供顶进动力
泥水循环系统
泥浆泵流量150m³/h，扬程50m
2套
输送与处理泥水
激光导向系统
精度±3mm/100m，带自动纠偏功能
1套
控制顶进轴线偏差
触变泥浆系统
螺杆泵压力3.5MPa，流量20m³/h
1套
注入减摩泥浆降低顶进阻力
中继顶进装置
单组顶力1500kN，行程2.5m
2组
长距离顶进时接力顶推
3. 材料准备
· 管材：采用DN1420×14螺旋缝埋弧焊钢管，材质Q235B，每节长度6m，接口采用V形坡口焊接，焊接完成后进行100%超声波探伤。
· 触变泥浆：配比为膨润土（8%）+纯碱（0.5%）+CMC（0.2%）+水（91.3%），经200目滤网过滤后使用，黏度控制在25~30s（漏斗黏度计测定）。
三、施工流程
1. 设备安装
1. 导轨安装：采用20#槽钢制作导轨，安装间距1.2m，顶面标高偏差≤3mm，轴线偏差≤2mm，导轨与井壁预埋件焊接固定。
2. 顶进系统安装：主顶油缸对称布置于轴线两侧，合力中心与管节轴线偏差≤5mm，油缸与顶铁之间垫30mm厚钢板，确保受力均匀。
3. 泥水系统连接：泥浆管采用Φ200mm高压胶管，法兰连接加橡胶垫片，安装压力表（量程0~1.6MPa）和流量计（精度±2%）。
4. 激光导向调试：将激光经纬仪固定于工作井后座，调整光束对准掘进机光靶，开机试运行30min，记录偏差值并校准。
2. 顶进施工
（1）机头进洞
· 拆除洞口临时封堵墙，安装Φ1500mm橡胶止水圈（硬度60±5 Shore A），涂抹黄油润滑。
· 启动主顶油缸，以5mm/min速度将掘进机顶入土层，同步开启泥水循环系统，初始泥浆压力设定为0.3MPa。
（2）正常顶进
1. 循环作业流程：
管节吊装→接口焊接→触变泥浆注入→顶进→测量→纠偏→管节焊接→...（重复至单节顶完）
2. 参数控制：
o 顶进速度：30~50mm/min（砂土）、50~80mm/min（粉质黏土）
o 泥水压力：0.2~05MPa（根据地下水位动态调整）
o 出土量：理论出土量×1.05~1.10（超挖系数）
（3）中继接力顶进
当顶进距离超过150m时启用中继间，操作步骤：
· 停止顶进，清理管内杂物，安装中继油缸（圆周均匀布置8个）
· 启动中继系统，顶推力分级加载（50%→80%→100%设计顶力）
· 主顶系统与中继系统同步推进，行程差控制在50mm以内
（4）机头接收
· 接收井前10m降低顶速至10~20mm/min，加密测量频次至每30min一次
· 机头进入接收井后，关闭刀盘和泥水循环系统，采用25t吊车吊出机头
· 切割管节多余部分，进行接口防腐处理（除锈+环氧煤沥青涂层干膜厚度≥0.4mm）
四、关键技术措施
1. 轴线控制
· 测量频率：每顶进500mm测一次轴线偏差，曲线段加密至300mm/次
· 纠偏方法：采用4组内置油缸（上下左右）调整机头姿态，单次纠偏角度≤0.5°，累计偏差超50mm时暂停顶进，分析原因后制定专项方案
· 曲线顶进：在曲率半径R=300m处，管节间预留10mm间隙，外侧触变泥浆压力提高20%
2. 泥浆管理
· 压力调节：根据公式P=γ·h（γ为泥浆重度，h为覆土厚度）计算理论压力，现场通过溢流阀微调，波动范围控制在±0.05MPa内
· 性能监测：每2h测定泥浆黏度、密度（1.1~1.2g/cm³），超标时补充膨润土或清水调整
· 置换处理：顶管完成后采用水泥浆（水灰比1:1）置换触变泥浆，注浆压力0.3MPa，流量5m³/h，确保管周填充密实
3. 接口处理
· 焊接工艺：采用手工电弧焊，打底焊电流80~100A，填充焊电流120~150A，层间温度≤150℃
· 防腐措施：焊口除锈达Sa2.5级，涂刷底漆（环氧富锌，80μm）+面漆（氯化橡胶，120μm），固化24h后检测附着力（≥5MPa）
五、质量控制
1. 验收标准
项目
允许偏差
检查方法
轴线位置
直线段≤50mm/100m，曲线段≤80mm/100m
全站仪测量
管内底高程
±30mm/100m
水准仪测量
接口错边量
≤10%管壁厚，且≤3mm
卡尺测量
地面沉降
≤30mm（隆起≤10mm）
水准仪监测（布点间距5m）
2. 检测要求
· 无损检测：每10个焊口抽查1个进行X射线探伤，Ⅰ级焊缝合格率≥95%
· 气密性试验：管段完成后进行0.6MPa气压试验，稳压30min压降≤0.02MPa
· 沉降观测：施工前3d至完工后14d，每日监测地面沉降，数据超预警值（20mm）时停工处理
六、安全与环保措施
1. 安全防护
· 井边防护：工作井周边设1.8m高防护栏杆，挂密目安全网，设置4个应急爬梯（Φ50mm钢管）
· 用电安全：设备采用TN-S接零保护系统，配电箱安装漏电保护器（动作电流≤30mA，动作时间≤0.1s）
· 有限空间作业：配备4台轴流风机（风量1500m³/h），作业前检测氧气含量（≥19.5%）和有害气体（CO≤24ppm）
2. 环保措施
· 泥浆处理：采用板框压滤机（处理量5m³/h）脱水，干泥饼含水率≤30%后外运至指定填埋场
· 噪声控制：破碎机、泥浆泵设置隔音罩（降噪量≥25dB），夜间施工噪声≤55dB（居民区）
· 扬尘治理：渣土运输车辆覆盖篷布，出场前冲洗轮胎，场地洒水频次≥4次/d（干燥天气）
七、应急预案
1. 塌方处理
· 征兆：泥水压力骤降、出土量异常增大、地面沉降加速
· 措施：立即停止顶进，向泥水仓注入速凝浆液（水玻璃+水泥=1:3），待压力恢复后检查刀盘状态，必要时采用Φ200mm袖阀管注浆加固（注浆压力1.0~1.5MPa）
2. 设备故障
· 刀盘卡滞：反转刀盘（1.5rpm）30s，若无效则降低顶力（50%设计值），同时增大泥浆流量冲洗
· 油缸漏油：关闭故障油缸液压阀，启用备用油缸，更换密封件时排空系统压力，严禁带压作业
八、施工进度计划
工序名称
工期（d）
开始时间
结束时间
关键节点
工作井施工
15
第1d
第15d
井壁混凝土强度达设计值80%
设备安装调试
7
第16d
第22d
激光导向系统校准完成
顶进施工（750m）
45
第23d
第67d
每日顶进≥15m
机头接收与清理
5
第68d
第72d
管内底高程偏差≤30mm
验收与移交
3
第73d
第75d
气密性试验合格
本方案通过系统化的工艺设计、设备配置及质量控制措施，确保顶管施工精度与安全，可根据现场地质条件动态调整参数，实现高效、低扰动的管道敷设目标。