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1、泥水平衡法穿高速路顶管施工质量控制马良柱(山西省水利水电勘测设计研究院)摘要 山西交城龙门供水工程 ,需要穿过 G20 青银公路,土质类型为淤泥或淤泥质土,若采取普通人工挖土顶管方法,路面沉降难以保证,影响高速路正常通行,而采用全封闭泥水平衡大刀盘顶管机顶管施工,比较适合，该机采用了目前先进的泥水平衡原理，具有双重平衡功能，即其端面的刀盘能自动平衡顶进正面土体的土压力，同时，通过对泥水室进行泥水加压，又能平衡地下水压力，这种具有双重平衡功能的顶管掘进机除了施工过程中安全可靠外，该掘进机还具有沉降控制精度高、顶进速度快、便于操作和维修、施工可靠性好等特点,是穿过高速路较适合的施工方法。关键词 泥
2、水平衡顶管 管道穿高速路 控制路面沉降 质量控制1、工程概况 11.1 地理位置 11.2 工程简介 21.3 工程地质情况 .21.4 水文气象 22、施工部署 22.1 施工方案选择 .33、施工方案及工艺 .33.1 顶管机选型 .33.2 施工前准备工作 .53.3 施工方法及流程 .63.3 顶管施工工艺及最大顶力计算 .123.5 顶管进出洞口措施 .143.6 机头偏转及纠正措施 .163.7 挖土、运土的安排及处理 .173.8 顶管施工期间 1000 球墨铸铁管保护措施 .174、质量控制 184.4 质量检测制度及程序 .224.5 顶管施工质量要求 .225、安全目标与安
3、全保障措施 .225.1 安全保障措施 .235.2 施工时应注意的安全问题 .246、 保通方案 .256.1 保通设施 2516.2 夜间施工安全保证措施 .256.3 过往行人、车辆有专人负责疏导交通。 .266.3 施工现场安全警示标志 .266.4 施工现场安全制度 .267、 应急方案 .277.1 应急方案目的 .277.2 方案适用范围 .277.3 顶管工作坑应急预案 .277.4 路面沉降应急措施 .277.4 路面塌陷应急措施 .287.4 顶管应急预案 .2921、工程概况1.1 地理位置山西交城柏叶口水库龙门供水工程是柏叶口水库向交城县供水的配套工程，主要以城市生活和
4、工业供水为主，兼顾农业灌溉。本工程始端取水口设在交城县西社镇沙沟村上游的龙门口，工程末端由西北向东南方向下穿国道 G20 青银公路后直至交城县既有蓄水池止，线路全长 32.434km。1.2 工程简介本工程输水管道在国道 G20 青银高速公路 K877+180 处下穿通过，管线桩号为 32+169.45-32+241.45，下穿方式采用零坡度顶管方式。下穿G20 青银高速公路的长度为 72m，输水管道与青银高速公路的交角为88.552 度，该段顶管的管顶高程为 752.720 米，地面高程为 754.980m，而高速公路的路面高程为 758.035 米，管顶距地面高度为 2.26m，管顶距高速
5、公路路面高度为 5.3m，顶管工作井、接收井边缘距高速公路防护网为8m，工作井的长宽深尺寸为 1144m，接收井的长宽深尺寸为543.8m。本工程的顶进管采用单节管长为 6 米 DN1000 球墨铸铁管。1.3 工程地质情况柏叶口水库龙门供水工程输水管线，穿越国道 G20 青银高速高速公路，该段地形较平坦，地面高程为 754.980m，地表地层岩性主要为 Q4pal 低液限粘土层，局部夹厚度 35m 的级配不良砂透镜体及低液限粉土，沿线地下水位埋深约 4.0m。沿排水渠地段，受排水渠水流的影响，地下水埋深较浅。31.4 水文气象工程区内多年平均气温 10.112.5，极端最高气温 39.9，极
6、端最低气温-27.4；区内降水量分布不均，多年平均降水量为422.2463.8mm，汛期降水量占全年的 73%85%，最大月降水量多发生在7、8 两个月。霜期 9 月中旬至 10 月中旬，终霜期 4 月上旬至 5 月上旬，无霜期 100170 天左右，最大风速 22m/s，风向多偏北风，最大冻土深125cm。2、施工部署2.1 施工方案选择穿管段土质类型为淤泥或淤泥质土,若采取普通人工挖土顶管方法,路面沉降难以保证,影响高速路正常通行,而采用全封闭泥水平衡大刀盘顶管机顶管施工,比较适合，该机采用了目前先进的泥水平衡原理，具有双重平衡功能，即其端面的刀盘能自动平衡顶进正面土体的土压力，同时，通过
7、对泥水室进行泥水加压，又能平衡地下水压力，这种具有双重平衡功能的顶管掘进机除了施工过程中安全可靠外，该掘进机还具有沉降控制精度高、顶进速度快、便于操作和维修、施工可靠性好等特点,是穿过高速路较适合的施工方法。3、施工方案及工艺根据本工程的特点，顶管采用泥水平衡法顶进作业，该施工方法能够安全、优质、高效地完成本次施工任务。3.1 顶管机选型选择好顶管掘进机对顶管施工是至关重要的。根据本工程的特点，决定采用全封闭泥水平衡大刀盘顶管机，该机采用了目前先进的泥水平衡原4理，具有双重平衡功能，即其端面的刀盘能自动平衡顶进正面土体的土压力，同时，通过对泥水室进行泥水加压，又能平衡地下水压力，这种具有双重平
8、衡功能的顶管掘进机除了施工过程中安全可靠外，该掘进机还具有沉降控制精度高、顶进速度快、便于操作和维修、施工可靠性好等特点。此外，本工程所采用的全封闭泥水平衡大刀盘顶管机还装有主顶速度检测仪、倾斜仪等可对顶进速度、机头旋转、水平倾角自动进行测量，在长期顶管施工中证实是完全适合本工程地质条件的。3.1.1 全封闭泥水平衡大刀盘顶管机技术性能序号 设备型号 NPD 式 1000 顶管机参数1 刀盘功率 22KW12 刀盘规格 周边齿轮面板式大刀盘3 变速箱型号 行星 CJ700-G4 纠偏油缸顶力 30T5 纠偏油缸数量 4 台6 纠偏角度 2.07 纠偏压力 42MPa8 管道泵数量 2 台9 管
9、道泵功率 15KW10 排泥管 4”1000 顶管机结构形式：二段一铰，外形尺寸：总长 3.50M，前壳体长 1.6M，后壳体长 1.90M，外径尺寸为 1200。灵敏度：D/L=1.03.1.2 全封闭泥水平衡大刀盘顶管机主要特点3.1.2.1 特点全封闭泥水平衡大刀盘顶管机除了具有二种平衡机理、自动化程度高、质量易控制等特点外，还有以下特点：1）可以控制切土口的大小，并5且本机型掘进机的刀盘是处于浮动状态，当前方土压力变小时刀盘可自动伸出，相应的切土口会变小，始终保持一定的力，平衡正面的土压力，从而达到避免前方土体塌陷而造成地面沉降。2）当通过含砂量比较大的土层时可适当增加泥浆浓度，在刀盘
10、与前方土体之间形成一层泥膜，可达到稳定前方土体的效果可使顶进面始终处于平衡的最佳状态，有效地控制地表沉降。3.1.2.2 与其他型式顶管方法相比泥水式顶管具有以下优点：1）适用的地质范围较广，如遇到地下水位较高以及地质变化范围大的土质条件，它都能适用。2）可保持挖掘面的相对稳定，对周围土层的影响较小，施工后地面沉降也相对较小。3）与其他类型的机种相比，泥水顶管的推力较小，最适宜于长距离顶管。4）工作井内作业环境较好，作业比较安全。由于采用泥水输送弃土，没有吊土、搬运土方等较易发生危险的作业。可以在大气常压下作业。如挖掘面稳定，不会造成地面沉降而影响交通及各种公用管线的安全。5）由于可以连续出土
11、，因此大大提高了推进速度。由于采用了方向诱导装置，使得该机型常规顶速可达到 60M/天，并且施工精度极高。3.2 施工前准备工作3.2.1 地面准备工作3.2.1.1 顶管施工前，按常规进行施工用电、用水、排水及照明等设备的安装。3.2.1.2 可满足顶管顶进施工的地面基础设施搭建完成。3.2.1.3 顶管顶进所需要施工材料、设备及机具必须备齐、备足；行车或吊机（管节吊运）安装、调试完成，并通过有关单位验证，可以投入6正常运营；管节、止水橡胶圈、衬垫板等备有足够的余量。3.2.1.3 整个泥水平衡系统安装并单机调试完成。3.2.1.5井上、井下建立测量控制网，并经复核、认可。3.2.2 顶管现
12、场布置当顶管工作井制作结束后，应立即撤离有关材料和设备，顶管采用吊机用于工作井起重作业。在工作井实行全封闭隔离，并建筑必要的生产临时设施，要保持施工现场的文明、安全和卫生整洁。进行井内钢扶梯和护栏是施工中的安全要点，必须按有关安全标准制作。在施工围护范围内设置办公室、仓库、配电间、操作间、油库、料具间、泥浆沉淀池、布置膨润土材料工棚和拌浆，储浆以及注浆设备等。现场施工采用 25T 吊车。3.3 施工方法及流程3.3.1工作井制作采用拉森钢板桩制作工作井3.3.1.1 钢板桩的选用 根据工程所在地场地特点，结合钢板桩的特性、施工方法等方面进行考虑，选用的拉森型钢板桩，拉森型钢板桩宽度适中，抗弯性
13、能好，其主要技术参数为：W=1600cm3，g=60kg/m，依地质资料及作业条件决定选用钢板桩长度 12m。 3.3.1.2 打桩设备 投入钢板桩打拔桩机 1 台及 25t 吊车 1 辆用于施工。振动锤为日本产NPKHP7SXB 型，激振力 200kN。 3.3.1.3 钢板桩理论用量计算：钢板桩工作井周长计算：11232=30m钢板桩根数计算：角桩采用 0.2m0.2m，共 3 片，7（30-0.33）/0.3=71 片，71375 片3.3.1.3 工作井制作1）工作井平面位置放样准确定位工作井平面位置，保证钢板桩打入准确性。2）钢板桩打入总体施工流程钢板桩工作井一侧中心开始打入第一片钢板桩，然后逐步
