大口徑管道的非開(kāi)挖施工技術(shù)
- 分類(lèi)：豎井施工論文
- 發(fā)布時(shí)間：2013-08-27
【概要描述】近年來(lái)，天津城市基礎設施建設的速度在大跨躍的發(fā)展,城市的規模逐漸擴大，污水排放量在增加，加之雨水資源的保護、雨污水管道分流、城市防汛能力的提高，使津城新建地下排水管網(wǎng)的建設規模，每年大幅度遞增。隨城市交通量逐年上升，道路的長(cháng)度和寬度增加，路面下的雨污水管道長(cháng)度在增加、管徑在增大，用以滿(mǎn)足城市需要.
大口徑管道的非開(kāi)挖施工技術(shù)
【概要描述】近年來(lái)，天津城市基礎設施建設的速度在大跨躍的發(fā)展,城市的規模逐漸擴大，污水排放量在增加，加之雨水資源的保護、雨污水管道分流、城市防汛能力的提高，使津城新建地下排水管網(wǎng)的建設規模，每年大幅度遞增。隨城市交通量逐年上升，道路的長(cháng)度和寬度增加，路面下的雨污水管道長(cháng)度在增加、管徑在增大，用以滿(mǎn)足城市需要.
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- 訪(fǎng)問(wèn)量：
近年來(lái)，天津城市基礎設施建設的速度在大跨躍的發(fā)展,城市的規模逐漸擴大，污水排放量在增加，加之雨水資源的保護、雨污水管道分流、城市防汛能力的提高，使津城新建地下排水管網(wǎng)的建設規模，每年大幅度遞增。隨城市交通量逐年上升，道路的長(cháng)度和寬度增加，路面下的雨污水管道長(cháng)度在增加、管徑在增大，用以滿(mǎn)足城市需要.
1.工程概況
1.1概況;地質(zhì)狀況、勘察該地段施工管道所處土層地質(zhì)狀況
設計管道位于道路地面下，深約7m為粉質(zhì)粘土、粉土，淤泥狀粉土，（4.9m以下為褐灰色加少量貝殼）。地下水情形；地域地下水位較高，地表下深約1m可見(jiàn)地下水。
1.3地貌及工程特點(diǎn)
1.3.1大沽南路屬于市區重點(diǎn)道路，無(wú)論過(guò)程如何施工，均應現狀道路能夠保障交通通行,施工頂管的頂程必須達到井位要求，否則道路不允許開(kāi)坑。
1.3.2工地地處繁華區，道路及周邊地上地下各類(lèi)管線(xiàn)、設施，障礙較多，為保護的地下各類(lèi)管道線(xiàn)纜安全，給施工增加難度。
1.3.3工地規模大，但施工場(chǎng)地范圍狹窄。同時(shí)要求施工單位減少擾民、減少周邊占地，設計管線(xiàn)兩側多為企事業(yè)單位、住宅樓，由于距離管線(xiàn)較近，施工中為了保護住宅樓的安全。
1.3.4施工管線(xiàn)與橋梁等施工同時(shí)進(jìn)行，如何協(xié)調在穿插作業(yè)中，精心組織立體交叉施工，并注重文明施工和環(huán)保工作，保障工程按期完成是本的重點(diǎn)。
2.施工
2.1施工準備
2.1.1施工工藝選擇；考慮到大沽南路各類(lèi)順行管線(xiàn)眾多，污水截流設計管徑d2600mm所有管道全部頂管施工。頂管施工能否達到工程要求？要針對不同土質(zhì)、頂管施工條件,,選用相適應的頂管形式?，F時(shí)下公司備有三種頂管工藝人工掘進(jìn)式﹑土壓平衡式，泥水平衡式頂管,各有其優(yōu)勢。該工程管線(xiàn)覆土深,地下水活動(dòng)量大,若采用人工掘進(jìn)式頂管首先要降低下水.由于強制降水會(huì )導致路面地基的沉降,造成建筑物的破壞，引發(fā)一系列問(wèn)題,故此不宜采用人工掘進(jìn)式頂管。并且本管線(xiàn)要在道路施工完成后施作，為了減少破路面積和保障路面不發(fā)生沉降，所有管道全部采用土壓平衡式機頭頂進(jìn)施工。
2.1.2確定工藝；直徑達d2600mm頂管是我市目前較大口徑管道頂管。我國南方施工有先例，為多刀盤(pán)機型，該施工方法可保障路面不發(fā)生沉降和周?chē)ㄖ锏陌踩?br />
本次施工d2600mm排水管、管材外壁直徑為Ф3120mm，若選用多刀盤(pán)機具方法施工，機頭結構較簡(jiǎn)單，經(jīng)濟，設備投入較比少。多刀盤(pán)機型的形式為，在大圓的機頭界面內，劃成四個(gè)區，在各區內有小直徑的切削刀盤(pán)。受電機驅動(dòng)各自獨立轉動(dòng)，切削土體；四刀盤(pán)全部切削面積為整個(gè)端面的50%左右，其余部分靠擠壓進(jìn)入螺旋出土機。該機頭重量較輕、相對適用于地質(zhì)為流朔等軟土。
大沽南路地層下土層多變，地質(zhì)資料顯示土的N值大，，土質(zhì)較硬。周邊地面建筑物、地下構造物、埋設物較多。根據經(jīng)驗，頂管機械選型應選大刀盤(pán)，大截面采掘土體。工藝可行。因為大刀盤(pán)切削土的面積為100%，機型適合，土質(zhì)范圍較廣。我們曾使用過(guò)規格d2200mm機型，經(jīng)驗表明；大刀盤(pán)能適于我市粘土、粉土、流沙特征的土質(zhì)。
2.1.3機械開(kāi)挖性能；本次d2600mm土壓平衡掘進(jìn)機頂管，選用大刀盤(pán)機型用來(lái)切削、施工前，要根據本市的地質(zhì)資料等，確定d2600mm掘進(jìn)機設備頂管的刀盤(pán)轉矩。由于管直徑增大、為刀盤(pán)截面的增加，刀盤(pán)在粘土中切土阻力的力矩要進(jìn)行計算。以提供廠(chǎng)家加工數據。應選多大力矩而使刀盤(pán)切削力適合？在優(yōu)選定刀盤(pán)轉速設計為2.0rpm的條件下，據公式：T=∫10khrdr計算刀盤(pán)切削力：
T——刀盤(pán)轉矩kN·m；
k——刀具在切削過(guò)程中單位面積上所受到的切削阻力1kg/cm2；
h——刀具在每一轉中切土的厚度0.3m；
r——刀盤(pán)切削半徑1.56m；
通過(guò)計算d2600mm刀盤(pán)轉矩為365.8kN·m折合(36.58t·m)
滿(mǎn)足以上刀盤(pán)轉矩，應輸入的電功率由以下公式計算：
N={常數1.026×（刀盤(pán)轉矩T×刀盤(pán)轉速r）}/效率η=kw
N——輸入頂管用刀盤(pán)轉矩的有功率(kw)
r——刀盤(pán)轉速2.0r/minη——機械效率0.85
經(jīng)計算d2600mm需要輸入功率：1.026×36.58×2.0/0.85=88.308kw
大刀盤(pán)掘進(jìn)機機型的機械外型
污水截流設計管徑d2600mm，施工管道用土壓平衡掘進(jìn)機頂管，根據現狀土質(zhì)的不同選大刀盤(pán)機型，操作靈活，技術(shù)先進(jìn)且排土順暢，采用的干式排土，廢棄泥土對環(huán)境影響和污染較小，泥土外運處理簡(jiǎn)單。
2.2施工設計
2.2.1工作坑和接收坑設計
施工是以設計圖紙為依據確定檢查井的位置，并以檢查井位用來(lái)設定作頂管工作坑和接收坑。1#—10#施工段中1300m管線(xiàn)，共投入三套頂管設備地下施工頂進(jìn),頂進(jìn)主工作坑為雙向頂坑,向東向西各頂進(jìn)長(cháng)度在142m。
測量放線(xiàn)后挖出樁溝，工作坑打入鋼樁，1#—10#施工用履帶式振動(dòng)打樁機打沿坑內口線(xiàn)打鋼樁，16t吊車(chē)配合施工。打樁時(shí)應保障鋼樁的垂直度，利用震錘緩慢將鋼樁全部打入地下需要標高，工作坑打入鋼樁的后背間距為0.3m，其余0.8m，樁長(cháng)15m，龍門(mén)口兩側距管外皮0.2m各打1棵鋼樁。，用兩根15×15cm方木做水平控制梁，用10×10cm角鋼做垂直控制架，
2.2.2打設水泥攪拌樁
工作坑邊打設水泥攪拌樁，為保護工作坑不塌方、不滲水，設計在坑邊作防水帷幕。先在坑外側放線(xiàn)，挖出樁溝，鉆機入位，打設水泥攪拌樁帷幕，帷幕樁徑0.7m、咬合0.20m、樁長(cháng)14m水泥參量15%。重要部位如后背水泥參量20%。。水泥攪拌樁采用計量泵注漿，保障延米水泥用量。均勻攪拌操作方法成樁，咬合必須連續性完成該工程，控制噴漿量在外摻3%石膏粉來(lái)增加水泥漿凝結速度，為保障水泥強度，控制水灰比。采用雙軸機架式打樁機，保障攪拌樁的垂直度和樁體的搭接。
2.2.3確定控制土壓力和頂進(jìn)推力
?。?）制土壓力確定要依據施工的土質(zhì)條件計算：
該地土容重γt=19.3KN/m³土內聚力C=14kpa土內摩擦角Ø=24°管中心的深度h=6.5m。
控制土壓力確定；按靜止土壓力和經(jīng)驗系數乘積，用公式P控=P0K0計算
Ρ0—靜止土壓力（kpa），其是土容重γt與管中心的深度h的乘積。
K0—靜止土壓力系數，經(jīng)驗值取0.75（該值在砂性土中K0=0.4—0.9的范圍內變化，）經(jīng)計算控制土壓力P控=90kpa。
由于在實(shí)際過(guò)程中，設定控制土壓力不可能是一個(gè)恒定值，附加壓力ΔP變化值，按經(jīng)驗在20kpa范圍內變化,P控-取110kpa
?。?）頂進(jìn)推力的計算：
土壓平衡式頂管施工，設計總頂力F總主要由管道頂進(jìn)中機頭迎面阻力F0和管子推進(jìn)長(cháng)度上綜合阻力F組成，即F總=F0+F。管徑ф2600mm正常頂進(jìn)時(shí)迎面阻力F0約為70t，初始推力即迎面阻力,它由掘進(jìn)機面前的土壓力,地下水壓力,及附加阻力組成,頂力按經(jīng)驗公式F=KfπDL計算，
F—頂進(jìn)推力（t）
K—安全系數（取1.2）
D—管外徑3.12（m）
L—頂進(jìn)長(cháng)度140（m）
f—注漿摩擦系數（砂性土中摩擦系數取0.6）。
140米頂進(jìn)距離的設計頂力F總=1058t。
2.3施工設備安裝
2.3.1主頂設備安裝
每一主頂工作坑內設6臺液壓千斤頂（320t），，千斤頂支架分三層構成安放千斤頂。在地面上配置液壓站，兩臺高壓油泵，流量2×25L/min,壓力31.5Mpa高壓油泵配接高壓油管連接到千斤頂。用吊車(chē)吊裝安裝千斤頂支架，穩裝千斤頂，用平墊對千斤頂的位置進(jìn)行細部調整，千斤頂調整穩平，并使6臺千斤頂的合力點(diǎn)落在管中心徑處。
2.3.2穩導軌和后背鐵安裝
導軌采用自制重型復合軌，并和基礎預埋鋼板焊接，導軌的間距布置應使管外底離橫向的槽鋼頂面不小于5cm，鋪設導軌時(shí)要控制高程和中線(xiàn)誤差。后背鐵采用復合定型后背鐵，后背的平面垂直于導軌，后背鐵與坑墻之間灌注砼（C20、厚10～15cm）垂直找平。
2.4頂進(jìn)施工
2.4.1初頂；機頭入洞口前，把工作坑洞口前的鋼樁都要拔起，清除攪拌樁后開(kāi)鎬，將導軌上的機頭推到洞口頂進(jìn)土中，要機頭正面和洞內的土體緊密頂嚴，使土倉壓力表值達設定值，經(jīng)一定時(shí)間壓力在下降到一定數值，得出的是實(shí)際靜態(tài)土壓力值，用做控制土壓力的參考。另外為預防刃機頭扎頭下跌，在第1節管與機頭間，加4組M36螺栓，呈井形布置與預埋鐵板焊接。
在初頂前一定要測量好第一節管的高程和中線(xiàn)位移，把握好設備安裝，如千斤頂不同步，或千斤頂間頂力相差較大，或安裝精度不夠，成頂力合力線(xiàn)偏差，影響整個(gè)管段頂進(jìn)質(zhì)量。每節頂進(jìn)用管，均應上好膠圈，在膠圈上抹勻凡士林。然后下O形頂鐵，開(kāi)鎬將穩定管子與前節管子頂緊
在標準狀態(tài)下控制入土，使整個(gè)管段頂進(jìn)有一個(gè)良好的開(kāi)端，在頂管機頭剛進(jìn)入土體時(shí)采用4個(gè)液壓千斤頂（320t）頂進(jìn)速度要慢，速度在2cm/min。
土壓平衡式大刀盤(pán)機型為螺旋機出土，由機頭前方大刀盤(pán)緩慢掘進(jìn)切削前方土壤經(jīng)螺旋機出土到土斗，管內鋪設15kg/m的輕型軌道土斗管內運出，在由吊車(chē)運抵至地面裝車(chē)外運。
當機頭已頂進(jìn)土里有10m左右時(shí)，為減小土體對管道的阻力需要開(kāi)始注漿，注漿壓力為0.3Mpa左右，注漿量控制在理論計算值的1.5倍左右，注漿時(shí)要遵循“先頂后注，隨頂隨注”的規程。
2.4.2測量
安裝激光經(jīng)緯儀；在距后背墻1米處兩組千斤頂之間安裝激光經(jīng)緯儀，經(jīng)緯儀的位置應在管道的中心線(xiàn)上，安裝時(shí)應先安裝水準儀支架，，支架用Φ40mm鋼管和3mm厚的鋼板制作，儀器的前方控制點(diǎn)通過(guò)由地面上的經(jīng)緯儀將管線(xiàn)中心點(diǎn)引到坑內的經(jīng)緯儀支架上.頂管前,根據管線(xiàn)位置和周?chē)ㄖ锊皆O沉降觀(guān)測測點(diǎn).將測量結果做紀錄
測量導向采用J-2型激光經(jīng)緯儀,經(jīng)緯儀提供激光束打到為機頭中心接收靶上，為機頭定位。機倉內還裝有傾斜儀，用來(lái)監視掘進(jìn)機機頭縱向水平狀態(tài)和徑向偏轉狀態(tài)，，糾偏要根據管子的運行趨勢校正，依據儀器儀表數據計算糾偏校正值,在進(jìn)行超前糾偏,使頂進(jìn)的質(zhì)量才能達到較高要求。
2.4.3頂進(jìn)中操作
管內頂進(jìn)操作人員所選具有資質(zhì)和一定經(jīng)驗，在頂進(jìn)過(guò)程中會(huì )繪制隨機的頂進(jìn)曲線(xiàn)，隨機測量效驗中線(xiàn)偏離誤差、根據頂進(jìn)需要調整頂速，以利糾偏操作。
在頂進(jìn)施工過(guò)程中,控制土壓力的數值與理論計算數值相接近,在主動(dòng)土壓力和被動(dòng)土壓力之間,在實(shí)際應用中我們將土壓力控制在100kpa左右.機頭控制土壓力要小于刀盤(pán)前方被動(dòng)土壓力,且大于刀盤(pán)前方的主動(dòng)土壓力,操作時(shí)控制土壓變化，監視刀盤(pán)電機電流.當前方土壓力超過(guò)設定土壓力,刀盤(pán)電機電流在增，d2600mm機設定刀盤(pán)電機4臺，每臺電機為額定電流的90%，22KW/37A。當前方切削力矩超過(guò)設計值，使電氣開(kāi)關(guān)立即被切斷,機頭在掘進(jìn)和主頂千斤停止推進(jìn)，減小頂速，可使前方力矩減小,刀盤(pán)載荷減小,開(kāi)關(guān)復位.后方液壓站又恢復頂進(jìn)。
頂管后背發(fā)生位移或不平整時(shí)，會(huì )使管道軸線(xiàn)偏差過(guò)大，使頂力合力線(xiàn)偏移，造成管道偏差。管道偏差過(guò)大，使管線(xiàn)發(fā)生彎曲，接口滲漏，甚至造成管節損壞無(wú)法恢復。
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水泥廠(chǎng)破碎石灰石耐磨錘頭磨損特點(diǎn)石灰石化學(xué)成分中硅含量高低對錘頭使用壽命有直接影響,硅含量越高,錘頭使用壽命就越短,較好的情況是石灰石中硅含量低于2%。另一方面是石灰石抗壓強度高低和錘頭使用壽命密切相關(guān)?？箟簭姸仍礁?，易碎性越差，錘頭使用壽命就越短。 錘頭選型和制造質(zhì)量對錘頭使用壽命有著(zhù)重要的影響：以前水泥行業(yè)用的破碎機錘頭材料，基本上是高錳鋼，比較好的是ZGMn13Cr2，它熱處理后的硬度在HRc23。這種錘頭在高含硅量和高強度的石灰石情況下，如果再加上作業(yè)狀況不利的影響，使用壽命就較短。一付2022的錘頭，有可能不超過(guò)10萬(wàn)噸產(chǎn)量。 隨著(zhù)錘頭的新技術(shù)不斷出現，先后出現了超高錳鋼錘頭和雙合金復合耐磨錘頭。所謂超高錳鋼，就是ZGMn18Cr2MoRe，比ZGMn13Cr2提高了錳的含量。目的是提高錘頭的熱處理硬度，提高耐磨性，延長(cháng)使用壽命。但是，由于錳含量和合金元素的提高有一定的限度，因為它們在提高材料硬度、耐磨性的同時(shí)會(huì )降低韌性,所以沖擊力較大時(shí)不用。 雙合金復合耐磨錘頭，通常有三種形式：其一是，在錘頭的工作面上堆焊一層硬質(zhì)合金，提高錘頭的抗磨性能;其二是，在鑄造時(shí)加以控制，提高錘頭工作部位的合金(主要是鉻)含量：其三是，在錘頭工作部位，鑲嵌硬質(zhì)合金棒或合金塊. 錘頭的制造質(zhì)量主要是受幾何尺寸、合金成分、含量和熱處理硬度和深度等因素的影響。其次，破碎作業(yè)狀況對錘頭壽命也有很大影響：石灰石顆粒度對錘頭使用壽命有很大影響;石灰石含水量對錘頭使用壽命有很大影響;破碎機出料蓖縫被堵塞的次數和在堵塞后還繼續作業(yè)的時(shí)間長(cháng)短，對錘頭使用壽命有很大影響;石灰石原料中的是否含有雜質(zhì)。這些因素對耐磨錘頭使用壽命的影響是很重要的。 - 解析影響錘頭壽命的4個(gè)因素 08-27
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