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1、顶管施工技术及重难点分析,工程概况,虹桥商务核心区（二期）区域供能管沟工程包括供能管沟、中继泵房以及与功能项目一期的联通段等。主线管沟长4462m，接用户段管沟长610m，其中顶管段长4435m，明挖段长637m；管沟工程设顶管工作井共30个，另设中继泵站两座。,18座主线工作井及南片区中继泵房围护结构采用地下连续墙，工作井基坑平面尺寸以11m*11m为主，最大工作井基坑尺寸为19.2m*11m，基坑开挖深度最深达21.26m；10座用户井及北片区中继泵房围护结构主要采用SMW工法桩，用户井基坑平面尺寸7.9m*5.8m，基坑开挖深度达13.5m。,二期供能管沟主要采用顶管的施工方式，共29段
2、，其中4200mm钢顶管长2751m，共11段；4000mm砼顶管1024m，共8段；3500mm砼顶管长343m，共10段；3000mm砼顶管长66m。主线顶管埋深3.5614.24m，用户井顶管埋深4.638.96m。,南片区平面图 北片区平面图,1.1顶管施工原理,顶管施工的基本原理为：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。 现在比较常用顶管施工为泥水平衡顶管施工法，其施工原理：通过导向头的刀削转动功能将泥土、砂、石破碎，由一条钢管注入水量，
3、拌成浆液，由另一条钢管吸出浆液，将浆液置于离心器内离心脱水，再将干土卸到斗车内运去弃土的地方，分离出的水又回到储水箱内重复循环使用。施工所采用的主要设备为信息化及全自动化泥水平衡顶管机,1、顶管机： 顶管机的作用切削土体并搅拌均匀, 控制顶进的方向。,泥水平衡顶管机,2、主顶系统： 主顶系统装置由：后座垫铁、导轨、千斤顶及千斤顶支架、后座泵站组成，其作用是完成管道的推进。,千斤顶,主顶泵站,后座顶铁,U型顶铁,3、穿墙止水环,穿墙止水环安装在工作井预留洞口，具有防止地下水、泥砂和触变泥浆从管节与止水环之间的间隙流到工作井。地下水丰富、压力大，或管道埋深较深时，压板可加工成绞接，防止止水橡胶因地
4、下水压力往外翻出。,4、泥水系统,进、排泥浆泵,泥水分离装置,1、泥水式排泥系统的主要设备：包括进排泥浆泵、泥浆管、泥水处理装置、泥水箱等。 2、排泥系统有两个作用：一排土，二平衡地下水。,循环管,5、触变泥浆系统,泥浆搅拌桶,触变泥浆泵,触变泥浆管,1、主要设备：由拌浆、注浆和管道三部分组成。 2、作用：减少顶进过程中的管节与土体的摩阻力。降低地面沉降,6、测量系统,激光经纬仪,操作台,机头测量靶,1、测量系统的主要设备： 激光经纬仪、测量靶和监示器组成。 2、测量系统的作用： 监示顶管施工过程中顶管机推进的轴线偏差。,7、纠偏系统,纠偏液压泵,纠偏千斤顶,1、主要设备：纠偏千斤顶、油泵站、
5、位移传感器和倾斜仪组成。 2、作用：控制顶管施工中的顶管机推进方向。,顶管施工的工艺流程图：,1.2主要顶管施工技术,1、出洞,洞口止水,洞口土体加固,2、正常顶进,3、泥水循环,泥水压力表,进、排泥浆管,4、测量,5、纠偏、数据传输,4组纠编千斤顶,纠偏千斤顶设在顶管机前后段之间，共4组千斤顶。通过组合动作，控制顶管机的顶进方向。,当激光点偏移测量靶中心，表明顶管机偏移轴线推进，就要启动纠偏动作。（如激光点往上移动，说明机头是往下偏移，必须伸出下面的2组千斤顶）。,角度 倾斜仪,位移传感器,纠偏动作控制在地面操作室的操作台远程控制，如何确认操作的正确性是通过远程数据传输来实现。 1、纠偏量的
6、控制是通过安放在纠偏千斤顶上的位移传感器来实现。 2、顶管机的状态（水平倾斜、扭转）由安放在机头的角度倾斜仪来体现。,数据显示表,6、触变泥浆,在顶进过程中，随着距离的增长，管道的摩阻力也随之增大。为了提高顶进施工的效率，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。,触变泥浆管,膨润土分散在水中，其片状颗粒表面带负电荷，端头带正电荷。如膨润土的含量足够多，则颗粒之间的电键使分散系形成一种机械结构，膨润土水溶液呈固体状态，一经触动（摇晃、搅拌、振动或通过超声波、电流）、颗粒之间的电键即遭到破坏，膨润土水溶液就随之变为流体状态。如果外界因素停止作用，水溶
7、液又变作固体状态。该特性称作触变性，这种水溶液称为触变泥浆。,注浆孔的形状及布置：在每节管的前端布置一道触变泥浆注浆孔，数量为6个，孔的布置均匀。经过不断压浆，在管外壁形成一个泥浆套。,8、穿墙进洞,接收井进洞处理与工作井相同，当顶管顶到墙体位置时，凿穿实际工具头进洞位置的混凝土，迅速顶出工具头。,9、管内通风,1、施工人员需进入管道内作业或检查维修设备时，施工前须对管道内进行通风，施工过程中应连续对管道内通风； 2、临时进入长时间没有对管道内通风的管道作业时，须对管道内通风30min后，并对管道内进行毒气监测，明确安全后才能进入管道内作业； 3、管道钢管顶进施工时，焊接过程中应对管道内进行通
8、风，减少烟雾进入管道内，减少烟雾对测量激光束的影响；,10、管内照明,1 管内照明电源应与动力电源分开，设置独立电源控制； 2 管内照明电压应采用低压，电压一般采用36V、24V、12V、6V，管道内气体严重潮湿时宜采用6V电源； 3 管道内照明应能清淅地看清管道内的环境。,顶管施工扰动分区,并将受顶管施工扰动的土体分为7个扰动区,二、顶管施工重难点分析,2.1机头及管节旋转: (1)原因分析： 1）顶管机出洞时，由于机头与导轨之间摩擦力较小，难以平衡刀盘切入土体时的反力矩，机头产生偏转。出洞后，虽然机头后有管节，但是还不能平衡反力矩，还会带着管节一起偏转。 2）纠偏量过大，纠偏频繁，往往也使
9、管节产生偏转力矩，引起管节偏转。 3）主顶油缸安装不平行同样会使管节产生偏转。 （2）应对措施 1）顶进中尽量避免过大及频繁的纠偏。 2）主顶油缸安装要平行于轴线，控制油路要使油缸动作同步。 3）顶进中可利用刀盘反力矩纠正偏转，适当加大刀盘切土深度，然后将刀盘回转方向切换到与机头偏转方向一致。 4）在机头一侧加配重，调整机头偏转。,2.2顶管方向失控: (1)原因分析： a、工作井出洞口无土体加固措施。 b、掘进机纠偏液压系统遇故障。 c、掘进机纠偏行程小，纠偏力不够。 d、测量数据有误。 e、纠偏不及时，纠偏幅度过大。 f、遇到土质变化，开挖面失稳。 （2）应对措施 a、采用可靠的进出洞口地
10、基加固措施。 b、施工前，掘进机进行维修、保养、调试和验收，施工过程加强检查，遇故障立即停止顶进修理。 e、实行三级测量复核制度。 d、采取勤测、微纠原则。 f、遇到突发情况，逐级汇报，确定偏差报警值，杜绝方向失控。 。,3.3顶力急剧增大: (1)原因分析： a、触变泥浆选材质量不好。 b、触变泥浆材料配方不合理。 c、现场搅拌不充分，水化时间短。 d、注浆孔布置不合理。 e、注浆泵耐压低。 f、注浆量没有控制好。 （2）应对措施 a、选材应进行测试和论证。 b、配方应进行筛分和优化。 c、科学合理的按设计的管路进行布置。 d、采用液压注浆泵，并维修好，确保耐压大于2bPa以上。 e、注浆量
11、和注浆压力按设计要求控制。 f、所有压浆接头用生料带包扎，确保无渗漏现象。,2.3顶进过程中蛇行和滚动控制: (1)原因分析： 1）由于在顶进过程中对土体的扰动，使土体和顶管机的周边握裹力减弱，纠偏过大，产生蛇行。 2）由于压注润滑泥浆方法欠佳或局部注浆过量时，使浆液不能形成箍套，而在管道底部不断积聚浆液造成钢管上漂。 （2）应对措施 1）加强润滑泥浆压注的科学管理，确保注浆和顶进的同步性，使浆液能及时填充到顶进出现的空隙。 2）补压浆要遵守“全线、平均、及时”的原则，使管节周围能均匀形成泥浆套，尽量避免局部超量超压。 3）在特别严重区域，采用上注下放和压重的补救措施，减少出现曲线驼峰。,3、
12、顶管施工事故案例,一、事故经过（N08N07砼顶管倒退事故）,N08N07区间东线顶管为DN4000砼顶管（内径4000mm，外径4640mm），顶进距离20米，穿越土层主要为1粘土层，覆土深度约10.58米。顶管设备采用泥水平衡顶管机。 2014年10月19日凌晨4点，3N2-1（N08-N07）东线第八节管道顶进完成；5点，东线开始下管道，准备开顶；当管道下放距导轨5米处，东线管道整体后退，后退长度约2.9米。 顶管后退影响范围：润虹路北侧半幅，靠近申虹路；路面塌陷呈漏斗型，影响2幅机动车道及1幅非机动车道，塌陷最深约1.2m，东西向长10.7米，南北向10.1-12.9米，面积约117平
13、方。,二、应急抢险,路面塌陷事故发生后，施工单位现场第一时间通知各参建单位、各相关管线单位、道路管理单位及交警。 施工单位立即启动紧急抢险预案；对润虹路进行交通引导、车辆绕道，并对N08工作井内顶管管道进行加固，防止再次后退。 收集现场路面相关数据，判断塌陷路面范围管线分布及破坏情况；结合顶管相关数据；分析后，确定现场抢修方案并执行。 1、针对顶管整体后退2.9米，路面塌陷；分两步同时实施： 2、路面：将塌陷路面凿开，主要管线完全暴露，确认管线破损情况，对管线进行修复（在相对应管线单位指导下实施）；管线修复完成后，将路面进行回填恢复。经与道路管理单位洽商后，道路结构层如下：黄砂（回填至管线顶以
14、上30cm）、素土掺7%水泥（作土路基）、砾石砂、混凝土（夹钢筋网）、沥青（面层）。 3、顶管：因管道后退2.9米，机头刀盘直径4.665米，空隙空间为：49.54立方。必须要求将后退的2.9米管道重新顶至后退前；避免塌陷进一步扩大。 从19日早上5点开始交通组织开始，至20日凌晨1点左右，管线、路面修复完成，路面沥青因混凝土养护时间限制，经交警、道路管理单位同意，待混凝土养护至强度85%，进行路面沥青摊铺。 从19日早上9点开始焊接管道止退措施，至20日凌晨2点左右，N08-N07东线第八节管道顶进至原位。 至20日凌晨5点，抢修施工结束。,三、事故原因,该事故，从收集的相关数据、分析，与各
15、参建单位人员多次探讨后，认为如下： 1、总包及分包夜班管理人员未尽到管理职责，分包单位现场操作人员未按规定流程操作。 2、通过前6节管节顶进及处理，第7节管节顶进时未设置有效的止退防退措施，仅凭类似工程的施工经验控制。 3、在1粘土层中，顶管顶进里程近20米、顶力不大的情况下，注入触变泥浆，导致顶管管道管身与土层接触摩阻力骤减，迎面土压力远大于摩阻力；从而造成顶管后退。,四、吸取教训积累经验,1、加强现场管理，项目部及分包施工管理人员管理到位，止退装置专人管理，严格按要求执行，且做好过程记录。 2、根据顶力情况适时压注减摩泥浆。单节管道顶进至最后50cm时，放慢顶进速度，适当降低前仓泥水压力。
16、 3、止退采用管节与基座焊接固定。 4、顶进到位后，油缸先不要完全缩回；缩回3cm，密切观察管道后退趋势后再进行完全缩回，油缸缩回后，及时拼装管节。,一、事故经过（N08NY04地表沉陷事故）,N08-NY04区间顶管为DN3500砼顶管（内径3500mm，外径4140mm），顶进距离39.92米，穿越土层主要为灰色淤泥质粘土，上部部分穿越灰色淤泥质粉质粘土，覆土深度约7.18米。顶管设备采用泥水平衡顶管机。 本次顶进从2015年3月25日开始，截止至29日上午顶进里程为27.5米，各监测点变化较小，最大累计沉降点NY04-7为6.5mm，在可控范围内。 29日下午，顶进里程达到30米，管线监测点RQ12、RQ13、RQ14、SS6、SS11、SS12、SSX11、SSX12、SSX13、TX6、TX16、TX17、WS8-2、WS8-3、YS8、YS18、YS19、YS20、YS21，地表监测点NY04-1、NY04-2、NY04-3、NY04-4、NY04-5、NY04-6、NY04-7、NY04-8日
