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1、1一、工程概况一、工程概况地道排水泵站进水管为 1200 钢筋混凝土管，从泵站东面约 200 米处的地道集水口通到泵站进水口，该段管道采用顶管施工。顶管管材采用“F” 型钢承口式钢筋混凝土管，管道壁厚 120mm，单节管道长 2.68m，采用楔形橡胶圈密封。本工程要沿慢车道行进，附近知名大学图书馆等具有较大社会影响的重要建筑物，因此对地表沉降要求较高。顶管以泵房井为工作井，以地道集水井为接收井，工作井内净尺寸约为39m，接收井内净尺寸约为 45m。由于两井洞口的连线与洞口处井壁不垂直，且有较大夹角，为保证顶管机能正常地进出洞，必须采用曲线顶管的方法，给工程增加了难度。顶管的覆土深度约为 10m
2、，穿越的土层为淤泥质粘土夹粉砂，易形成流砂，且土层的摩阻系数较大，按设计要求，工作井的许用顶力为 300T，加之要进行曲线顶管，因此必须采用中继间接力顶进。本工程的工作井和接收井由于均位于市区的主干道上，且周围建筑物众多，因此施工时均先施工钢筋混凝土灌注桩围护结构，然后再施工本体结构，故顶管的进出洞口均有钢筋混凝土灌注桩结构，需予以凿除，为此在进出洞口要进行井点降水来配合凿洞。二、井点施工二、井点施工1、概况由于本次顶进的进出洞均要凿除钢筋混凝土钻孔灌注桩，因此必须采取井点降水措施来降低地下水位。考虑到要尽量减少降水对周围环境的影响，我们采用深井井点来降水，深井井点是重力降水的一种，相对于喷射
3、井点和轻型井点对地表沉降影响较小。根据该工程情况，宜采用长度 18m 的深井井点进行降水，在洞口的灌注桩外轴线两侧各布置一根，井点距灌注桩 80cm，距管道外壁 1.5m，两个洞口共 4 根井点。2、钻井井点施工采用回旋钻机进行反循环钻机，采用当地粘土造浆，用泥浆护壁，泥浆必须保证一定的指标，比重在 1.21.4，土颗粒多以小于 0.002mm 胶体和少部分的 0.0020.005mm 的较大颗粒为主，泥浆用水可就地取用，一般都适用。在钻孔完成后用泥浆清孔，同时适当降低泥浆比重，可采用在泥浆中加入六偏磷酸钠，降低粘度，破坏泥皮，如孔壁坍塌严重时，则向泥浆中加入有机处理剂，如纤维素类，使泥浆增稠
4、，迅速形成泥皮。固定孔壁。在2下管之前完成清孔，清孔完成的指标是泥浆性能调整到合适状态，一般是泥浆比重调整到 1.151.2，具体视孔壁稳定情况而定。3、下管根据钻探成孔过程中实际地层情况确定过滤器的长度和位置，然后向下配置沉淀管，向上配置过滤井管。其总长度宜高于地面 0.5m 左右，配置好的井管应按从下到上顺序，逐根编号接序排列。井管采用 300 的 UPVC 承插管，井管上留出进水孔，外面包裹滤网。滤网宜用平织网，适用于粗中砂。滤网的选择与含水层相适应。一般为单层，当滤网目数太少时可以包扎两层以上。滤网外以镀锌铁丝绑扎，每 10cm 一道，接头一律向地面倾倒。一切准备就绪后，进行探测孔深，
5、当与管井长度不符时，一般应重新成孔。下管井一般采用钻孔、卷扬机等提吊下管法逐根按顺序下管连接，下管时注意轻提慢放，仔细检查滤网的包扎质量，并使井管居中。当上部孔壁缩径成孔底淤塞，应向孔内注水，缓慢放入。禁止上下提拉和强行冲击。4、回填滤料和封孔口回填滤料方法有多种，对井深较浅，井壁完整，地层稳定的可采用静水填充，即在填砾前彻底换浆稀释，孔口填入。井壁不稳，井深较大、砾料不宜投入的，可采用动水填充，即边冲边填向井管内注水，使清水上返。砾料从孔口投入。5、洗井与试抽洗井是成井工艺中重要的一道工序。一口井能否发挥作用，取决于洗井质量，其主要任务是清除停留在孔内和渗入含水层中的泥浆与孔壁泥浆，疏通含水
6、层。并在井周围形成良好的反滤层。洗井宜在砾料填充后马上进行，以免井壁泥质硬化，造成洗井困难。洗井的具体要求是洗井前的两次抽水量相差小于 15%，洗井后井内沉渣不上升或基本不上升。试抽是洗井达到要求后进行单井试验性抽水，以确定单井的出水量和降深。6、地面抽水系统安装管井抽水系统安装简便。先在管井外侧修筑排水沟或排水总管。排水总管规格由需求排水总量决定。在各井点安装完毕后进行整体试抽，以检查水、电管网是否达到要求。抽水一般采用潜水泵。7、维护和质量管理措施配置合理的组织管理机构。配置相应的备用抽水系统设备和材料，可按 10%20%配备。必要时应有备3用电源。对抽水系统设备应加强微细、排除常见故障。
7、抽水水泵采用口径 50 的 2.2kw 潜水泵，保证抽水的流量能有效地降低地下水位。按地下水降水工作监测要求，做好各项监测记录。当水位高于降深要求时，宜采用增补井点，调整泵体安装深度或更换功率较大的设备。当水位过于低于降水要求时，则宜适当调整井点数量。三、顶管设备选型三、顶管设备选型1、顶管机本工程选取用泥水平衡式顶管机，其优点是操作灵活简便，出土顺畅，易于控制。泥水平衡式顶管机为二段一铰式结构，前段和后段由四组纠偏千斤顶相连，后段为设备段。这种结构形式使顶管机有相当的灵活性，对顶进时纠偏很有利。泥水平衡式顶管机设有可调整推力的浮动式刀盘进行切削和支承土体。推力设定后，刀盘随土压力大小变化前后
8、浮动，始终保持对土体的稳定支撑力，使土体保持稳定，即刀盘的推力与开挖面的土压力保持平衡。机头土仓中加入有一定含泥量的泥水，保持一定的压力，一方面对切削面的地下水起平衡作用，另一方面又能起到运载切削下来的泥土作用，回入土仓中的泥水压力，通过旁通阀来调节。本机采用二段一铰承插式结构，在铰接处设置二道密封装置，并设有 4只双作用油缸编成 4 组进行纠偏，油缸行程 S=55mm，纠偏夹角 =2。浮动的大刀盘由 2 台电机驱动，二段壳体之间设有止转装置，可防止壳体相对转动。顶管机械运转情况、各种压力表值，激光测量信息、纠偏油缸动作状况均通过电视摄影像机反映到地面操纵台屏幕上，操作人员根据这些信息进行遥控
9、操作。由于压力反映正确，操作调整及时，所以平衡精度高，地表沉降或隆起量小。泥水由进泥泵通过旁通阀输送到机头土仓内，再由放在基坑内的排泥泵将土仓内的泥浆排放到地面上沉淀箱内，通过调整进排泥泵的流量来调整仓内泥水压力。泥水平衡式顶管机与其它顶管机相比，具有平衡效果好，结构合理，技术先进，由于出土方式是用水力机械化连续出土，所以顶进速度快，对土质的适应性强，无论是粘性土还是砂性土，均能收到良好的效果。由于采用地面遥控操作，施工人员不必进入管道，改善了工作条件，解4决了小口径顶管技术难题。该机的轴线和标高的测量是用激光仪连续测量，可以做到及时纠偏，顶进质量高，特别适用穿越对地表沉降要求高的建筑物、铁路
10、、高速公路等场合。2、主顶装置主顶装置安装有 4 只千斤顶，分两列布置。主顶千斤顶为等推力双冲程千斤顶，总行程为 3.5m，2.5m 长和管节无须加放顶块就能顶进完成。每只最大顶力为 200T，主顶最大总顶力为 800T，满足顶进的要求。主顶动力站由一台 25ml/t 的轴向柱塞泵驱动，可以满足 5cm/min 的顶进速度，另外也可以通过调节变频器来改变油泵流量，从而控制顶速。主顶装置上装有活动底架，便于调整轴线。顶进用的导轨上也装有活动底架，除了用于调整轴线外，还可在顶进施工中根据需要调节管节位置的高低，保证洞口处的橡胶止水圈顺利套在顶管机及管节上。3、中继间中继间采用二段一铰可伸缩的套筒承
11、插式钢结构件，偏转角度 =2，端头结构形成与“F”型钢筋砼管节相同，中继间由 10 只 50t 千斤顶推动，总顶力达到 500T，千斤顶行程为 30cm。在铰接处设置二道可径向调节密封间隙的密封装置，确保顶进时不漏浆，并设置 4 只可以压注 1 号锂基润滑脂的油嘴，以减少顶进进密封圈的磨损。在正常顶进时，只使用第一道密封装置，第二道作为储备。当第一道密封圈磨损时，发现有漏浆点，即可用径向调节装置，调整密封间隙，使漏浆现象得以及时制止。当第一疲乏密封圈失效时，即可启用第二道密封装置，从而保证顶进的连续进行。由于顶进距离长，密封圈磨损相当厉害，为防万一，第一道密封装置设计成可拆卸的，便于更换密封圈
12、，从而达到万无一失。5四、工艺流程四、工艺流程五、顶进设备安装五、顶进设备安装1、把地面上建立的测量控制网络引放至工作井内，并建立相应的地面控制点，便于顶进施工时进行复测。2、工作井内测量放样，精确测放出顶进轴线。3、安装顶进后靠。顶进后靠的平面应垂直于顶进轴线，后靠与井壁结构砼之间的空隙要用砂浆或是砼填塞密实。井下测量放样安装顶进机架与主顶装置地面辅助设施安装出 洞顶管机顶进，吊下第一节管节管节拼装管节拼装顶力接近 300t吊放中继间同上，继续顶进顶进到位，拆除设备，头部封堵顶完第一管节，吊下下一节管节64、安装主顶装置和导轨。先将它们大致固定，然后在测量的监测下，精确调整它们的位置，直至满
13、足要求为止，随即将它们固定牢靠。5、工作井内的平面布置。搭建井内工作平台、安装配电箱、主顶动力箱，控制台等，敷设各种电缆、管线、油路等。井内平面布置要求布局合理，保证安全，方便施工。6、地面辅助设备的安装及平面布置。辅助设备主要有拌浆系统、供电系统、泥水系统等的安装及调试，此外还有管节堆场、材料堆场、安全护栏等的布置。7、地面辅助工作及井内安装结束后，吊放顶管机，接通电气、液压等系统，进行出洞前的总调试。六、顶管机出洞六、顶管机出洞先凿除预留洞内的砖墙，然后凿除洞口外的钢筋混凝土灌注桩，凿桩时，洞口的地下水水位必须降到洞口下 1 米以下。凿除时不宜局部凿穿，以防洞外土体大量涌入，而应将整个洞口
14、范围内的桩逐层削薄，留 20cm 在出洞之前一次性快速凿除，清理完废渣后立即将顶管机顶入止水带内。顶管机继续顶进，至千斤顶行程伸足。在顶管机尾部烧焊限位块，防止主顶千斤顶缩回时，顶管机在正面土体作用下退回。缩回主顶千斤顶，吊放砼管节。割除限位块，继续顶进。出洞后，顶管机和其后的第一至第三节砼管节用拉杆连在一起，形成一个整体。顶管机和砼管节连在一起增加了稳定性，对出洞后的一个阶段的顶进施工十分有利，同时也便于在以后顶进施工中对顶管机进行控制。七、顶进施工七、顶进施工出洞阶段结束后，即可进行正常的顶进施工。正常顶进时，开挖面处的土体经刀盘切削进入泥水仓，泥水排至地面的泥浆箱处处理。一节管节顶进结束
15、后，缩回主顶千斤顶，拆除洞口处的管线，吊放下一节管节，然后连接洞口处的管线，再继续顶进。八、管节接口处理措施八、管节接口处理措施管节接口处理是顶管工程关键部分，保证做好接口部分是顶管工程成败的关键，尤其是对于穿越高速公路的的顶管，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。本工程采用的是“F”型钢承口钢筋混凝土管道楔形橡胶圈密封。该管道具有高强度，良好的密封性，较大的允许折角，十分适用于对沉降要求较高、土质条件较差地区的顶管施工。顶进前应对砼成品管、钢套环、橡胶密封圈7子和软木衬垫从尺寸、规格、性能、数量等均作详细调查，必须符合标准设计图的要求。顶进前还必须在现场作试
16、安装，对不合格的砼成品管应予以剔除。砼管接头的槽口尺寸必须正确，光洁平整无气泡。橡胶圈的外观和任何断面都必须质密、均匀、无裂缝隙、无孔隙或凹痕等缺陷，橡胶圈应保持清洁、无油污，不能在阳光下直晒。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，脚部和钢板平面垂直，堆放时整齐搁平。为适应曲线顶管的要求，使管节接口在较大折角时仍能很好地传递顶力，衬垫材料选取用松木板，其应力应变关系应符合曲线要求，误差5%。粘贴时，凸凹口对中，环向间隙符合要求。插入安装前滑动部位应均匀涂薄层硅油等润滑材料，对橡胶无侵蚀性，减少摩阻。 （严禁使用其它油脂及肥皂水等润滑剂） 。承插时外力必须均匀，橡胶圈不移位、不反转、不露出管外，否则应拔出重插。顶管结束后，应按设计要求在内间隙用 1：1 水泥砂浆嵌缝，要求与二管口抹平。九、顶管减阻泥浆的运用九、顶管减阻泥浆的运用顶进施工中，减阻泥浆的运用是减小顶进阻力的主要措施。顶进时通过管节上的压浆孔，向管道外壁压入一定量的减阻泥浆，在管道外围护结构形成一个泥浆环套，减小管节外壁和土层间的摩擦力，从而减小顶进时的顶力。泥浆套
