雨污水管道工程顶管施工方案.doc

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1、雨污水管道工程顶管施工方案1.1 顶管主要工作量淞发路W15工作井向W42接收井顶管，长度279m，1000钢承口钢筋砼管，管底标高：起点-3.06，终点-3.54；淞发路W15工作井向W22接收井顶管，长度220m，1000钢承口钢筋砼管，管底标高：起点：-3.06，终点-2.83；淞发路W24工作井向W22接收井顶管，长度103m，1000钢承口钢筋砼管，管底标高：起点：-2.74，终点-2.83；淞发路W24工作井向W25接收井顶管，长度27m，1000钢承口钢筋砼管，管底标高：起点：-2.74，终点-2.72；淞发路W26工作井向W25接收井顶管，长度23m，1000钢承口钢筋砼管，管

2、底标高：起点：-2.70，终点-2.72；淞发路W26工作井向W27接收井顶管，长度34m，1000钢承口钢筋砼管，管底标高：起点：-2.70，终点-2.67；淞发路W32工作井向W27接收井顶管，长度193m，1000钢承口钢筋砼管，管底标高：起点：-2.51，终点-2.67；淞发路W32工作井向W34接收井顶管，长度201m，1000钢承口钢筋砼管，管底标高：起点：-2.51，终点-2.35；淞南路Y25工作井向Y47接收井顶管，长度25m，1350钢承口钢筋砼管，管底标高：起点：-3.80，终点-3.83；淞良路Y28工作井向Y210接收井顶管，长度71m，1650钢承口钢筋砼管，管底标

3、高：起点：-1.50，终点-1.42；1.2 顶管土层情况由勘察报告中工程地质剖面图中得知：淞发路顶管管底标高在-2.35-3.54之间按设计坡度变化，顶管工作主要在3土层中进行，较深处切入土层中约十几厘米；淞南路顶管管底标高为-3.80-3.83，顶管管体下部在土层中约0.45m深，其余大部分在3土层中；淞良路顶管管底标高为-1.50-1.42，顶管基本在土层中进行。3层土质为灰色砂质粉土，层为灰色淤泥质粉质粘土。1.3 顶管线路沿线情况淞良路顶管Y28井至Y210井线路，位于淞良路与淞发路交叉口处，横跨淞发路。工作井处左侧为某建筑工地，右侧为淞南二村居民楼，接收井处左侧为淞南地段医院，右侧

4、为空地，地下有污水、雨水、电话、上水四道管线。淞南路顶管Y25工作井至Y47井线路，位于淞南路与淞发路交叉口处，工作井在淞南路上，接收井在淞发路上与两路呈斜交。工作井处左前侧为空地，右后侧为居民楼，接收井处右前方为居民楼。地下有污水、雨水、电话、上水四道管线。淞发路顶管从长江南路至淞肇路段目前仍为居民区，待拆迁。从淞肇路至淞良路段路北侧为居民楼区，路南侧大部分为空地。地下有四道管线。1.4 顶管机头选择根据前述土质和施工环境条件，同时考虑到顶管距离、顶管施工排土、施工时地面沉降控制难易程度等，顶管机头选型为：1000管和1350管,采用泥水平衡顶管机，1650管采用土压平衡顶管机。各型机头性能

5、指数如下：表4-2-1 各型机头性能指数型号参数泥水平衡式土压平衡式DBNP1000DBNP1350DDTP1650外型尺寸（mmmm）122028001675380020204100额定推力（KN）300040006000纠偏油缸（KN只）454804804最大修正角度1.502020刀盘电机（KW）11.5157.53总功率（KW）808555重量（KG）6000870091001.5 中继间布置由于主顶油缸允许最大顶力是由顶管工作井结构的强度和顶管后靠土体的稳定性以及管节结构限定的，因此仅靠主顶顶力在顶管距离较长时是无法达到顶进终点的，必须设置一定数量的中继顶，采取逐段接力顶进。当顶进推

6、力达到允许最大顶力的70左右时，就要设置一只中继间，而当主油缸达到总推力的90时，就必须启用中继顶。由于本工程中“F”型钢承口式钢筋砼管道实际覆土超过通用图取值范围，则需采用加强措施另行设计。 顶管总推力计算掘进机头迎面阻力F0经计算机头切削面泥水压上限值和下限值分别为:表4-2-2 机头切削面泥水压上限值和下限值管径机头中心埋深（mm）地下水位下埋深（mm）静止侧压力系数泥水压上限值（KPa）泥水压下限值（KPa）1000管7.25.26.70.311231071350管7.45.46.90.311251101650管7.55.57.00.54137113机头土舱实际控制值应介于理论计算值的

7、上下限之间。如设定值为：1000管机头：110KPa 上限值130KPa1350管机头：115KPa 上限值135KPa1650管机头：125KPa 上限值145KPa此时机头迎面阻力按式F0=1/4D2Pmax计算，则有：F0（1000管机头，外经1.24m）157KNF0（1350管机头，外经1.65m）289KNF0（1650管机头，外经2.07m）488KN管道的综合阻力F1F1DL考虑宝山区施工时实测管壁外周摩阻力值，在管壁外侧同步注入触变泥浆情况下，平均值均为4KNm2，故取此值。计算结果见表4-2-3所列：表4-2-3 管道摩阻力值顶管段落管径（mm）顶管长度（m）管壁摩阻力（K

8、N）W15W4210002794345W15W2210002203426W24W2210001031604W24W25100027421W26W25100023358W26W27100034530W32W2710001933006W32W3410002013130Y25Y47135025518Y28Y2101650711846总推力FF=F0+F1累加的结果见表4-2-4：表4-2-4 管道总推力值W15W424520KNW15W223583KNW24W221761KNW24W25578KNW26W25515KNW26W27687KNW32W273163KNW32W343287KNY25Y47

9、807KNY28Y2102334KN 各工作井设计情况：表4-2-5 矩形工作井W1-5W3-2基坑围护结构700双头SMW工法桩700双头SMW工法桩平面内净尺寸9.0m1.5m9.0m1.5m搅拌桩深度11.91m11.92mH型钢插入深度11.41m11.42mH型钢型号5003001220mm5003001220mm基坑挖深8.41m9.92m钢支撑3道3道内衬砼强度等级C25C25内衬底板厚度0.5m0.5m内衬环壁高度3.0m3.0m内衬壁厚0.50m0.25m0.50m0.25m板底注浆厚度3.0m3.0m工作坑最大允许顶力2500KN2500KN顶力后座最小面积1.0m1.0m

10、1.0m1.0m后靠土体加固自行决定自行决定表4-2-6 圆形工作井W2-4W2-6Y2-5Y2-8基坑围护结构700双头SMW工法桩700双头SMW工法桩700双头SMW工法桩700双头SMW工法桩平面内净尺寸8.00m8.00m8.00m8.00m搅拌桩深度11.75m11.90m17.15m17.30mH型钢插入深度11.25m11.40m16.65m16.80mH型钢型号5003001220500300122050030012205003001220基坑挖深8.25m8.40m9.65m9.80m钢筋砼围檩3道3道3道3道内衬砼强度等级C25C25C25C25内衬底板厚度0.40m0.

11、40m0.40m0.40m内衬环壁高度2.68m2.68m2.68m3.00m内衬环壁壁厚0.25m0.25m0.25m0.25m板底注浆厚度3.0m3.0m3.0m3.0m工作坑最大允许顶力2500KN2500KN2500KN2500KN顶力后座最小面积1.0m1.0m1.0m1.0m1.0m1.0m1.0m1.0m后靠土体加固自行决定自行决定自行决定自行决定 工作井的后靠土体稳定验算本工程中工作井顶管总推力大于最大允许顶力2500KN的只有二个井：W1-5、W3-2；接近的只有一个Y2-8，计算后靠土体稳定性时只需考虑这三个井。先考虑矩形工作井：由SMW工法桩支护的顶管工作井，顶管顶力P通

12、过承压壁传至桩后的后靠土体，因工法桩自身刚度较小，承压壁后的土压力一般假设为均匀分布，而桩两端的土压力为零，则总的土体抗力呈梯形分布，见下图：图4-2-1 土体抗力图图中为承压壁后靠土体因P荷载作用产生的反力（KN/m2），设承压壁宽度为b，则有将已知数据代入上式，有如下结果（按最大顶力2500KN计）：Y2-8工作井为圆形，单向顶进，作较为复杂的分析计算后，可得如下近似结果（按最大顶力2350KN计）：后靠土体的稳定条件为式中 土的重度（KN/m3）， s稳定系数，一般取s1.01.2，后靠土体土质条件越差，s取值越大；综合土压力系数，计算时根据以下分析：由于工作井钢筋砼内衬结构总体性较强，

13、后靠土体在抵抗顶力荷载同时，还要平衡另一相对侧土体的主动土压力。依较保守的算法：式中：Kp被动土压力系数， Ka主动土压力系数， C土体的粘聚力，KPa； 土的内摩擦角从勘察报告中了解到：W1-5井处地层当h11.91m时，为3土层；在深度7.6m时进入土层；W3-2井处地层当h11.42时，为3土层，承压壁范围内均在此土层内；Y2-8井处地层当h16.72m时，为3土层，在深度7.4m时，进入土层。下表为值计算结果：表4-2-7 值计算结果井号深度（m）土体重度(KN/m3)C值（KPa）值值（计算结果）备注W1-5井1.9118.52.029.32.6757.6010.811.31.128

14、W3-2井1.423.229.22.740Y2-8井6.721.632.03.0097.4010.515.91.504W1-5工作井承压壁后靠土体较差的层土稳定条件为：W3-2工作井显然是稳定的。Y2-8工作井承压壁后靠土体较差的层土稳定条件为：因此得出结论，按照设计规定的最大允许顶力施工时，工作井的后靠土体是稳定的，不需采取其它措施进行加固。 管节本身的结构对最大允许顶力的影响实际顶进施工中，顶推合力有一定的偏心度，在管内产生抗压应力区。当砼最大拉、压应力达到压损或开裂的极限值时，则顶推合力的极限偏心度与此时管节能够承受的顶推力值便确定下来。根据施工经验，设计给出的2500KN顶推力，对于本

15、工程使用的钢筋砼管，是完全能够承受的。 中继间设置计算根据前面所述的各种计算，可以确定需要设置中继间的顶管段为：W1-5W4-2 总长279m 1000管W1-5W2-2 总长220m，1000管W3-2W2-7 总长193m 1000管W3-2W3-4 总长201m 1000管中继间的设置原则是：在主顶达到允许最大顶力的70时，就要设一只中继间。由于第一节（1#）中继间推进过程中机头部可能出现异常情况，从留有一定的安全系数考虑，当主顶顶力达允许最大顶力的60时，设置1号中继间。即主顶此时推力为：602500KN1500KN,此时顶进总距离为：对于1000管： 1500KN=4KN/m21.2

16、4mL1157KN1#中继环设置位置：L186m在主顶顶力增加到90时，1#中继间必须启用，因此，1#中继间装备顶力为：2#中继环在主顶推力达到最大允许顶力70时设置，即：此时1#、2#中继环之间的距离由以上计算可知，W1-5W4-2段施工需设2只中继间，其余W1-5W2-2、W3-2W2-7、W3-2W3-4段均只设一只中继间。1.6 顶进中线型控制及量测设备 测量仪器配备与检验配备尼康DTM-352C型全站仪（测角精度2，测距精度2mm2ppm），尼康铅垂仪（精度1/4万），国产J2经纬仪，自动安平水准仪（AL-32X）。顶管施工测量所使用的仪器、附件须及时送质检单位检验，并在使用过程中经

17、常进行检查。 控制测量平面控制由于工作井和接收井两井通视，地面测量能够采用2级全站仪直接布置地面控制桩。在顶管施工期间必须对控制桩进行复测，每顶进100m对控制桩复测一次。井上坐标点向井下传递采用联系三角形方式，点位由尼康铅垂仪垂直投设。井下控制顶进方向的基准点用钢架埋设或固定点，同时在测量仪器的对面井沿口与井壁上分别设置测量仪器的复测校核点，以便在管道顶进轴线测量过程中对仪器自身位置的位移情况进行检查。每顶进100m对控制桩复测一次，每隔6h对仪器位置进行观测复测一次。在井内设固定的测站，根据设计纵坡，全站仪（短距离采用经纬仪）调好俯仰角度，在机头处设置控制管道轴线和标高的光靶；当因距离过长

18、，不能采用一镜测量时，则增设中转测站。顶管机头内垂直面设置顶进轴线灯箱型尖靶。在顶进过程中要经常对顶进轴线进行测量，每顶进200300mm，测量一次，记录3次/每节管子，顶进轴线与设计轴线一旦发生偏差，及时采取纠偏措施。高程控制利用附近已知的水准点，布置二等水准线路，将高程引测到工作井附近，并设置施工高程控制点。地面高程传递到井下时，可用钢尺垂直悬挂、下系重锤至标准拉力，然后地面、井下两台水准仪同时观测。井下布设高程控制点2个。顶管机头高程控制用水准仪和连通管两种方式，连通管测量为从掘进机到管尾挂一根10mm透明塑料管，管内充满水，根据连通管液位面等高原理，推算出机头水平偏差。每顶进20030

19、0mm测量一次偏差值，及时掌握机头姿态和发展趋势。顶管姿态测量在顶管机头部两侧设一对纵向水平横尺，利用布设的三维坐标控制点，测量各尺读数，计算出顶管转角，中心方位偏差值，顶管坡度、中心高程等数据，从而相应调整顶管机的各个施工参数。1.7 顶管施工工艺流程图施工准备放样复核工作井设备安装出洞准备顶进排运弃土测量及方向纠正卸管接口安装中继间安装进洞准备取出掘进机及附属设备全线测量置换浆液，洞口管缝处理结束顶进注浆材料准备地面设备安装图4-2-2 顶管施工工艺流程图1.8 顶管施工质量要求顶进不偏移，管节不错口，管底坡度无倒落水。顶管接口套环应对正管缝与管端外周，密贴，管端垫板粘牢，不脱落。管节不裂

20、，不渗水，管内不得有泥土，建筑垃圾等杂物。钢筋砼管最大偏角0.5（30分）；管线轴线偏差不得大于100mm；标高偏差不得大于80、100mm；相邻管节错口15mm无碎裂；内腰箍不渗漏，橡胶止水圈不脱出；接口抗渗试验应达 0.11MPa顶管在纠偏过程中，应勤测量，多微调，每项纠偏角度应保持1020，不得大于1。管道顶进过程中，在邻近无需要保护的地下管线和建筑物处，地面隆起的最大极限值为40mm，地面沉陷的最大极限值为60mm。1.9 洞口地基加固在顶管机头准备出洞时，工作井钢筋砼内衬上预留孔被打开，机头面对的前方地层为水泥搅拌桩体，即工作井周围700双头搅拌SMW工法桩围护结构，正常情况下应该不

21、会出现掘进面渗漏水、土体崩塌失稳现象，但由于出洞前洞口处H型钢被抽拔上提至底端略高于洞口顶部，其以下部分成为完全的水泥土桩且中部有空腔，因此洞口临空面桩体难以承受地层的土压力，应进行加固以策安全。进洞情况类似，也应一同加固。具体加固方案为：在洞口围护桩外圈增加一排水泥土搅拌桩，与围护结构同时施工，该排桩宽度比洞口宽度大3m，深度比洞口下沿深4m，施工方法与洞口水泥土搅拌桩类同。图4-2-3 洞口加固范围示意图1.10 工作井地面设施安装 起吊设施：起吊设施分两种，顶管距离较长的，并有适当的作业场地的，起吊设备采用门式行吊，主钩1520t，轨距10m，起升高度6m，轨道长度40m，顶管距离较短的

22、，设有适当的作业场地的，配备50t履带式起重机、5t吊机。 供电设施：输电电缆和配电箱根据各顶管掘进机功率设置，另外考虑辅助设备及照明用电，配两套供电线路，另统一配备200KW发电机组3台备用。 供水设施：供水管接到制备泥浆系统处。 注浆设备：在工作井附近搭设贮存注浆材料膨润土的防雨棚（后期置换时贮存水泥），贮存量为10t。拌浆桶、盛浆桶、注浆泵布置在工作井的一侧。 顶管材料：管材、橡胶密封圈、木衬垫。 排泥（土）系统安装：排土设5t吊机，临时堆放场，排泥设泥土分泥装置，基坑旁通管，临时堆土场，泥浆箱等。 图4-2-4 基坑旁通1.11 井内设备安装 铺设顶进导航：按照井底和出洞口的相对高差，

23、先用砌块砌筑80100cm宽，垫起后铺设固定导轨的枕梁，再用C15砼固定。左右、前后用22#槽钢与井壁支撑稳固。在井壁的出洞孔内加设砼垫块，防止机头出洞后磕头。 承压板安装：承压板采用钢板制作，后靠井壁是平面的，则承压板采用板式，后靠井壁是圆弧面的，则采用带曲面的钢箱形承压板。承压板与工作井壁之间用C15砼填实，承压板中心与主顶油缸的合力中心重合，并垂直于导轨平面。 安装置顶油泵：主顶油缸式样见图4-2-5，安装时主顶油泵比管道中心线下移8mm；油缸的轴线与管道轴线平行。油缸支架下部要实，左右、后端要撑紧。图4-2-5 洞口加固范围示意图 搭设操作平台：操作平台上放置主顶油缸用的液压动力站、储

24、油箱、配电箱、操作设施等。同时操作平台也是施工人员使用扶梯上、下井的中转平台；平台设置在井内接近一半的高度上，平台四周安装护栏。 掘机井就位：沿井口边铺设路基箱板、用50t履带吊把掘进机头从井边吊到井下位置就位。 安装洞口止水圈：先将止水圈装置初步就位，临时固定在出洞孔井壁上，然后推进机头至止水圈，根据掘进机外圆与止水圈内圆的周边等距离来固定止水圈，确保止水圈中心与管道纵轴线一致。 井内排水设施：设置构程合适的水泵用于井内排水。 安装测量仪器：必须在井内的所有设施安装完毕后才能安装测量仪器，以保证测量的精确性，仪器架下部用砼固定在井底板上。1.12 管节制作各类管节制作将委托有资质、产品质量好

25、、信誉高的水泥制品厂家生产。 工艺要求：大钢环的前端坡口需经刨床加工，小钢环用特制的立式卷板机水平卷制而成，钢筋网采用自动点焊机成型，拆卸式钢内模装置，同步提升联合振捣系统。 生产质量的确认：将密切与质量监理工程师合作，采取定期检查，抽查，按规范要求进行取芯试验，整体受荷试验等方法检验，确认管节质量符合质量要求。1.13 洞口止水装置洞口止水分出洞止水和进洞止水，二者的使用时间和使用条件是不一样的：出洞止水装置在顶管的全过程中都在使用，止水橡胶环片总是被所有的管子摩擦，容易被拉扯坏；进洞止水装置在机头出洞时一次性的使用，至井管接头做好后就完成了使命，但在使用中机头并不能总是对准预留洞口的中心进

26、洞，出现一定的偏位，设计不佳的止水装置容易被顶坏，造成止水效能失效。我们根据自己的实践经验，对通常的方法进行了一番改革，增强了止水效果，克服了渗漏水的通病，能确保顶管机头进出洞施工顺利进行。具体做法详见以下图示。图4-2-6 出洞口止水装置安装示意图在出洞口止水装置上，我们对常规的做法进行了两项改革：止水橡胶法兰和挡压钢法兰。止水橡胶法兰在材质上采用高弹性橡胶，舍弃通常的平板造型，改在内环边增厚半圆环条，目的是增加止水橡胶板对管体的抱箍力，降低被撕裂的可能性，耐磨损。橡胶法兰要寻求橡胶生产厂家专门生产，厂家根据具体的尺寸要求压模成型，经使用单位检查确定符合要求后厂家才开始硫化。在挡压钢法兰上，

27、摒弃以往的钢法板做法，改成挡压钢法兰，既压紧了橡胶法兰片，又能挡住洞口注浆形成的向洞口外的胀压力。进洞口止水装置安装示意图在进洞口止水装置上，我们借鉴了日本的水囊技术，但我们增加了预埋钢槽，取消了活动板（对于小管径，活动板难以加工使用），止水水囊未充水时，被固定在钢槽内，使用时，高压充水囊压紧管壁和槽底达到止水目的。实际施工中，可将充水改为充水泥浆，既止水，又完成了井接头工作。1.14 中继间的设计制作中继间的设计制作一般委托生产机头的厂家加工，施工单位只需提供钢筋砼管外径、中继间装备顶力要求等数值即可。目前中继间设计成一个完整的伸缩部件，见下图示 图4-2-7 中继间的设计制作中继间的设计必

28、须满足刚度大，安装方便，使用灵活，并在使用中满足伸缩自如、水密性等要求。其主体结构由以下部分组成： 短冲程千斤顶组，其规格、性能要求一致； 液压、电器、操纵系统； 伸缩钢壳体和千斤顶装设、作用装置； 止水密封组件。1.15 管道接口施工管间接口管间接口形式见图4-2-8图4-2-8 管间接口形式接口是顶管工程的关键部分，保证做好接口部分是顶管工程成败的关键，因此对组成接口的每一部分都必须严格遵照有关规程的要求逐一分别严格制作。顶进前对砼成品管，钢套环、橡胶密封圈和软木衬垫从尺寸、规格、性能、数量等均作详细检查，必须复核标准设计图的要求，顶进前还必须在现场作试安装，对不合格的砼成品管应予以剔除。

29、砼管接头的槽口尺寸必须正确，光洁平整无气泡。橡胶圈采用氯丁合成楔形橡胶圈，主要物理力学性能符合相关要求。橡胶圈的外观和任何断面都必须致密、均匀、无裂缝、孔隙或凹痕等缺陷，橡胶圈应保持清洁，无油污，不能在阳光下直晒。楔形橡胶圈自然周长应为砼顶管槽口周长的85，即套上槽口后橡胶圈的伸长率为15左右。橡胶圈应牢固地粘结在砼管的槽口上，粘结强度应以成人用手掌用力沿轴向推橡胶圈，橡胶圈底部粘结面不脱胶、不翘边为合格。为保证周边的粘结质量，应制作专用的顶管粘结支架，使管节离地至少40cm。顶管管节在连接前，要在橡胶圈上和套环内壁涂一层硅油作为润滑剂。钢套环必须按设计要求进行防腐处理，刃口无疵点，焊接处平整

30、，肢部和钢板平面垂直，堆放时整齐搁平。衬垫材料为多层胶合板，其应力应变关系应符合试验曲线要求详见“PT04-04（5/5）”，误差5。粘贴时，凹凸口对中，环向间隙符合要求。插入安装前滑动部位均匀涂薄层硅油等润滑材料，对橡胶无侵蚀性，减少摩阻。承插时外力必须均匀，橡胶圈不移位，不翻转。不露出管外，否则应拔出重插。顶管结束后，清除接口内间隙的杂物，保证内间隙干燥并按设计要求在内间隙嵌以弹性密封膏，要求与二管口抹平。管与中继间接口中继间后紧接一节特殊管，简称后特管，该管前后端均不设钢套环。中继间前后管与其接口均为楔型橡胶圈止水，与管间接口类同。管与顶管机头接口出于防止纠偏失效的因素，机尾和第一节砼管

31、之间，除了管端砼面与机尾顶紧外，钢套管也与管尾钢壳焊连。此第一节管和其它管节的区别还有，注浆管孔前置。1.16 顶管机头出洞与防旋措施顶管机头出洞的步骤是：机头被主顶顶入洞口止水钢橡护套内，穿过内衬砼墙，旋转切刀切削洞前搅拌水泥土加固土体，主顶回缩，加装砼管，主顶顶进送机头出洞进入自然土层。顶管机头穿过加固土体后，正面即受到约0.12MPa以上的水土压力，使顶进机头后退力约140KN，因此当千斤顶缩回安装管子之前必须作临时支撑。机头正面承受的140KN的退缩力需要顶入4节管子后产生的摩阻力才能被平衡掉，因此在出洞施工中必须按防退要求周密考虑安排施工。4节管子顶入后不再安装临时支撑，但洞口附近管

32、子由于管接缝受到地下水的压力仍有被推出的可能。因此必须在靠洞口的管缝间安装临时连接钢板，防止收回千斤顶后管子后退而使管缝脱开。为了防止顶管机出洞时产生磕头现象，应在洞口下部制作一块素砼托板。当顶管机头开始切削搅拌水泥土体时，推进速度应较慢。因为机头在一定的坡度上且土体面不平整等原因，开始切削的土体只是断面的一部分，而且顶管机只靠机壳与导轨之间的摩擦力来承受切削的反力矩，如推进速度过快，有可能刀盘不转而机身转，因此，设置防旋转措施很有必要。防旋措施之一就是在机身和洞口上各焊一环，之间用5t手拉葫芦连接起来，用以承受顶管机切削的反力矩。顶管机出洞的推进过程是一个泥水平衡建立的过程（对泥水压平衡机头

33、而言）。泥水机头施工前，必须有一定粘度的、足够量的泥水供应，在泥浆槽里第一次准备的泥浆量应有5m3。机头在出洞段施工中，开始时由于处于水泥土加固区域，在不影响泥水系统正常输送平衡条件下，切口水压较低。当机头穿越加固区后，随着顶进距离增长，必须提高切口水压达到正常控制状态。1.17 正常顶进 顶进参数控制 泥水仓压力控制值为110KPa。泥土仓压力控制值初步定为125KPa，待机头进入正常的土层后，静置24h，观察顶管掘进机土层压力表上的值，若此时值与该值不符，则以测定值为准，并对原来计算的总推力值进行相应的调整。 管道顶进方向控制，机头后的砼管子机头采用刚性连接以提高顶进时的直线度。 推进速度

34、，一般控制在10mm/min左右。 泥水管理：泥水式机头泥水比重控制在1.151.25之间，并做好泥水与泥渣的分离与泥渣的排放工作。 出土控制：土压式机头顶进时的出土率控制在9598，根据实际情况及时调整，对于1650管来说，顶进油缸伸出87mm，出土约0.28m3。 轴线控制：管道每顶进200mm300mm时测一次中心轴线，若发现偏移趋势就进行纠偏，当偏移量达到20mm时，立即停止顶进，查明原因，在制订出切实措施后再继续顶进。为确保顶管轴线的正确，勘测勤纠。 注浆减摩：管壁注浆管道外周空隙的形成主要有三个因素：一是顶管工具管比管道外径略大；二是工具管纠偏；三是工具管及管道外周附着粘土而形成，

35、需及时将触变泥浆填充于其中才能使其达到支承土体和减阻的目的。这就要求对顶管机头尾部的压浆要紧随管道顶进同步进行。在顶管顶进过程中为使管壁外周形成的泥浆环始终起到支承土体和减阻作用，在中继环和管道的适当点位还必须进行跟踪补浆，以补充在顶进过程中的触变泥浆损失量。一般压浆量为管道外周环形空隙的1.52.0倍。要达到以上的效果，压浆不仅要及时和适量，还必须在适当的压力下由适当的点位和正确的方法向管外压注。压浆压力应根据管道深度H和土的天然重度而定，一般为23H。 注浆设备系统注浆分为机头同步注浆和管道补浆两部分，采用同一根总管和同一种浆液配方。本工程施工用的膨润土触变泥浆是在地面压浆站配置后，通过液

36、压注浆泵压入输浆总管及管节上设置的环形分管。注入至顶管机及管节的各个注浆孔形成管节外围泥浆套。输出总管：50镀锌钢管；支管：25镀锌钢管。在机头处安装隔膜式压力表，在所有注浆孔内设置球阀，在中继环处用高压橡胶管过渡，软管和接头的耐压力为5MPa。注浆泵站由SYB50/50-型单缸液压注浆泵和液压动力站组成；注浆量为80L/min，注浆压力为0.4MPa。油泵型号：10SCY14-1B，流量q10ml/r，压力p31.5MPa；电机型号：Y112M-4，功率4KW，转速1450r/min。 注浆孔布置注浆砼管的安排：在掘进机头后连续放4节有注浆孔的砼管子，然后隔2节管子放1节有注浆孔的管子，这样

37、放设4节带注浆孔的管子后，每隔6节管子安放一节有注浆孔的管子，在中继环前后各连续放3节管子。每节带注浆孔的管子设1个补浆断面共4个注浆孔，均匀布置。带孔管1个补浆断面上的4孔为对称布置，但安装时不能将注浆孔按水平轴、竖垂轴这样的状态布置，左扭转22.540，前后相邻带孔管上的注浆孔扭转至孔位相差45左右。 浆液的配比及性能指标。由于采用了压浆和补浆只用一种性能适当的触变泥浆，为满足要求，确定泥浆的配制采用商品膨润土粉，泥浆分散剂为碳酸钠（Na2CO3），增粘剂为钠羟甲基纤维素（CMC），泥浆的配比及性能指标见下表。表4-2-8 触变泥浆的配方和性能指标膨润土纯碱CMC漏斗粘度终切力失水量密度1

38、2140.10.50.020.053238130108KPa91.061.08制备泥浆的设备和方法 制浆设备高速回转式搅拌机，最为常用的是叶片搅拌机，通过高速回转（2001000r/min）叶片，使泥浆产生激烈的涡流，从而把泥浆搅拌均匀。搅拌试验的结果：膨润土溶解至93%时所需时间为4min。100%溶解时间是9min。考虑到膨润土的溶胀，对于在使用之前可以放置较长时间的泥浆，其搅拌时间应为710min左右。 泥浆制备方法一般新鲜泥浆的搅拌时间可控制在510min之间，当加入难溶于水的外加剂或冬季施工时，应取较长的时间。CMC是很难溶的物质，要使CMC溶解，可以在泥浆搅拌过程中，慢慢地一点一点

39、地往泥浆中掺加CMC粉末，这对增加泥浆粘度是最有效的方法。若事先用清水溶解CMC成1%3%的溶液，然后再掺入泥浆里也会很容易地混合起来。 制备泥浆的顺序一般制备泥浆的顺序为：水；膨润土；CMC；分散剂；其他外加剂。由于CMC溶液可能会妨碍膨润土的溶胀（膨润），所以要在膨润土之后放入。 泥浆的贮存根据膨润土的膨润特性，泥浆在贮浆池内最少要贮存12h以上。一般贮存泥浆采用钢制贮浆罐。 泥浆施工由于顶管机头外周空隙是压浆的主要部位，施工中采取同步注浆方式，即在机头被顶进过程中所有补浆管路关闭，只开通注浆管路，注浆量要根据机头型式具体情况具体确定，主要以压力控制，约为0.20.3MPa（太高的压力会产

40、生触变泥浆向机头前端泥土仓（泥水仓）内串聚，使机头段周围泥土在泥浆液压的作用下形成一定的空隙容纳触变泥浆。在后续管道的四周泥浆套，由于可能产生的局部漏失，泥浆微粒渗入土体空隙内，管壁的拖动作用等原因，使局部泥浆套厚度变薄，甚至消失，难以始终起到支承土体和减阻的作用，就需要进行跟踪补浆。补浆按顺序进行，定量压注每班不少于2次。洞口注浆压力和注浆量根据洞口止水装置情况实际确定。总之，施工中应坚持“先压后顶、随顶随压，及时补浆”的原则。 注浆工艺流程地面制浆总管阀门打开开启支管阀门启动压浆泵送浆（顶进开始）管节阀门关闭（顶进停止）总管阀门关闭井内快速拆开接头下管节接总管下一个循环。 泥浆置换在顶管结

41、束后，立即用纯水泥浆置换膨润土泥浆，水泥浆水灰比为0.4，置换量约为：1000管：0.12m3/m1650管：0.20m3/m 沉降控制：根据地面沉降监测反馈信息及时调整土压力控制值，出土量与顶进速度，若发现沉降值超标，立即停止顶进，查明原因，采取相应措施后才能重新顶进，确保地下管线与地面建筑物安然无恙。 机头姿态控制参见：顶进中线型控制及量测设备 节和“机头纠偏操作”。 排泥系统与弃土泥水式盾构排泥管与机头输泥泵出泥口口径相同，管节接头采用卡箍式活络接头，在中继间处用高压橡胶波纹管过渡，以适应中继间的伸缩。泥水输送距离较远的顶管区段（150m）在工作井底增设一台管道泵串联在管道线路中接力输送

42、泥水提升至地面沉淀箱内。直径较大（1650管）的顶管，由于采用泥土平衡式机头，顶管距离全长为71m，故本工程中间采用手推车将土从管道内运至工作井内，再由起重机将手推车吊运出井。输泥泵输出的泥水被泵送到地面上的5只储泥箱（每只容积8m3）内，经沉淀后（除泥浆被调配改良后返回到泥水仓继续使用）的稠泥浆通过密封车外运、小车运出的土方，在工作井附近设土方临时堆场，晚上用土方车外运。1.18 机头纠偏操作顶进纠偏普遍采用调整纠偏千斤顶的编组操作，若管道偏左侧千斤顶采用左伸缩方法，反之亦然。如同时有高程和方向偏差，先应纠正偏差大的一面。顶进中发生顶管机头旋转时应采取措施防止偏转扩大，常用措施为改变切削刀盘

43、的转动方向和在管内的相反方面增加压重块直至正常。 纠偏操作方案应是顶管司机交接班讨论重点。方案的依据为测量提供的机头折角、倾斜仪基数和走动趋势、前后尺读数比较、机尾处地面沉降量等等。0.5以上的大动作纠偏需尽量避免并慎重讨论，不得已时也应争取在非重要地段进行并通知地面测量和保安小组加强注意。 纠偏动作后如无折角变动应即停顶，会同电工、机修工检查电路和液压管路，尽早排除故障，严防轴线超差。 纠偏应在下管后尽早进行，注意观察倾斜仪读数的纠后趋势及光点滞后变化，同时通知地面和地下压浆人员加大同步注浆量。 进入重点保护区域前应采取各种提前措施，争取机头折角尽量减小，严防机头大折角平推。1.19 顶管通

44、讯与监控长距离顶进必须保证信息交换渠道的畅通，同时对施工操作人员要进行监护，防止发生安全事故，因此设立了通讯、监控系统。通讯，采用数字程控交换机，各联络点之间可以通过电话自由通讯，在管道内空气潮湿采用了一批防潮防爆的矿用电话机，以保证通话质量。监控，采用了两台监测器，分别对顶管机操作面和主顶操纵台进行监控。这样地面人员能及时了解施工情况，发生问题可以立即着手解决。为了解决传输信号长距离输送衰减的问题，将信号通过放大器放大后再送上地面，保证了图像的清晰1.20 处理管内沼气和承压水方法本工程施工中，绝大部分地段采用泥水压平衡顶管机头，系统出土为封闭连续型，一般不会发生沼气逸出现象。为确保安全，特规定：在每次下井时，都由施工人员携带便携式可燃气体监测仪进行测试，确认安全后，才能进行施工，否