D2600过江钢管顶管施工工艺探讨(DOC 21页).doc

目录一、工程概况2二、工程地质及管位4三、工艺选择5四、顶管工艺7五、顶管施工关键参数计算9六、主要关键技术12七、顶管施工质量控制措施27八、预案29九、建议29一、工程概况汕头市南区污水处理濠江分厂厂外收集系统中穿过濠江管道，采用先顶一根D2600钢管，而后在大管内敷设两根D820钢管的污水传输方案顶管管线长521m，一次顶进，属长距离水下顶管施工1）顶管管道：设计管中心标高为－11.46m，管道坡度为0；最深管顶覆土在工作井和接收井处约12.46m，最浅管顶覆土在濠江底约为6.0m2)工作井：工作井为φ14m圆井，井深15m，沉井刃脚深约20m，采用沉井施工沉井采用排水下沉，干封底，井体分两次制作，两次下沉，采用旋喷桩止水；根据工艺要求工作井布置在濠江左岸3)接收井：接收井为φ6m的圆井，深度与工作井等同接收井施工方式、平面布置、平面形状、材料与工作井一致接收井布置在濠江右岸管道纵剖面图如下：二、工程地质及管位1）本段工程勘察报告由“汕头市建筑设计院”提供，ZK16～ZK29共计钻孔14个，控制性钻孔7个，孔深25m，一般性钻孔7个，孔深20m，钻孔间距40m③层淤泥、淤泥混砂、淤泥质土：沿管线全程分布，层厚3.0-9.6m，饱和，流塑状态，地基承载力特征值fak=30-40kPa；⑥层淤泥质粘土、灰色粘土：沿管线全程分布，层厚3.0-12.9m，以流塑淤泥质粘土为主，有机质含量较高，根据现场土层特征及沉积环境分析，宜作淤泥质粘土处理，地基承载力特征值fak=50-60kPa。

多年平均高潮位、平均低潮位分别为0.978m、-0.042m(85国家高程基准)2)管位和顶进土层设计管底标高-12.46m，管位基本处于第③层淤泥、淤泥混砂、淤泥质土层及第⑥层淤泥质土层中管道穿过土层的纵剖面如下：三、 工艺选择（一）根据地质资料及现场勘查，本工程具有以下特点、难点：1、管道分别穿越濠江左右岸提防，施工易影响提防安全2、受涨退潮影响，水位变化大，涨潮时水位高，水压大3、管顶覆土厚度变化大，最大覆土厚度12.46m，最小6m4、管径大，顶距长，属大口径长距离顶管5、可能会碰到地下孤石二）根据本工程的特点，拟采取以下对策：1、在顶管顶进过程中采用管外壁注触变泥浆的措施从而降低顶进时的摩阻力，施工工程中严格控制膨润土的浓度来达到最好的减阻效果2、在顶进过程中设置中继间，将整段管道分段推进，减少主推顶力3、对提防高程变化进行跟踪监测，一旦发现变形超过要求，马上停工，采取补救措施；4、根据覆土厚度的不同及水位的变化，控制进排浆系统，确保泥水平衡5、对可能遇到的地下孤石头编制预案，并严格执行施工方案的审批制度三、基于以上特点和对策，通过对多种顶管机进行比较，本工程顶管工艺拟采用泥水平衡式顶管，它具有以下优点：图4-2泥水平衡式工具头顶管施工形象示意图1）本工程选用的是一种具有破碎能力的泥水平衡的顶管机，切削下来的泥土在泥土仓内形成塑性体，以平衡土压力，而在泥水仓内建立高于地下水压力10～20KPa的泥水、泥浆，以平衡地下水压力。

通过把进水添加粘土等成份的比重调整到一定范围内，即使挖掘面是砂的土质，也可形成一层结实的不透水泥膜，同时平衡地下水压力和土压力2）顶管机的刀盘前面切割面安装有合金固定刮刀，刀座和刀盘焊接采用耐磨焊条刮刀在刀盘的4把刀杆上的布置是全段面切割布置，刀盘每转动一周，滚刀和刮刀对前面土体是全段面的刮动顶管机在主顶装置的推动下，使到坚硬的土体破裂；刮刀对破裂的土体进行切割，掏空前方土体，顶管机向前推进3）顶管机的刀盘和泥土仓是个多棱体，且刀盘是围绕主轴作偏心转动，经过刀盘对前方土体切割，当有大块土体或小块石进入顶管机泥土仓，经刀盘转动时就会被轧碎，碎块泥土小于顶管机的隔栅孔就进入泥水仓被泥水循环管输送走四、 顶管工艺（一）泥水平衡顶管施工的基本原理顶管施工是从地面开挖两个基坑井，然后管节从工作井安放，通过主顶千斤顶或中继间的顶推机械的顶进，推动管节从工作井预留口穿出，穿越土层到达接收井的预留口边，然后通过接收井的预留口穿出，形成管道的施工顶管施工时，通过后座主顶油泵和主顶千斤顶产生推力，推动管道向前推进在管节推进的同时，顶管掘进机大刀盘切削前方土体，切削下来的土体进入顶管掘进机的泥土仓内，经刀盘的搅拌与进浆管送入的泥浆搅拌成浓的泥浆，再通过排浆管道将浓泥浆排出机头。

通过管节一节一节向前推进，顶管掘进机不断推进最后到达接收井，形成整段管道通过调整进排泥水量，或调整顶进速度，调整顶管掘进机泥水仓的泥水压力，从而保持了挖掘面的稳定顶管施工前需先在地面上的泥浆池内搅拌一定量的比重1.1～1.2左右的泥浆顶管施工时打开泥浆池的阀门，泥浆通过进泥泵加压，经进浆管进入到顶管掘进机的泥水仓；泥水仓的泥浆在工作井内的排泥泵抽排作用下，泥浆经排泥管排到地面泥水分离器处理，泥渣分离外运，泥浆留在泥浆池内，形成了泥水循环系统顶管施工工艺示意图（二）顶管施工工艺流程图顶管施工开始测量、放样监理复测工作井布置顶管机井下调试出洞准备工作顶管机出洞初始顶进正常顶进顶管、排土偏差纠正下管、接口处理进洞、中继间合拢取顶管机拆除管内设备YESNO地面设备及设施：供电、起吊、排土等安装，安全护栏、名牌顶进用管材准备注浆材料设备准备偏差测量校核及纪录泥水压力管理注浆控制、管理偏差测量校核及纪录距出洞50米须复测中继间启用、顶进顶管施工结束焊接、外防腐、探伤五、 顶管施工关键参数计算以下的顶管机主要性能参数的计算主要是根据本工程地质勘察报告和水文地质资料选取适当参数，根据规范及有关资料进行计算。

一）顶力计算：顶管过程是一个复杂的力学过程，它涉及材料力学、岩土力学、流体力学、弹塑性力学等诸多学科但顶管计算的根本问题是要估计顶管的顶力顶管的顶力就是顶管过程管道受的阻力，包括工具头正面泥水压力、管壁摩擦阻力1、 管材受力分析（钢管d2600×26）钢管顶管传力面允许的最大顶力按下式计算：Fds=fsAp式中 Fds— 钢管管道允许顶力设计值（KN）φ1—钢材受压强度折减系数，可取1.00φ3—钢材脆性系数，可取1.00φ4—钢管顶管稳定系数，可取0.36：当顶进长度＜300 m时，穿越土层又均匀时，可取0.45,：本式取0.36γQd—顶力分项系数，可取1.3Ap—管道的最小有效传力面积（mm2）计算得210141fs—钢材受压强度设计值（N/mm2）205 N/mm2由上式可得钢管顶管传力面允许的最大顶力11630KN2、顶管段，约长521m，管顶覆土取最大13.76m式中： F——总推力（kN）F0——初始推力（kN） f0——每米管子与土层之间的综合摩擦阻力（kN/m）式中： Bc——管外径，取2.6mPe——挖掘面前土压力（取Pe＝150kPa）Pw——地下水压力（kPa）△P——附加压力（一般取20kPa）Pw=γwh＝10×12.44＝124.4kPa式中：γw——水的密度（kg/m3）h ——地下水位到挖掘机中心深度，取最大12.44m得：F0＝（150+124.4+20）×3.14×2.6×2.6 / 4＝1562（kN）式中： R——综合摩擦阻力（kPa），采用触变泥浆注浆后取4（kN/m2）S——管外周长（m），得S＝3.14×2.6＝8.164（m）W——每米管子的重力（kN/m），计算得到每米重量为1650kgW＝1650×9.8/1000=16.17（kN/m）f ——管子重力在土中的摩擦系数，取0.2。

得： f0＝4×8.164+16.17×0.2＝35.89（kN/m）总推力F＝1562+35.89×521＝20261（kN）经计算得知总推力F=20261（kN），大于钢管顶管传力面允许的最大顶力11930KN，估算总顶力大于管节允许顶力设计值或工作井允许顶力设计值时，应设置中继间3、设计阶段中继间的数量按下式计算：n=-1式中 n—中继间数量（取整数）D1—管外径2.6mｆk—管外表面平均综合摩阻力，取4kn/m2ｆ0—中继间设计允许顶力（KN）5000knL—顶管长度521m由上式可得n=4.3,取整数为5个中继间4、中继环安装验算因为掘进机在推进过程中推力的变化会因土质条件的变化而有较大的变化所以，当总推力达到中继环总推力40％～60％时，就应安放第一只中继环，以后，每当达到中继环总推力的70％～80％时，安放一只中继环，中继环在管道上的分段安放位置，可通过顶进阻力计算确定每个中继环的额定顶力Fz＝250(KN/个)×20(个)＝5000(KN)第一个中继环放置距离L1：60%FZ=F0+f0L1L1＝40.1m第二个及以后的中继环放置距离L2：70%FZ= f0L2L2＝97.5mL3＝97.5m、L4＝97.5m 、L5＝97.5m该段顶管总长521m，经验算需放置5个中继环。

5、主顶总推力Ft×4）×35.89=3263kn，考虑土质条件的变化，工程似采用4支2000KN千斤顶作为主顶推力六、 主要关键技术（一）管节长度及组对焊接控制1、管节长度工作井为14.0m的圆井在出洞口除浇注500mm月牙形的前止水墙用以安装洞口止水圈外，在钢管顶进过程还需露出600mm的距离用以焊接及接口防腐处理在后面需浇注的700mm厚的月牙形后座墙这样工作井内可用的空间只有12.2m在这12.2m当中，分别扣除300mm的钢后靠板、3000mm的主顶油缸、300mm的护口环形顶铁和留出600mm的操作空间，余下来的8.0m即为顶进钢管的最大长度，顶进管节长度取8m2、组对焊接控制工程钢管是在工厂内卷制，并涂刷外防腐涂层的钢管运送至施工现场后，在堆放钢管的临时托架上增设硬质塑料滚轮；顶进施工中，在顶进主导轨上涂刷黄油，并放置钢制滑靴，滑靴紧贴钢管向前滑动至焊接坑落下，防止外防腐涂层损伤，并缓解管节自重产生的变形钢管组对前需要对管端剖口进行打磨，在管端焊缝处采用马铁导向，主顶系统辅助推进对接对接时严格控制前后管道轴线重合一致，钢管接口处错缝最大在2 mm左右，初始顶进的前100 m范围内不能使前后两管节产生夹角，否则会影响顶进轴线控制。

在钢顶管施工中，顶管用钢管节与钢管节之间的焊缝坡口必须采用下图所示的双单边“V”形坡口，也称“K” 形坡口施工时必须按图5所示的方向顶进采用双单边“V”形坡口形式的钢管管节在顶进过程中，其后方式平的，这样可以防止坡口卷边另外，采用这种坡口形式，使钢管在焊接时对口也较方便顶进方向顶进方向焊接接口采用半自动手工电弧焊接二）注浆减摩控制在顶进过程中，随着距离的增长，管道的摩阻力也随之增大在施工过程中尽可能地降低管道外侧的阻力，通常情况下往管外侧喷谢触变泥浆，降低顶进的阻力在长距离钢管顶进中触变泥浆主要减摩作用，注浆效果对顶进阻力控制起着至关重要的作用注浆应采用同步形式，以减小摩阻力注浆孔最好采用前密后疏的原则，每个注浆断面可布置6个注浆孔每个注浆孔设置1个球阀，每组注浆孔设置1个总阀门为保证形成良好的泥浆套，顶管机头后四道注浆孔独立布置，管底不布置注浆孔，每个中继间处均布置注浆孔，注浆孔与钢管呈90°角，采用单向阀、斜螺纹触变泥浆管设置在顶管机后面4节管每节管都设。