1、精選優質文檔-傾情為你奉上泥水平衡法頂管施工工藝工法QB/ZTYJGYGF-GS-0102-2011市政環保公司 茍引勞1 前言1.1 工藝工法概況在人口密集、交通繁忙、地面建筑物眾多的城市采用開槽埋管法施工地下管道時，影響交通，臨時占地面積大，對環境造成污染。給施工區域的居民生活和工作造成不便。采用地下頂管施工將避免上述弊端。管道頂進施工工藝原理是：利用人工或機械將管道前端土層破碎，再將棄土通過已頂進管道運出地面。用設置在管道后端的千斤頂將管道逐節向前推進，直到管道達到設計位置和長度。當管道直徑等于或小于1m時，施工人員無法進入管內直接作業，管道前端開挖土層及管道糾偏、棄土運輸等工序將無法進

2、行，頂管施工亦不能實現。我公司早前從日本引進TCC400和TCC800偏壓破碎環流系統頂管設備，經改進，采用泥水平衡法穩定管道前端土體，由送水管和排泥管構成流體輸送排泥系統，實現了遠距離遙控小口徑管道的頂進施工。同時，對原設備進行了技術改造，增加了擴管器，擴大了設備的使用范圍，取得了顯著的社會效益和經濟效益。1.2 工藝原理1.2.1 隨著頂管設備前端工具管的推進，前端切土刀盤不斷轉動，送水管不斷供應泥水，排泥管不斷將混有棄土的泥水混合物排出泥水倉；為平衡上部土層壓力，泥水艙保持著一定壓力；泥水在壓力作用下向土體內部滲透，在開挖面形成一層泥皮，泥皮可阻止泥水繼續向土體內部滲透，同時，泥水壓力通

3、過泥皮作用在開挖面上，防止土體坍塌。當刀盤前端土壓力低于設定值時，刀盤就往前伸，與此同時，減小或關閉排泥口，刀盤推進速度保持不變，刀盤前的壓力就會上升。反之，刀盤前端土壓力高于設定值時，刀盤就往后退，同時增加排泥量，若保持推進速度不變，刀盤前壓力就會下降。這樣，通過刀盤伸縮和控制排泥量達到平衡前端土壓力，從而保證管道上部地面不產生超過允許的變形。1.2.2 為減少頂管摩擦阻力，防止管道沿線地面沉陷，在管道頂進過程中，通過管道內預留的注漿孔把“觸變泥漿”用泥漿泵注入管外壁和土層之間。頂進時起潤滑作用，停頓時起支撐作用。頂管施工完畢后，用水泥漿置換。1.2.3 管道前端掘土、推進、糾偏、找中、泥水

4、進排等工序都通過設在地面上的控制臺進行操作。所有參數都反映在電視顯示屏上，從而實現了頂管自動化。2工法特點 2.1 該工法施工對周圍地屋擾動小，能維持不同土質挖掘面上的穩定平穩；地層損失小，產生的地表變形也小。2.2 施工時總頂力較小，尤其在黏性土層中的長距離頂進，可以優于其他類型的頂管施工。2.3 在工作井內的作業環境較好，能夠較安全地實現頂進作業。因為它是采用管道對泥水進行輸送排出進行棄土，不存在吊運土方等易發生危險的作業方式；又因它是在大氣常壓下作業，則也不存在施工加氣壓建立平衡危及操作人員健康及生命安全等問題。2.4 頂進施工時的連續作業性能好，施工進度較快。3適用范圍3.1 本工法適

5、用于直徑為4001000mm管道的直線頂管施工；3.2 本工法適用地質為滲透系數小于103m/s的砂粘性土或粉砂土層中的頂管施工；3.3 本工法可以在穿越河流、公路、房屋等覆土較深的條件下施工；也可在管頂覆土厚度大于管徑的淺覆土條件下施工。4主要技術標準給排水管道施工及驗收規范（GB50268）、頂管施工技術及驗收規范（試行）（中國非開挖技術協會行業標準）。5施工方法在敷設管道前，先建造一個工作井。在井內頂進軸線的后方，布置一組行程較長的千斤頂，一般每組為4 只到6 只，將敷設的管道放在千斤頂前面的導向軌架上，管道的最前端是一臺泥水平衡頂管機，工具管與管段之間需剛性連接。千斤頂頂推時，頂管機刀

6、盤旋轉，切削土體，形成帶有一定壓力的泥水，工具頭以此來平衡土體壓力及地下水壓力，隨著工具頭的前進，千斤頂把管道壓入土中。與此同時，通過連接在頂管機泥水倉的泥漿泵將泥水輸送至工作井上部的泥水分離池，將泥水分離，分離后的水再通過水泵輸送至頂管工具頭，底泥外運。當千斤頂達到最大行程后，全部縮回，斷開進水管、出水管管路及動力及信號線，放入頂鐵，連接好管路后千斤頂繼續前進。如此不斷加入頂鐵，管段不斷向土中延伸， 當頂管機和第一節管段幾乎全部頂入土中后，吊去全部頂鐵，斷開頂管機的動力電源及所有管路，將第二節管段吊入，接好管接頭，連接動力電源線和所有管路繼續頂進，如此循環施工，直至全部頂完。管道外壁注活性膨

7、潤土潤滑漿，以減少四周的摩阻力。當管道頂進阻力超過主千斤頂的頂進能力時，則采用中繼接力技術，將管段分成數段，段間加入中繼間，以接力方式分段克服摩阻力。管道的頂進方向與高程采用激光經緯儀進行測量監控。6工藝流程及操作要點6.1 工藝流程施工工藝流程見圖1：圖1 施工工藝流程圖6.2 操作要點6.2.1 施工準備工程施工前，應根據業主提供的地勘報告確定施工工藝，必要時應進行補充勘察；工程施工前，應組織施工人員認真學習施工圖紙、相關規范、標準，明確工程施工內容和技術要求，對圖紙中與現場不符內容聯系設計人員進行補充設計或變更設計。對頂管軸線兩側各5m范圍內進行地質勘察，核對地質是否與設計相符，并核對附

8、近是否有既有建筑物。如地質與設計不符或有不良地質（如流砂層），則要擴大勘察范圍，并與設計單位聯系，采取相應的措施。6.2.2 工具管控制工具管運轉后，根據后方控制臺電視顯示屏上的土壓力顯示，調整頂進速度。根據泥水艙的壓力顯示，調整進排水流量，使機頭工作艙壓力保持在設定范圍內。根據電視屏管道中心激光點位置，調整機頭狀態和糾偏千斤頂，使頂進管道始終保持在設計軸線允許偏差范圍內。泥水平衡式頂管掘進工具管結構示意見圖2：圖2 泥水平衡式頂管掘進工具管結構示意圖6.2.3 頂進施工1 拆除洞口封門；2 頂進機頭；當機頭進入土體時，開動刀盤和進排泥泵；3 機頭頂進至能卸管節時停止頂進，拆開動力電纜、進排泥

9、管、進排泥泵、控制電纜和攝象儀連線，縮回頂進油缸；4 將事先安放好密封環的管節吊下，對準插入就位；5 接上動力電纜，控制電纜、進排泥管路、攝象儀連線并接通壓漿管路；6 啟動頂管機、進排泥泵、壓漿泵、主頂油缸，并頂進管節；7 隨著管節的頂進，不斷觀察機頭軸線公位置和各種指示儀表，糾正管道軸線方向并根據土壓力大小調整頂進速度；8 當一節管節頂進結束后，重復以上2到7項操作程序，實施繼續頂進；9 長距離頂管時，在規定位置設置中繼環，頂進程序為：6.2.4 頂進到位1 頂進即將到位時，放慢頂進速度，準確測量出機頭位置，當機頭到達接收井洞口封門時，停止頂進；2 接收井內安裝好接引導軌；3 破除接收井洞口

10、封門；4 將機頭送入接收井，此時刀盤的進排泥泵均不運轉；5 拆除動力電纜、進排泥管、攝象儀及連線和壓漿管路等；6 分離機頭與管節，吊出機頭；7 將管節頂到預定位置；8 次序拆除中繼環油缸并將管節靠攏；9 拆除主頂油缸、油泵、后座及導軌；10 清場。6.2.5 泥水控制根據土層性質可注入清水或泥水，注入泥水的比重和地層類型的關系可參照表1規定。表1 泥水比重和土質的關系土質滲透系數（cm/s）顆粒含量（%）比重（t/m3）粘土及粉土1091075151.0251.075粉砂及細砂10710515251.0751.125砂10510325351.1251.1756.2.6 泥水處理排出的泥水應經過

11、處理，根據場地大小可采用泥水沉淀池或泥水分離機進行處理。泥水沉淀池可參考圖3布置。圖3 泥漿沉淀池結構示意圖6.2.7 注漿隨著管道頂進，將“觸變泥漿”用泥漿泵通過預設在管道壁的注漿孔注入管壁和土層之間的空隙中。觸變泥漿是由膨潤土、水和摻合劑按一定比例混合而成。一般情況其配合比（重量比）為：水：土（45）：1 土：摻合劑（2030）：1觸變泥漿制作要配合比正確、攪拌均勻，拌合后需靜置24h后方可使用。注漿原則是“先進時應加強對這些管道、建筑物的量測監控。注漿原則是“先注后頂，隨頂隨注”，確保漿液填滿管壁外空隙。頂進結束后，應對泥漿套的泥漿進行置換。置換漿液采用水泥砂漿并摻加適量的粉煤灰制成。漿

12、液凝固后，拆除注漿管道，將注漿口封堵。6.2.8 施工測量在工作井內安裝激光發射器，按照管道設計坡度和方向調整好位置，在機頭內設置激光接收靶，通過電視攝像頭將激光點位置傳輸到地面控制臺上的電視顯示屏上。頂進中發現管道偏移中心（軸線），應隨時進行調整。6.2.9 糾偏管道頂進中，由于各種不平衡外力的影響，如：地層變化、局部涌水、操作失誤等，管道中心可能發生偏移。如不及時糾正，不僅偏移誤差超標，嚴重時，隨著偏移擴大，管道頂進阻力將急劇增大，可能造成管道接頭拉開、外部泥漿泄漏、地層下陷等事故。管道頂進中發現中心偏移時，要立即采取措施糾正。要依照“隨偏隨糾，在頂進過程中糾偏，一次糾偏量不能過大”的原則

13、進行糾偏。為防止偏移發生，要注意以下兩點：1 工作井設備安裝精度要嚴格控制。尤其要注意導軌的高程、坡度及千斤頂的位置。液壓系統的設計要合理。2 地面操作臺司機要密切注意地層土質的變化、土壓變化及工具管偏移等情況，發現異常，應立即采取相應措施。6.2.10 中繼接力頂進長距離頂進時，當頂進阻力超過頂進設備能力時，可采用中繼接力頂進技術。它是將長距離管道分為若干區段，區段之間加入中繼站，每個中繼站只承擔頂推前面區段的管道，最后區段由主站承擔頂進。由于中繼站工作時往復滑動頻繁，并在受力狀態下滑動，要注意中繼環密封的可靠性。6.2.11 頂管操作注意事項1 防止地面變形，本工法通過調整頂進速度進行控制

14、，使土壓力在規定范圍內浮動。因此在頂進過程中，必須時刻注意土壓計的變化。2 頂進軟質地層時，有時即使以比較高的速度頂進，也還是達不到適當的土壓，這時可通過間斷停止刀盤旋轉的方法頂進，以保持適當的土壓。3 頂進較硬地層地段時，可能使工具管產生過載而發生故障。可以在設備中安裝過載保護裝置，當超過轉矩設定值時，后方千斤頂將自動停止工作，頂進暫停，暫停時間超過設定時間（降至轉矩設定值以下）后，后方千斤頂將自動重新開始頂進。6.2.12 頂管引起的地面變形控制頂管施工中引起地面變形的主要原因有：1 工具管處土體失穩；2 管道壁外土體坍塌；3 管道接頭滲漏引起土層坍塌。施工中應采取以下防止措施：1 頂進過

15、程中隨時調整泥漿流量及頂進速度，使機頭工作面土壓力和上部土層土壓力始終保持平衡。2 頂進中加強監測，發現管道偏移軸線，立即糾正，嚴防大角度糾偏。3 頂進中注漿要及時、適量，并選擇適當的注漿壓力。4 加強管口和工作井內洞口的密封措施，防止泥漿泄露和漏水。5 對管道沿線的房屋及水、煤氣管、電纜等地下建筑物，頂管前要了解其具體位置，并根據具體情況采取保護措施。管道頂進時應加強對這些管道、建筑物的量測監控。6.2.13 建筑物的保護措施如在頂管軸線10m范圍內存在房屋及水、煤氣管、電纜等地下建筑物，則要按照實際情況采取相應的保護措施。1 對于地質相對較好的粘質土、強風化砂巖等地層，一般不對建筑物進行加

16、固處理，在頂進通過建筑物時，頂進速度放慢，盡量減少對既有建筑物的擾動。 2 對于地質相對較軟、自穩能力差的地層，一般要對該范圍內的建筑進行加固處理。加固處理的方式可采取地面注漿及打樁等形式。3 頂管穿越既有建筑物時，根據實際情況，除對建筑物進行加固處理外，還要進行監控測量，如發現建筑物及地表有沉降現象，應立即會同監理單位、設計單位采取必要的保護措施。7勞動力組織泥水平衡法頂管勞動力組織見表2：表2 主要工種及人員配備表（每班）位置工種人數工作內容工作坑起重司機1吊裝管材裝卸工1協助吊裝作業電工1電路及電器保養控制室操作技工1通過觀察儀表盤上的各種數據進行頂進、糾偏及注漿等過程控制井內及地上值班

17、技術員1全面負責井內及地上普工3井內連接管道、管線及下管，井外配置泥漿及其他共計88主要機具設備主要機械設備配置見表3。表3 泥水平衡頂管機具配置表機具名稱規格、配套設備數量用途泥水平衡頂管掘進主機包括操縱臺1套掘進、糾偏進、排泥系統泥漿泵、管道1套泥水進入、排出泥水處理系統沉淀池或泥水分離機1套泥水分離、排出主頂系統千斤頂（50T）、頂鐵、后靠背、主頂油缸、導軌1套頂進動力起吊系統桁車（25T）或吊車1臺起吊管節拌漿機1.0m31臺攪拌泥漿測量系統激光指向儀1臺測量9質量控制要點9.1 易出現的質量問題9.1.1 當掘進停止工作時，一定要防止泥水從土層中或洞口及其他地方流失。不然，挖掘面就會

18、失穩，尤其是在出洞這一段時間內更應防止洞口止水圈漏水。9.1.2 在掘進過程中，應注意觀察地下水壓力的變化，特別是有壓力水頭出現時，需及時采取相應的措施和對策，只有這樣，才能保持挖掘面的穩定。9.1.3 在頂進過程中，隨時要留意挖掘面是否穩定；要經常檢查泥水的濃度和相對密度是否正常；還要注意進排泥泵的流量及壓力是否正常。應防止排泥泵的排量過小而造成排泥管的淤積和堵塞現象。9.1.4 管道穿越鐵路、公路、房屋等既有建筑物時，應采取相應的保護措施，防止地面突起，影響建筑物。9.1.5 頂管時其管道軸線、位置要符合設計要求。9.2 保證措施9.2.1 當掘進停止工作時，為防止泥水從土層中或洞口及其他

19、地方流失，可是先是泥水中加入適量粘土，以確保泥水有一定的黏度和較大的相對密度；另外，經常檢查洞口止水圈的工況，使之不漏水。9.2.2 如有地下水頭出現，要根據實際情況隨時調整壓力情況，使之適合頂進的工作壓力，又能確保掘進面的穩定性。9.2.3 配備有經驗的工作人員，隨時觀察在頂進過程中出的異常情況，采取調整壓力、泥漿濃度及檢查管路的方法及時排除出現的問題，確保正常頂進。9.2.4 頂進時，如四周及頂部有建筑物，要制定合理的頂進方案，應隨時監測建筑物四周地面的變化情況，可采取放慢頂進速度、建筑物四周加固等形式，確保頂管順利通過。9.2.5 如設計無要求，頂進管道質量標準應符合表4要規定。表4 頂

20、進管道允許偏差項目允許偏差（mm）軸線位置50管內底標高（D1000mm）+30，40相鄰管間錯口鋼管道2鋼筋砼管道15%壁厚，且20對頂時兩端錯口50管道上部地面變形控制隆起值10mm沉降值30mm注：D為管道內徑。10安全措施10.1 主要安全風險分析10.1.1 在頂進施工中，會發生地層坍塌和隆起、摩擦力超過頂力形成“死機”、管口泄漏涌水、管道嚴重偏移等工程安全及質量事故。10.1.2 千斤頂工作時，工作人員不得在拱鐵上方或側面停留。應隨時觀察千斤頂、油泵及頂鐵工作情況有無異常。10.2 保證措施10.2.1 頂管施工前，應根據管道所處位置、地層性質、管徑、地下水位標高、頂進距離等因素進

21、行頂力和后背結構計算，合理制定頂進方案和技術措施，在施工頂進中，隨時監測，并調整頂進管路的軸線，使之與設計中線相重合。另外，加強地面監測，隨時掌握頂進的各類參數，并采取糾正，避免發生安全事故。10.2.2 加強設備的保養及檢查，尤其是千斤頂的工況，工作人員不能在拱鐵上方或側面停留。11環保措施在泥水平衡頂管施工中，泥水處理是環保的重點。11.1 采用泥水處理系統，即泥水分離機或沉淀池的方式，對頂管施工中的泥水進行處理，處理后的水排入就近溝內，泥砂經過涼曬后運止棄土場堆放。11.2 現場合理布置泥漿池，泥漿池四周用磚砌筑高30cm、厚24cm的圍堰，在磚墻外設置排水溝，防止泥水外流。并采用圍攔圍護，以免渣