泥水平衡顶管施工工艺介绍课件.ppt

1、泥水平衡顶管施工工艺介绍 顶管施工是一种非开挖铺设地下管线的施工方法，它可以顶管施工是一种非开挖铺设地下管线的施工方法，它可以用于铺设穿越河流、房屋、铁路及公路等各种管道的施工，用于铺设穿越河流、房屋、铁路及公路等各种管道的施工，具体涉及到电力电缆管道、通信电缆管道、给排水管道、煤具体涉及到电力电缆管道、通信电缆管道、给排水管道、煤气管道等各系统的管道工程。具体工艺就是在管线的一端做气管道等各系统的管道工程。具体工艺就是在管线的一端做一个工作井，另一端做一个接收井；然后将顶管机安装在工一个工作井，另一端做一个接收井；然后将顶管机安装在工作井内，借助工作井后座主顶油缸及管道间中继环等的推力，作井

2、内，借助工作井后座主顶油缸及管道间中继环等的推力，把顶管机及紧随其后的管道从工作井穿越土层一直推到接收把顶管机及紧随其后的管道从工作井穿越土层一直推到接收井内，最后在接收井内将顶管机吊起。这样就完成了整个管井内，最后在接收井内将顶管机吊起。这样就完成了整个管道的铺设。道的铺设。非开挖非开挖顶管机顶管机分类分类 顶管机分为泥水平衡、土压平衡、顶管机分为泥水平衡、土压平衡、气压平衡、岩石顶管等。气压平衡、岩石顶管等。泥水平泥水平衡顶管衡顶管 以含有一定量粘土和一定相对密度的泥浆水充满以含有一定量粘土和一定相对密度的泥浆水充满掘进机的泥水仓，并对它施加一定的压力来平衡掘进机的泥水仓，并对它施加一定的

3、压力来平衡地下水压力和土压力，掘进机在液压千斤顶的作地下水压力和土压力，掘进机在液压千斤顶的作用下实现掘进，使掘进机及紧随其后的套管穿越用下实现掘进，使掘进机及紧随其后的套管穿越土层，达到预先设计位置的一种顶管施工方式。土层，达到预先设计位置的一种顶管施工方式。土压平土压平衡顶管衡顶管 以掘进机土舱内的压力来平衡掘进机所处以掘进机土舱内的压力来平衡掘进机所处土层的土压力和地下水压力。土层的土压力和地下水压力。气压平气压平衡顶管衡顶管 在所顶进的管道中及挖掘面上充满一定压力在所顶进的管道中及挖掘面上充满一定压力的空气，以空气的压力来平衡地下水压力和的空气，以空气的压力来平衡地下水压力和土压力。土

4、压力。泥水平衡顶管施工优、缺点泥水平衡顶管施工优、缺点优点：优点：1 1、适用的土质范围比较广，如在地下水压力很、适用的土质范围比较广，如在地下水压力很高以及变化范围较大的条件下，它也能适用；高以及变化范围较大的条件下，它也能适用；2 2、可有效地保持挖掘面的稳定、对所顶管道周、可有效地保持挖掘面的稳定、对所顶管道周围的土体扰动比较小，相应的对列车、公路交通影围的土体扰动比较小，相应的对列车、公路交通影响也比较小；响也比较小；3 3、与其他类型顶管比较，泥水平衡顶管施工时、与其他类型顶管比较，泥水平衡顶管施工时的总推力比较小，适宜于长距离顶管；的总推力比较小，适宜于长距离顶管；泥水平衡顶管施工

5、优、缺点泥水平衡顶管施工优、缺点优点：优点：4 4、顶管机有专门的纠偏系统，易控制管道方向，、顶管机有专门的纠偏系统，易控制管道方向，可满足较高的管道就位精度。可满足较高的管道就位精度。5 5、施工进度较快。、施工进度较快。6 6、工作坑内的作业环境比较好，作业也比较安、工作坑内的作业环境比较好，作业也比较安全。由于它采用泥水管道输送弃土，不存在吊土、全。由于它采用泥水管道输送弃土，不存在吊土、搬运土方等容易发生危险的作业。它可以在大气常搬运土方等容易发生危险的作业。它可以在大气常压下作业，也不存在采用气压顶管带来的各种问题压下作业，也不存在采用气压顶管带来的各种问题及危及作业人员健康等问题。

6、及危及作业人员健康等问题。泥水平衡顶管施工优、缺点泥水平衡顶管施工优、缺点缺点：缺点：1 1、曲率半径小，而且多种曲线组合在一起时，、曲率半径小，而且多种曲线组合在一起时，施工非常困难。施工非常困难。2 2、在软弱土层中容易偏差，且纠偏困难，管道、在软弱土层中容易偏差，且纠偏困难，管道容易发生不均匀下沉。容易发生不均匀下沉。3 3、顶进过程中遇到障碍物不容易处理。、顶进过程中遇到障碍物不容易处理。4 4、在覆土浅的条件下施工不经济。、在覆土浅的条件下施工不经济。顶管盾构定向钻水平钻机夯管锤工法特点（优点）顶进精度高，方向控制精度可达5cm之内适用于大口径隧道施工速度快施工速度快施工速度快、成本

7、低工法特点（缺点）施工成本较高管材成本高由于精度限制，无法用于污水管道施工施工精度较低方向控制精度低、施工震动大，仅适用于钢管施工适用范围通信管、排污管、煤气管、自来水管、综合管道综合管道、地铁、隧道通信管、煤气管、自来水管通信管、煤气管、自来水管通信管、煤气管、自来水管适用管径 350-40003000-14000100-1000100-1500200-1800施工精度 50mm以内50mm以内1000mm以内500mm以内施工速度 2-4天/100m1天/100m1-2天/100m1-2天/100m1 1、泥水平衡顶管施工工艺、泥水平衡顶管施工工艺泥水平衡式顶管主要工作步骤泥水平衡式顶管主

8、要工作步骤1 1、调查研究，摸清情况、调查研究，摸清情况n掌握管道埋设、掌握管道埋设、管径、管材和接口要求管径、管材和接口要求。n掌握地下土质、水位等有关水文地质资料。掌握地下土质、水位等有关水文地质资料。n掌握地下管线情况。掌握地下管线情况。n现场施工环境、运输、电源等情况。现场施工环境、运输、电源等情况。2、编制施工方案的主要内容编制施工方案的主要内容n确定工作坑的位置和尺寸。确定工作坑的位置和尺寸。n顶管后背的结构设计和验算。顶管后背的结构设计和验算。n确定掘进和出土的方法，下管和运管的方式和设备，确定掘进和出土的方法，下管和运管的方式和设备，工作平台的支搭结构。工作平台的支搭结构。n进

9、行顶力计算，选择顶进设备。进行顶力计算，选择顶进设备。n遇有地下水时，选用降水方法。遇有地下水时，选用降水方法。n制定保证工程质量和安全的技术措施制定保证工程质量和安全的技术措施。3 3、工作坑尺寸的确定、工作坑尺寸的确定 工作坑一般选在检查井的位置，并与建筑物有一定工作坑一般选在检查井的位置，并与建筑物有一定的安全距离。其工作坑底长、宽尺寸可按下图计算。的安全距离。其工作坑底长、宽尺寸可按下图计算。底宽：底宽：W WD+2(B+D+2(B+b b)式中式中 B-B-工作面净宽，工作面净宽，一般为一般为1.21.21.51.5m m；b-b-支撑厚度，支撑厚度，D-D-管外径。管外径。4 4、

10、工作坑尺寸的确定、工作坑尺寸的确定底长：底长：L LL1+L2+L3+L4+L5L1+L2+L3+L4+L5式中式中 L1-L1-后背结构厚度；后背结构厚度；L2-L2-千斤顶长度；千斤顶长度；L3-L3-出土工作面长度，一般取出土工作面长度，一般取1.01.01.5m1.5m；L4-L4-每节顶管长度；每节顶管长度；L5-L5-顶进管口尾部留顶进管口尾部留出工作坑壁的最小长度，一般为出工作坑壁的最小长度，一般为0.3m0.3m。1-支 撑2-后 背3-千 斤 顶4-顶 铁5-混 凝 土 管具体详见各施工项目图纸，参照设计要求的管道具体详见各施工项目图纸，参照设计要求的管道管径及施工工艺，来选

11、取顶管机械的配套设施。管径及施工工艺，来选取顶管机械的配套设施。1.1.查看图纸提供的工程地质、水文情况进行确查看图纸提供的工程地质、水文情况进行确定地下水深度，以便进行降水施工。定地下水深度，以便进行降水施工。2.2.根据顶管基坑大小及地下水流量，进行测算根据顶管基坑大小及地下水流量，进行测算增加基坑周边降水井数量。增加基坑周边降水井数量。3.3.降水井要派专人看守抽水，并做抽水记录。降水井要派专人看守抽水，并做抽水记录。一般情况下材料及下管都是外包施工，可以一般情况下材料及下管都是外包施工，可以按照下混凝土井根数进行验收井深长度。按照下混凝土井根数进行验收井深长度。基坑及顶管施工方案上报经

12、监理批复后进行实基坑及顶管施工方案上报经监理批复后进行实施。施。1.1.根据施工作业面大小顶进井和接收井可同时开挖施工。根据施工作业面大小顶进井和接收井可同时开挖施工。（施工注意事项：开挖顺序由上至下、对角开挖、中心留（施工注意事项：开挖顺序由上至下、对角开挖、中心留核心土的方式进行；开挖步序与格栅安装步序相适应，每核心土的方式进行；开挖步序与格栅安装步序相适应，每一循环挖深等同于钢格栅间一循环挖深等同于钢格栅间的距离，开挖土方需堆积在的距离，开挖土方需堆积在基坑周边基坑周边1010以外）以外）n1.1.立杆、横杆采用立杆、横杆采用48.348.33.6mm3.6mm的钢管，防护栏应的钢管，防

13、护栏应搭设二道护身栏，第一道栏杆离地搭设二道护身栏，第一道栏杆离地1200mm1200mm，第二道栏杆，第二道栏杆离地离地600mm600mm，立杆高度，立杆高度1300mm1300mm，立杆间距不得大于，立杆间距不得大于2000mm2000mm。n2.2.密目式安全网挂置在密目式安全网挂置在钢管防护栏杆的内侧。钢管防护栏杆的内侧。n3.3.立柱的固定应符合立柱的固定应符合相关标准要求。相关标准要求。n1.楼梯防护栏杆，应搭设高度不低于1200mm的防护栏杆，喷刷红白相间安全警示色。n2.立杆的固定应符合相关标准要求。1.1.工作坑施工完毕后，根据测量放样，在预设工作坑施工完毕后，根据测量放样

14、，在预设洞口位置将喷射混凝土凿除，将钢格栅之间使用洞口位置将喷射混凝土凿除，将钢格栅之间使用钢筋焊接牢固后，再切除钢格栅，将钢筒推入，钢筋焊接牢固后，再切除钢格栅，将钢筒推入，将钢筋与钢筒将钢筋与钢筒焊接成为整体，使用混凝土填充缝焊接成为整体，使用混凝土填充缝隙。隙。1.1.基坑验收合格后，安装顶管设备，首先安装后背。基坑验收合格后，安装顶管设备，首先安装后背。（1 1）机械顶管后背结构为：锚喷墙）机械顶管后背结构为：锚喷墙+混凝土后背混凝土后背+后背铁。后背铁。（2 2）在混凝土后背前垂直地面放置后背铁，后背）在混凝土后背前垂直地面放置后背铁，后背铁铁与墙面与墙面之间的空隙以之间的空隙以C1

15、0C10素混凝土浇灌填充。素混凝土浇灌填充。（3 3）后背墙表面要平顺，并且垂直于顶进管道的轴线，避）后背墙表面要平顺，并且垂直于顶进管道的轴线，避免产生偏心受压。免产生偏心受压。（4 4）后背的安装允许偏差为：垂直度：）后背的安装允许偏差为：垂直度：0.1%H0.1%H、水平扭转水平扭转度：度：0.1%L0.1%L（其中其中H H为后背的高度，为后背的高度，L L为后背的宽度为后背的宽度）。1.1.两导轨要平行、等高，或略高于该处管道设计高程，两导轨要平行、等高，或略高于该处管道设计高程，其纵坡与管道设计坡度一致。其纵坡与管道设计坡度一致。2.2.将钢质导轨平铺于方木之上，测量导轨的中线位置

16、与将钢质导轨平铺于方木之上，测量导轨的中线位置与高程偏差，其允许偏差为：导轨内距：高程偏差，其允许偏差为：导轨内距：2mm2mm；中；中 心心 线：线：3mm3mm；顶面高程：；顶面高程：0 010mm10mm。3.3.安装后导轨要牢固，不得在顶进施工中发生位移，设安装后导轨要牢固，不得在顶进施工中发生位移，设专人每天进行检查。专人每天进行检查。顶进工作流程如下：安放机头顶进工作流程如下：安放机头安装承接口钢安装承接口钢环环安装连接电缆、油管、进出泥水管路、注浆安装连接电缆、油管、进出泥水管路、注浆管路管路伸出顶镐活塞杆伸出顶镐活塞杆顶进顶进缩回顶镐缩回顶镐活塞杆活塞杆拆出承接口钢环拆出承接口

17、钢环拆除机头管内电缆、油管、拆除机头管内电缆、油管、进出泥水管路、注浆管路进出泥水管路、注浆管路安放钢筋砼管继续再顶。安放钢筋砼管继续再顶。顶管测量工具采用激光经纬仪进行水平及中心顶管测量工具采用激光经纬仪进行水平及中心线的测量，并用激光进行导向。激光经纬仪可把线的测量，并用激光进行导向。激光经纬仪可把管道前进方向显示在顶管机靶盘上，通过摄像管道前进方向显示在顶管机靶盘上，通过摄像头操作员可在操作台上头操作员可在操作台上直接看见。在管道进入直接看见。在管道进入土层过程中，每顶进土层过程中，每顶进1 1节管道对激光经纬仪节管道对激光经纬仪进行一次校核。进行一次校核。激光经纬仪发射激光束，将激光束

18、发射到顶管机前面标靶上，显示出当前顶管机姿态。遥控探头压力表测量标靶顶管掘进机测量标靶顶管掘进机测量标靶工作井内的激光经纬仪工作井内的激光经纬仪地面远程操作系统地面远程操作系统p导向系统以安装在工作井的激光经纬仪发出的激光为基准点。然后，通过地面监控系统检测顶管机姿态，通过远程遥控系统进行测量纠偏。纠偏应贯穿在顶进施工的全过程，尽量做到纠偏在偏位发生的萌纠偏应贯穿在顶进施工的全过程，尽量做到纠偏在偏位发生的萌芽阶段。对于发生滚动偏差，由于刀盘正反向均可以旋转，因此通芽阶段。对于发生滚动偏差，由于刀盘正反向均可以旋转，因此通过反转顶管机刀盘就可以纠正滚动偏差。当管道发生横向或竖向偏过反转顶管机刀

19、盘就可以纠正滚动偏差。当管道发生横向或竖向偏差，利用顶管机的纠偏油缸进行纠偏：当机头出现下俯时，可伸出差，利用顶管机的纠偏油缸进行纠偏：当机头出现下俯时，可伸出顶管机下方顶管机下方2 2个纠偏油缸；当机头出现上仰时，可伸出顶管机上方个纠偏油缸；当机头出现上仰时，可伸出顶管机上方2 2个纠偏油缸进行纠偏。与竖直方向纠偏的原理一样，左偏时可伸出个纠偏油缸进行纠偏。与竖直方向纠偏的原理一样，左偏时可伸出顶管机左方顶管机左方2 2个纠偏油缸进行纠偏，右偏时则可伸出顶管机右方个纠偏油缸进行纠偏，右偏时则可伸出顶管机右方2 2个个纠偏油缸进行纠偏。发现较大偏差应分析发展趋势，采用分次逐步纠偏油缸进行纠偏。

20、发现较大偏差应分析发展趋势，采用分次逐步纠正。显示器上随时显示顶管顶进过程的偏差数据，操作人员可以纠正。显示器上随时显示顶管顶进过程的偏差数据，操作人员可以根据电脑数据随时调整纠偏，并保持书面记录。根据电脑数据随时调整纠偏，并保持书面记录。1.1.减阻材料及工艺效果减阻材料及工艺效果 通过注浆工艺来减小管材与土壤的摩擦阻力，通过注浆工艺来减小管材与土壤的摩擦阻力，能够保证顶管的长距离施工。采用注浆工艺润滑、能够保证顶管的长距离施工。采用注浆工艺润滑、减阻后可以使顶距提高减阻后可以使顶距提高4040一一7070。同类机型在。同类机型在襄阳市政一次性穿越达襄阳市政一次性穿越达150150米。米。减

21、阻用的主要材料是膨润土和水，辅助原料：减阻用的主要材料是膨润土和水，辅助原料：如纯碱、纤维素如纯碱、纤维素CMCCMC、缓凝剂等。、缓凝剂等。2.2.泥浆浆液的拌制泥浆浆液的拌制浆液用机械搅拌均匀，放入储浆罐中，须经浆液用机械搅拌均匀，放入储浆罐中，须经334h4h存储待膨润土颗粒充分吸水膨胀存储待膨润土颗粒充分吸水膨胀(吸水率吸水率2h2h，430430)方可使用。方可使用。3.3.注浆压力注浆压力注入到管材与土壤内的浆液注入到管材与土壤内的浆液压力要略高于地下水压力，压力要略高于地下水压力，一般在一般在0.02MPa0.15MPa0.02MPa0.15MPa，随距离增加压力增加。随距离增加

22、压力增加。4.4.注浆工艺实施要点注浆工艺实施要点A A、工作坑内止水墙洞口安装止水圈，防止龙门口跑漏浆、工作坑内止水墙洞口安装止水圈，防止龙门口跑漏浆、防止地下水进入基坑。防止地下水进入基坑。B B、管材安放管节环间安设橡胶圈，机头后要连续放置、管材安放管节环间安设橡胶圈，机头后要连续放置2 23 3节带孔管，然后采用隔节带孔管，然后采用隔3 3节放节放1 1节注浆孔管。节注浆孔管。C C、顶管注浆减阻能否大幅度减小阻力与注浆质量、管道纠、顶管注浆减阻能否大幅度减小阻力与注浆质量、管道纠偏质量、土质特性、注浆管设计等有关，在施工中要综合偏质量、土质特性、注浆管设计等有关，在施工中要综合考虑。

23、考虑。5.5.注浆操作注浆操作A A、计划注浆量，泥浆的厚度在管外径圆周、计划注浆量，泥浆的厚度在管外径圆周1cm1cm左右乘以长左右乘以长度，按厚度的度，按厚度的1 1-2 2倍考虑。倍考虑。B B、注浆工作结束后可用水、注浆工作结束后可用水泥与粉煤灰配比浆液对触泥与粉煤灰配比浆液对触变泥浆进行置换。管线拆变泥浆进行置换。管线拆除后应及时将注浆孔封严。除后应及时将注浆孔封严。1.1.为了克服顶进阻力过大，增加单向顶进的最大长度，可以在顶管为了克服顶进阻力过大，增加单向顶进的最大长度，可以在顶管中布置中继站进行接力顶进。中布置中继站进行接力顶进。2.2.超过超过200200米，建议放一个。如果

24、土质好，基本米，建议放一个。如果土质好，基本200200米内不用放米内不用放。3.3.中继间主要有前加长型中继间主要有前加长型T T型套环、特殊管、后特殊管和中继间油缸、型套环、特殊管、后特殊管和中继间油缸、均压环等组成。均压环等组成。4.4.前部是一个与前部是一个与T T型套环相类似的密封圈和接口。中继间壳体的前端型套环相类似的密封圈和接口。中继间壳体的前端与与 T T型套环的一半相似，利用它把中继间壳体与混凝土管连接起来。型套环的一半相似，利用它把中继间壳体与混凝土管连接起来。5.5.中继间的后特殊管外则设有两环止水密封圈，使壳体虽在其上来中继间的后特殊管外则设有两环止水密封圈，使壳体虽在

25、其上来回抽动而不会产生渗漏。回抽动而不会产生渗漏。采用泥水平衡顶管机可以克服淤泥、高含水的恶劣地质采用泥水平衡顶管机可以克服淤泥、高含水的恶劣地质条件，成功穿越铁路、公路路基。与传统的施工方式相比，条件，成功穿越铁路、公路路基。与传统的施工方式相比，有四方面的优越性：一是下沉量小，铁路公路均为均匀下有四方面的优越性：一是下沉量小，铁路公路均为均匀下沉，通过及时整修，不会对列车运行、公路通行造成大的沉，通过及时整修，不会对列车运行、公路通行造成大的影响，线路整修工作量小，慢行时间段；二是贯穿精度高，影响，线路整修工作量小，慢行时间段；二是贯穿精度高，管线中线误差可以控制在管线中线误差可以控制在5

26、0mm50mm以下；三是安全性能高，在以下；三是安全性能高，在施工中能避免发生塌土造成人身安全事故；四是进度快，施工中能避免发生塌土造成人身安全事故；四是进度快，24h24h平均进度在平均进度在1515米左右。米左右。1.机头重心在机头前二分之一处，铺设滑道机头重心在机头前二分之一处，铺设滑道前要预埋地锚，在顶进时用倒链捆绑机头顶前要预埋地锚，在顶进时用倒链捆绑机头顶进，否则机头会下栽无法控制。进，否则机头会下栽无法控制。2.顶进中必须时刻注意进水压力和泥舱压力，顶进中必须时刻注意进水压力和泥舱压力，要大致保持平衡。泥舱压力过大则表示顶进要大致保持平衡。泥舱压力过大则表示顶进速度过快，易堵塞管道；泥舱压力过小则表速度过快，易堵塞管道；泥舱压力过小则表示顶进速度过慢，水流易冲刷土层，造成周示顶进速度过慢，水流易冲刷土层，造成周围土层沉陷。围土层沉陷。3.顶进中发现光靶偏移，要及时进行纠偏，顶进中发现光靶偏移，要及时进行纠偏，纠偏原则：少纠勤纠，先上下再左右。纠偏原则：少纠勤纠，先上下再左右。4.施工调查，在施工前要进行详细的施工调施工调查，在施工前要进行详细的施工调查，包括：地质情况、查，包括：地质情况、地下水情况、障碍物情况、地下水情况、障碍物情况、顶力情况等情况，要综合顶力情况等情况，要综合考虑选用合适的顶管设备考虑选用合适的顶管设备和减阻措施。和减阻措施。