大城县胜越管道工程有限公司
泥水平衡顶管概述:为治理环境、解决城市供水、供电等配套建设时,通常采用开槽埋管的办法进行施工,这常会影响交通,破坏原有建筑物,引起周围构筑物不同程度的沉降,引起路面隆起或沉陷.泥水平衡顶管施工技术是解决以上问题的有效办法,这种方法近几年从日本引进,并在上海、广州等地开始应用.泥水平衡顶管相对人工顶管,施工成本高,但是地质情况为流沙时,采用泥水平衡机械顶管较人工顶管安全。泥水平衡式顶管是一种以全断面切削土体,以泥水压力来平衡土压力和地下水压力,又以泥水作为输送弃土介质的机械自动化顶管施工法。泥水平衡顶管系统主要由顶管机头、地面操作台及其他辅助设备组成,机头内部有PLC控制箱,地面操作台队机头给出动作信号控制机头的动作。排泥系统将弃土排除,吊车下管,由千斤顶将管道分段顶进。
随着工具管的推进,刀盘在不断转动,进泥管不断供泥水,排泥管不断将混有弃土的泥水排出泥水舱。泥水舱要保持一定的压力。使刀盘在有泥水压力的情况下向前钻进。
泥水平衡工具管的基本原理是泥水护壁,在泥水式顶管施工中,要使挖掘面保持稳定,必须向泥水舱注入一定压力的泥水。泥水在压力作用下向土体内部渗透,在开挖面形成一层泥皮。泥皮的作用,一方面阻止泥水继续向土体内部渗漏,另一方面,泥水的压力通过泥皮作用在开挖面防止坍塌。要求泥水密度必须大于1.03. 施工过程须注意的问题:(1)当掘进机停止工作时,一定要防止泥水从土层中或洞口及其他地方流失。不然。挖掘面就会失稳,尤其是在出洞这一段时间内应防止洞口止水圈漏水。(2)在掘进工程中,应注意观察地下水压力的变化,并及时采取相应的措施和对策,只有这样,才能保持挖掘面的稳定。
(3)在顶进过程中,随时要注意挖掘面是否稳定,要不是检查泥水的浓度和相对密度是否正常,还要注意进排泥泵的流量及压力是否正常。应防止排泥泵的排量过小而造成排泥管的淤积和堵塞现象。泥水平衡顶管施工方法及注意问题:1、施工现场勘测与调查施工前必须进行现场勘测及调查,了解施工现场的工程地质、地下水位和工程的其它有关情况,诸如管道的长度、深度、直径,所顶管道的规格性质等,然后制订施工计划.2、挖掘工作井与井施工时需要挖掘工作井和井,工作井和井通常设置在设计线的两端,在人口处为工作井,另一端为井.工作井可以是圆型或长方形的,但应注意必须有一定的宽度,以便容纳顶管设备;井的大小只要可以撤走微型顶管机头即可.井的建设可以有以下几个方法:1)、打板桩法2)、衬砌板法3)、竖桩和打板法4)、波纹技术管法5)、扇形衬固法6)、预先浇箱结构法(沉井)7)、浅开挖扩展法和钢板支持式挖掘法等.工作井完成以后,再浇筑用于顶管机安装所需的底板以支撑顶管系统,需要时,还要建一部后座板墙来支撑液压产生的反作用力,并安装一个进洞止水圈,顶管进洞前进人止水圈,止水圈由厚大于16~橡胶板制成,必要时,还需注浆加固,以防止由于地下土质较差,而引起土体下坍、流出以及地下水位喷出.3、顶管机的工作原理建成工作井以后,将经调试完毕的液压系统、顶管掘进机运输至工地,并安装就位,不同土壤条件应选用不同的掘进机,掘进开始,微型掘进机向前推进,机头进人止水圈,穿过土层到达井,电动机转动切削刀盘,切削刀盘进人土层将挖掘的泥土、石块等在转动的切削刀盘内粉碎,然后进人泥水舱,在那里与泥浆混合,最后通过泥浆系统的排泥管由排泥泵输送至地面上.在挖掘过程中,采用复杂的土压平衡装置来维持水土平衡,以至始终处于主动与被动土压之间,达到消除地面的沉降和隆起的效果.掘进机进人土层以后,电缆、泥浆管被拆除,吊下一节顶进管,它被推到掘进机的尾套处,与掘进头连接管顶进以后,挖掘终止、液压慢慢收回,另一节管道又吊入井内,套在一节管道后方,连接在一起,重新顶进,这个过程不断重复,直到所有管道被顶人土层完毕,完成一条*性的地下管道.4、泥水处理系统泥浆系统有两个作用送走被挖掘机的渣土和平衡地下水泥浆系统是由密封的管道组成,通过机头循环,形成泥浆混合物,由排泥管送走,最后沉淀在地面上的泥浆池内,泥浆通过众多的排泥泵被排出.再由进水泵将水送人机头,排泥由变速的排泥泵进行控制.
它的技术要点在于纠正管子在地下延伸的偏差。特别适用于大中型管径的非开挖铺设。具有经济、高效,保护环境的综合功能。这种技术的优点是:不开挖地面;不拆迁,不破坏地面建筑物;不破坏环境;不影响管道的段差变形;省时、高效、安全,综合造价低。该技术在我国沿海经济发达地区广泛用于城市地下给排水管道、天燃气石油管道、通讯电缆等各种管道的非开挖铺设。它能穿越公路、铁路、桥梁、高山、河流、海峡和地面任何建筑物。采用该技术施工,能节约一大笔征地拆迁费用、减少对环境污染和道路的堵塞,具有显著的经济效益和社会效益。顶管施工是继盾构施工之后而发展起来的一种地下管道施工方法,它不需要开挖面层,并且能够穿越公路、铁道、河川、地面建筑物、地下构筑物以及各种地下管线等。顶管施工借助于主顶油缸及管道间中继间等的推力,把工具管或掘进机从工作井内穿过土层一直推到井内吊起。与此同时,也就把紧随工具管或掘进机后的管道埋设在两井之间,以期实现非开挖敷设地下管道的施工方法。
在顶管施工中较为流行的有三种平衡理论:气压平衡、泥水平衡和土压平衡理论。顶管施工较的特点就是适应性问题。针对不同的地质情况、施工条件和设计要求,选用与之适应的顶管施工方式,如何正确地选择顶管机和配套辅助设备,对于顶管施工来说将是非常关键的。
经过多年的发展,顶管技术在我国已得到大量地实际工程应用,且保持着高速的增长势头,无论在技术上、顶管设备还是施工工艺上了很大的进步,在某些方面甚至已达到了世界水平。 2001年上海隧道股份有限公司在江苏省常州完成了长 2050m、直径 2m的钢筋水泥管顶管工程,是目前已完成的我国较长的顶管工程。2001年 8月~12月嘉兴市污水处理排海工程一次顶进 2050m长距离钢筋混凝土顶管,由于选择了合理的顶管机具型式、成功地解决了减阻泥浆运用和轴线控制等技术难题,用约5个月完成全部顶进施工,创造了新的顶管施工记录。全长3600m、管径为1.8米的钢管从23至25米深的地下于2002年9月成功横穿黄河,无论从顶进长度、埋深、地质条件,还是钢管直径在国内尚属**。其中较长的一段位于黄河主河床上,长达1259 米,还要穿越较厚的砾砂层与黄河主河槽,既是我国西气东输项目的关键工程,也是目前世界上复杂地质条件下大直径钢管一次性顶进距离较长的顶管工程。2001年的上虞市污水处理工程中,玻璃纤维夹 砂管**成功地应用于顶管。2008年在无锡长江引水工程中中铁十局十公司采用国产设备直径2200mm钢管双管同步顶进2500米。以上工程均标志着我 国的顶管施工水平达到一个新的高度,与世界先进水平日益靠近。 然而与国外发达国家,如日本、德国等先进的机械设备及施工技术水平相比,我国仍然有着显著的差距。
顶管技术在我国的存在的主要问题是,机械设备技术比较落后 ,地区差异明显,水平参差不齐,缺乏规范化,人才不足,尚待进一步宣传推广。对顶管机械设备我国主要依赖于进口,虽然国内也有生产企业,但技术仍落后于先 进水平,掘进机型号种类不足以适应工程需要,我国尚无适于 中强度岩层以上的岩盘掘进机,适应土质范围不宽,且耐用性、机械化 、自动化水平不够。 从地域上说,顶管技术的发展与我国地域经济水平相适应,我国东部的顶管技术发展水平远远**中西部地区,仅广东、上海、浙江、江苏和山东五省市就占到了非开挖铺管工作量的 75%。而西部地区仅在西气东输项目下有为数不多的顶管穿越工程,中西部地区与东部沿海地区差距非常显著。顶管施工技术在城市之间的发展不平衡,在上 海,、广州等大城市技术水平比较高,应用比较普遍,但在中小城市应用较少,在中西部地区的城市应用少。在同一城市发展也不平衡,据广州市建委 2004 年对广州市顶管现状的有关调查发现,该市的顶管技术发展不平衡,机械化的顶管施工不很多,手掘 式顶管仍占较大比例,对顶管施工技术的采用不积,往往不是管线铺设的可以选择,被看作是无法开挖的 无奈之举。不同施工企业的施工水平也不平衡,有些还处在比较原始的阶段,也有一些应用失败的工程,客观上阻碍了顶管技术的推广发展。 影响顶管技术应用的另一个因素是,行业规范化不够,存在**低水平恶性竞争的现象,专业人才缺乏 ,现有的从业人员大多是从事一般 的土木工程施工中转化而来,缺少专业训练。今后仍需加强管理,努力推广先进技术,提高施工水平和改善施工工艺 。
应用于多种领域中的非开挖顶管施工技术,虽然目前的水平较高,但施工中难免出现错漏,为质量,应该采取哪些措施呢?一,施工之前的现场勘查和测量要尽量详尽,确保施工设计的合理和施工中的安全和质量;钻机的位置和角度需要严格调整,导向孔每钻进3米就要进行一次测量,及时纠正偏差,并增加测量次数,确保导向孔在设计范围内;二,采用逐级扩孔的方式进行扩孔,精心配制泥浆,确保成孔质量;拉管过程中要做好管道底部的加强防护,防止管道被刮破;三,参与施工的操作人员要认真学习导向仪使用手册,准确判断探测过程中对钻头在孔内的位置和趋势,引导钻头沿设计轨迹前进;司钻严格按照探测员的指令操作,遇到已成情况就要及时停钻,和探测员共同研究解决方案,不能擅自做主;四,施工人员要认真学习与施工相关的文件,包括施工设计和有关施工技术规范,增强施工质量意识;施工之前对工作人员进行技术交底很重要,强调质量标准和质量要求;强化质量体系,项目经理全面负责质量管理工作,施工人员积配合,认真做好施工记录,每一道工序按照规范完成。
构成:顶进设备、掘进机(工具管)、中继环、工程管、排土设备等五部分组成。1、顶进设备主顶进系统——主油缸:2~8只,行程1~1.5m,顶力300~1000t/只;单只千斤顶顶力不能过大:千斤顶、管段、后座材料。主油泵:32-45-50MPa;操纵台、高压油管。顶铁:弥补油缸行程不足,厚度﹤油缸行程导轨:顶管导向中继间——中继油缸、中继油泵或主油泵。2、掘进机按挖土方式和平衡土体方式不同分为:手工挖土掘进机、挤压掘进机、气压平衡掘进机、泥水平衡掘进机、土压平衡掘进机。工具管:无刀盘的泥水平衡顶管机又称为工具管,是顶管关键设备,安装在管道较前端,外形与管道相似,结构为为三段双铰管。作用:破土、定向、纠偏、防止塌方、出泥等功能。组成:冲泥仓(前)、操作室(中)、控制室(后)设水平铰链和上下纠偏油缸,调上下方向(即坡度)设垂直铰链和水平纠偏油缸,调左右方向(水平曲线)、泥浆环、控制室、左右调节油缸、上下调节油缸、操作室、吸泥管、冲泥仓、栅 格、工具管结构3、中继环顶管阻力正面——不变侧面摩擦力——随顶进距离增大显然,将长距离顶管分成若干段,在段与段之间设置中继环,接力顶进设备可使后续段只克服进管段侧面摩擦力即可按自前至后顺序开动中继环油缸,顶进管道可实现长距离顶进。中继环——在中继环成环形布置若干中继油缸,油缸行程200mm。中继环油缸工作时,后面的管段成了后座,将前面相邻管段推向前方,分段克服侧面摩擦力。4、工程管管道主体一般为圆形,直径多为1.5~3m。长度2-4m。中国管道材料类型钢筋砼管:C50以上,应用较多,用于短距下水道中;钢 管:应用二位,用于自来水、煤气、气等长距离顶管;钢管、钢筋砼复合管:外钢内砼,用于长距顶进;钢管、塑料复he管:外钢内塑,用于强酸性液体及高纯水输送。5、排土设备人工出土——人工挖土时。螺旋输送机——土压平衡顶管机。吸泥排泥设备——泥水平衡、泥水加气平衡顶管机。
1、顶力问题:增加中继环和泥浆润滑。中继环间距20—200m,越靠近工具管间距越小;泥浆作用:润滑、减沉。泥浆材料:膨润土泥浆,稳定、失水少。注入孔设置:轴向——工具管相邻3-4节为有孔管,之后每隔2-5节设有孔管。环向——周圈均匀设3-4个压浆孔。压浆原则:先压后顶,随顶随压,及时补浆。2、方向控制:计算机控制、激光导向或三段双铰管。3、正面土体控制:局部加压(冲泥仓)、泥水平衡、土压平衡顶管机应用。顶管设bei千斤顶1000t:行程200mm,6.5万元/只,一般只。油管20元/m,15KW电动泵1.5万元。千斤顶500t:行程200mm,1.8万元/只,一般两只。7.5KW电动泵1.5万元。
在各种非开挖工程中,使用泥浆的目的就要有润滑、减少阻力,达到护壁效果,防止地层坍塌等。在定向钻顶管施工中,如果工程需要,回补压浆也在工程范围内,我们今天来了解一下这方面的条文规定。根据2008年印发的《给水排水管道工程施工及验收规范》中明确规定,在定向钻和夯管施工管道贯通以后,施工人员应做好以下工作:定向钻施工的无压力管道,应对管道周围的钻进泥浆(液)进行置换改良,减少管道后期沉降量。另有2014年印发的《水平定向钻法管道穿越工程技术规范》中说明,管道回拖完成后,应进行以下工作:两端造斜段环空应视实际情况进行注浆加固处理。因为管道与钻孔之间,在完成管道回拖后悔产生较大间隙,这些间隙会在穿越敏感地区、堤坝等时引起地面坍塌、堤坝管涌等事故,所以需要对这一环空进行注浆加固处理。
应用于多种领域中的非开挖顶管施工技术,虽然目前的水平较高,但施工中难免出现错漏,为质量,应该采取哪些措施呢?一,施工之前的现场勘查和测量要尽量详尽,确保施工设计的合理和施工中的安全和质量;钻机的位置和角度需要严格调整,导向孔每钻进3米就要进行一次测量,及时纠正偏差,并增加测量次数,确保导向孔在设计范围内;二,采用逐级扩孔的方式进行扩孔,精心配制泥浆,确保成孔质量;拉管过程中要做好管道底部的加强防护,防止管道被刮破;三,参与施工的操作人员要认真学习导向仪使用手册,准确判断探测过程中对钻头在孔内的位置和趋势,引导钻头沿设计轨迹前进;司钻严格按照探测员的指令操作,遇到已成情况就要及时停钻,和探测员共同研究解决方案,不能擅自做主;四,施工人员要认真学习与施工相关的文件,包括施工设计和有关施工技术规范,增强施工质量意识;施工之前对工作人员进行技术交底很重要,强调质量标准和质量要求;强化质量体系,项目经理全面负责质量管理工作,施工人员积配合,认真做好施工记录,每一道工序按照规范完成。
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