泥水平衡顶管技术.docx

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泥水平衡顶管技术

泥水平衡顶管技术在大口径供水管道铺设中的应用

朱庆根1王志刚2

渊1.浙江宝阳市政工程有限公司2.绍兴飞宇基础工程有限公司312000冤

摘要：

泥水平衡顶管掘进技术是一种先进的替代开糟挖埋式铺管的技术，目前广泛应用于排水、引水、给水、电讯、燃气、电力等管道的铺设，本文通过对无锡市自来水总公司敷设贯通锡澄水厂、中桥水厂、雪浪水厂和锡东水厂的淸水通道的大口径钢管顶进施工工艺的介绍，证明了泥水平衡顶管技术的在各类管道铺设中适用性。

关键词：

泥水平衡、大口径、供水管

随着我国经济建设迅速发展，城市化水平不断提高，建设资源节约型、环境友好型城市的要求也迫在眉睫。

为了避免以往'‘开槽式”挖掘施工所造成道路交通阻塞，事故频发,人民岀行不便，同时为了减少对环境产生污染；非开挖施工技术已作为优先考虑的施工措施：

在顶管施工中，我们把用水力切削泥丄以及虽然采用机械切削泥上而采用水力输送弃上，同时有的利用泥水压力来平衡地下水压力和土压力的这一类顶管形式都称为泥水式顶管施工。

泥水平衡理论就是以含有一泄疑粘丄的且具有一定相对密度的泥浆水充满掘进机的泥水舱，并对它施加一泄的压力，以平衡地下水压力和土压力的一种顶管施工理论，按照该理论，泥浆水在挖掘面上能形成泥膜，以防止地下水的渗透，然后再加上一泄的压力就可以平衡地下水压力，同时也可以平衡上压力。

非开挖技术的应用适应了这种要求，泥水平衡顶管技术就是被广泛使用的一种非开挖技术，泥水平衡顶管可适用于排水、引水、给水、电讯、燃气、电力等管道的铺设。

1工程概况

为提高无锡市自来水应急状态下南北连网的输水和蓄水能力，确保城市供水安全，无锡市自来水总公司修建安全供水高速通逍工程，敷设贯通锡澄水厂、中桥水厂、雪浪水厂和锡东水厂的淸水通道。

作为安全供水高速通道配套工程，本工程管线沿运河西路延伸段，该段给水管采用泥水平衡顶管法施工，管道沿运河西路，顶管全长286米，管材采用D2448钢管，顶管底标高为-7.0m,地而标髙为3.6m,管道埋深8.2m。

使用中继间1套。

根据该项目大口径、管道焊接刚接口、长距离的特点，我们提出了采用泥水平衡顶管技术，结合该地段地质丄层具有复杂多变的实际状况，运用日本伊势机TCC机型施工的方案。

本工程使用的主要设备是：

日本技术TCC型泥水平衡、偏压型顶後机。

该设备有新设计的四大功能：

（1）顶管机顶进、破碎处理一体化，无需任何辅助工艺：

（2）在机内旁通装置标准化，大大缩短安装时间和防止泥水管道的阻塞；

（3）新一代的澈光反射型方向诱导装置（RSG）能使操作简单而精确：

（4）适合上质范围广、顶管距离300米以上。

泥水平衡式顶管施工最大的优点是：

（1）适用的丄质范囤比较广，如在地下水压力很高，以及变化范囤很大的条件下，它都适用。

（2）可有效地保持挖掘面的稳泄，对所顶管子周围的土体扰动比较小。

因此，采用此方法顶管引起的地而沉降较小。

（3）与其他类型的顶管比较，泥水顶管施工时的总推力比较小，尤其在粘丄层这种表现得更为突出，所以特別适用于长距离顶管。

（4）工作坑内的作业环境较好，作业比较安全，由于它采用泥水管道，输送弃上，不存在吊土，搬运等危险的作业。

（5）泥水输送弃上为连续作业，因此进度比较快。

2沉井施工方案及工艺

2.1测量

设计交桩：

测量之前应有设计单位组织设计交桩，一般来说，在工作井和接收井附近应各交二个控制桩并给出所有控制桩的坐标，控制桩之间的距离应保持在150m以上。

工作井和接收井之间一般情况下都不能通视，因此两处应各设置二个控制桩，避免设置新点时仪器操作所引起的误差，控制桩距离要求在150m以上是为了保证测量时的精度，减少因仪器操作和人为因素引起的谋差。

测量放线：

（1）顶管工程的测量工作是整个顶管工程的关键，它的实施好坏将直接影响到管线的平顺，甚至影响施工进度。

因此需要精心实施，确保

无误。

（2）顶管工程的测量包括髙程测量和轴线（左右）偏差测量两部分。

（3）高程测量较简单，在地面上把永久性水准引测到井边，通过垂直吊钢尺引测到井下，设临时水准点，再在後道内架设水准仪测至机头内标靶，即可知道机头髙程偏差。

此水准还可以从机头测出

来，闭合差按二级水准控制。

（4）轴线（左右）偏差测量可在后座设一激光经纬仪，在满足通视的条件下，直接观察到机头光靶就可知道轴线（左右）偏差。

2.2基坑制作及下沉

顶管工作井沉井套用上海市政设计研究院设计的5X10X13m沉井图纸。

<1）施工工艺流程

沉井制作一深层搅拌桩施工一深井降水一沉井下沉一高压旋喷桩加固后背及止水帷幕一钢管顶进一坑内接点

（2）施工方案

经监理工程师认可的基坑开挖边线确左后，即可进行挖上工序的施工。

井体外侧留置0.5米以上以作立模空间和排水明沟。

沉井基坑底开挖至地坪标高以下2~3.5m（视具体开挖上质而定）。

挖土采用单斗挖掘机，并与人工配合操作。

因绿化迁移而积有限，现场无法堆放土方，开挖土方全部外运（招投

标工程量淸单中为余丄外运）。

现场基坑底面的浮泥淸除干净并保持平整和干燥，在底部四周设程排水沟与集水井相通，集水井内汇集的雨水及地下水及时用水泵抽除，防止积

水而影响刃脚垫层的施工。

（3）刃脚垫层施工刃脚垫层采用砂垫层和混凝土垫层共同受力。

1）砂垫层厚度的确定：

砂垫层厚度H可采用公式N/B+r砂HWg］计算岀工作井和接收井的砂垫层厚度。

砂垫层采用加

水分层夯实的办法施工，夯实工具为平板式振捣器

2）险垫层厚度的确立

绘垫层厚度可按公式h二（G0/R-b）/2计算栓垫层厚度。

混凝丄垫层表而应用水平仪进行校平，使之

表面保持在同一水平面上。

（4）立井筒内模和支架

2〜4c:

m

1尧遮板2尧尾板3尧环梁4尧肋板图1刃角端部示意图

刃脚踏脚部分的内模采用砖砌结构，宽度与刃脚同宽。

井身内模支架采用空心钢管支撑，钢管支架保证架设稳固，如有必要，采用对撑支架，增加内模的稳泄性。

（5）钢筋绑扎钢筋的表而应洁净，使用前将表而油渍、鳞锈等淸理干净；钢筋平直,无局部弯折，成盘的钢筋均调直：

钢筋接头互相错开，并严格按照国家标准《混凝土结构工程施工及验收规范》中的有关规泄执行。

为了保证保护层的厚度,在钢筋与模板之间设置同强度标号的水泥砂浆垫块，垫块应与钢筋扎紧并互相错开，钢筋规格和用量严格按照沉井施工图执行。

钢筋绑扎完成后，应上报监理工程师进行隐蔽验收。

隐蔽验收合格后，方可进行立模。

（6）立外模和支架钢筋绑扎验收后，进行架立外模和支架施工，井壁内外模用串心螺丝固定,串心螺丝采用014圆钢，中间设置止水片,两端设置铁片控制井壁厚度尺寸,圆钢两端头上绞成螺纹，用立制钢螺帽固左，拆模时拆去钢螺帽，割去外露部分，再用同标号防水砂浆二度抹平，确保不渗水。

外模支架必须稳、牢、强，保证在浇捣栓时，模板不变形，不跑模。

沉井施工用模板将采用1.8X0.gmXIOimi的多层专用木模板，使用时内壁用废机油涂层，确保栓表而光滑。

（7）浇捣混凝上模板和支架工序完成后，必须经监理工程师进行验收。

验收合格后,方可进行混凝上的浇捣。

为缩短施工周期和保证工程质量，采用泵送商品栓，泵送碗可将输送管的软管直接放入浇捣段，距离浇捣而1米左右，保证栓不离析。

绘浇捣前严格检查各种预留孔、预留管和预埋件的位宜和几何尺寸，防止漏放和错放。

碗振捣采用插入式振捣器振捣，振捣棒插入时离开钢筋，防止確振捣不匀和振捣过密而产生的险离析现象的发生。

磴在捣振时注意和随时检查模板受力和钢筋受力的情况，防止模板因磴振捣的原因而跑模。

在险浇捣过程中，还应做好妊试块工作，保证质保资料的完成。

由于本工程中的沉井深度均在15米，因此，在沉井时，混凝土将采用分3次立模、浇筑，分2下沉。

（8）养护及拆模確浇捣完成后及时养护，养护方法可采用自然养护城河塑料膜覆盖法，在养护过程中，对栓表而需浇水湿润，不能用水泵喷射而破坏险，养护时确保绘表而不发白，至少养护七天以上。

养护期内，不得在磴表面加压、冲击及污染。

在拆模时，注意时间和顺序。

拆模时间控制在磴浇捣后的3-4天内进行，过早或过晚的拆模对栓的养护都是不利的，拆模顺序一般是先上后下，小心谨慎，以免对诠表而造成破坏，对分段浇捣磴部位，保留最后一排模板，利于向上接模。

（9）封砌预留孔严格按照设计图纸的要求，设置和封砌各种预留孔，并保证在沉井下沉过程中，预留孔内不渗水。

（10）降水由于本工程管底设计标高均在-7.0米。

根据地质报告，沉井下部均处于粉质粘上夹粉上层中。

在沉井下沉前，设置6300口径的深井降水井8只，深度根据流砂层厚度确定在18~22m之间。

（11）挖除垫层土下沉沉井下沉需待混凝丄强度达到设讣要求和深层搅拌桩施工完成后，方可开始挖上下沉，上层采用人机配合挖上，下沉时，先凿除刃脚下的混凝上垫层及砖砌内模。

挖上工具采用长臂挖机挖上。

沉井挖上顺序应中间稍低于四周，四周均匀挖上，使均匀下沉，防止沉井倾斜。

沉井内的挖上高差控制在1米以内，禁止深锅底挖上，防止沉井突沉造成沉井倾斜的危险。

发现问题及时纠偏，由于挖丄不均引起井筒轴线倾斜时用挖上方法校正。

在下沉较慢的一侧多挖土、增加荷载或用高压水枪冲击刃脚等方法纠偏。

若沉井下沉有困难时要另外想办法，不准大量挖深，造成突沉。

沉井挖上三班制连续作业，中途不停顿，确保沉井连续、安全地下沉就位。

当刃脚距离设计标高在1.5米时，沉井下沉速度要改为逐渐放缓，挖上高差控制在50cm内，当沉井接近标髙时，预先做好止沉措施。

止沉措施可采用在刃脚四周间隔挖出设讣标高的槽，填入方木，并注意抛高系数，禁止超沉和超挖。

因设计变更，局部沉井将达到18m,长臂挖机无法挖上下沉，将采用下部人工挖土,汽车吊吊土的方法进行下沉（详细施工方案另行审批）。

（12）沉井抗浮il•算若地下水对沉井的浮力大于井壁及封底绘重量与井壁与上的摩擦力之和，可以采取在井壁上加载的方法抗浮，根据地勘资料中对地下水的描述，可以査到稳定水位高度，对于地下水对沉井的浮力计算公式为

F=ghsl

苴中籽一水的密度，取103Kg/m3h—水而至井底高度；si—井底而积；F—水对沉井的浮力：

沉井下沉系数计算如下:

K=Q/L（H-2.5）f其中：

K—沉井下沉系数Q—井壁自重;H—井壁高度;L—井壁外周长：

f一土壤的摩擦系数；

第一次下沉系数（包括第一、二节沉井）：

K二145/22X（5-2.5）X25=0.1>1.15沉井根据沉井井壁设计分节制作,高度根据设汁总高平均分配，浇筑程序是第一、二宵沉井碗和隔墙確浇好后，待英达到设讣强度70%后，即进行下沉到设计的底标高，然后进行封底、浇注平台、浇筑第三层沉井磴。

（13）沉降观察沉井在下沉过程中，必须随时测泄沉井标高，确保均匀下沉，并做好沉井下沉记录。

沉井下沉至设计标髙（包括抛髙）后，先淸除表而浮泥等杂物，超挖的土方必须用碎石夹砂填实，不用上填，井内保持没有积水，并确保井点的正常工作，不能发生停泵现象，同时加强对水位的观测，保证降水要求，地下水位必须距离垫层50cm以下。

当沉井在8小时内的累积下沉量不大于10mm时，方可浇捣底板。

（14）垫层施工施工时确保井底内无积水、无流砂、无翻浆等现象。

即可在其上进行素磴垫层施工，素妊垫层確标号为C20。

任垫层施工完成后，保证表面平整，无地下水上冒现象。

（15）浇筑混凝上底板素栓垫层完成并养护到位后，按设计要求进行底板钢筋的绑扎和碗的浇筑。

底板钢筋碗浇捣完成后及时养护，确保苴表而不壺白，并防止阳光及温差的剧烈变化，以免底板出现收缩裂缝，影响沉井的施工质量和使用功能。

3顶管施工方案

膨润土

没泡、搅拌

检