曲线顶管

2024-08-16

曲线顶管（共3篇）

曲线顶管篇1

摘要：泥水平衡式顶管施工以其作业性能好、总顶力较小及施工进度快等优点受到顶管工程界的肯定,但其在施工过程中如果控制不当,将造成地面塌陷、污染环境及泥浆突涌等现象,特别是在曲线顶管测量控制不当的情况下问题更加突出。从泥浆配制、泥浆分离、曲线段测量及压密注浆技术四方面来探讨泥水平衡式曲线顶管施工阶段技术控制措施,为同类工程施工提供借鉴。

关键词：泥水平衡,顶管,曲线,施工技术

1 引言

泥水平衡顶管施工是指利用泥水压力来平衡顶进工作面上的地下水和土层的压力,泥水压力主要通过泥浆泵来控制进出泥浆的量来实现[1]。泥水平衡式顶管施工以其作业性能好、总顶力较小及施工进度快等优点受到顶管工程界的肯定,但其在施工过程中如果控制不当,将造成地面塌陷、污染环境及泥浆突涌等现象,特别是在曲线顶管测量控制不当的情况下问题更加突出。从泥浆配制、泥浆分离、曲线段测量及压密注浆技术四方面来探讨泥水平衡式曲线顶管施工阶段的技术控制措施。

2 工程概况

为改善厦门岛内电网结构,提高中心城区的供电可靠性,需建设110k V半曾Ⅱ回线路开断进金榜变工程项目。该电力改造工程沿线路径共设计两段顶管,顶进管材采用Φ2000mm钢筋混凝土企口管,顶管施工完毕后在钢筋混凝土管内安装电缆支架,而后完成电缆敷设施工。本文主要研究横穿文屏路段曲线顶管。该曲线顶管长度为180m,新建沉井2座(1#为工作井、2#为接收井)。施工项目部在顶管施工前综合分析地质勘察报告、工程造价及周边环境影响等因素,确定采用泥水平衡式顶管掘进机(型号:YD2000[2])来完成该段顶管施工。工程总平面布置如图1所示。

注:1#~18#为沉降观测点

3 施工阶段技术研究

3.1 不同地质条件下泥浆的配置

由于本工程曲线顶管施工所跨越土层的岩土特性差异较大,因此,根据不同地质条件进行泥浆的调整以及对泥水压力的调控成为施工过程中质量与安全控制的重点,如若控制不当,势必造成顶管失败、地面塌陷、泥浆突涌等事故。

泥浆一般由粘土、水(或油)和其他外加剂根据配比要求混合而成,具有可调控的粘性、比重、降失水和润滑等性能。施工性能良好的泥浆一般具有如下特征:化学稳定性好;物理稳定性好;流动性好;成膜性好;泥浆的黏度、相对密度及颗粒级配适当。泥浆在泥水平衡式顶管施工中主要起到平衡顶进作业面的压力、双向隔离及运送土渣的功能。

顶管贯穿杂填土层、坡积粉质粘土层、残积粉质粘土层及砂砾状强风化花岗岩层,为保证顶管路径顶部路面的稳定,将变形控制在最低限度,顶进过程必须根据各阶段岩土特性及时对泥浆相对密度进行调整。顶管开挖面稳定安全系数与泥水相对密度的关系如下:

式中,FS为开挖面稳定安全系数;ρ为土体密度;ρf为泥水相对密度;φ为土的内摩擦角。

根据式(1)及岩土工程勘察报告,对顶管贯穿土层所需配置的泥浆相对密度进行分析,岩土设计参数表详见表1。

杂填土:由于杂填土内摩擦角较小,顶进过程中若遇到杂填土段必须提高泥水相对密度,保证开挖面的稳定。

坡积粉质黏性土、残积砂质黏性土:由于该土层内摩擦角较杂填土大,顶进过程中所采用的泥水相对密度可略比杂填土地质情况低,本工程采用的泥水相对密度约1.025~1.075。

砂砾状强风化花岗岩:由于该土层中所蕴含的黏土成分极少,泥浆在循环使用过程中会不断损失黏土,为使泥浆保持较大的黏度和较大的相对密度,顶进过程中遇该土层必须不断向泥浆中加入一些黏土,本工程采用的泥水相对密度约1.225。

通过对顶管沿线路径沉降量进行跟踪与监测,最大沉降点位于2#接收井附近的18#沉降观测点,该沉降点恰好位于杂填土层,累计沉降量为32mm,但总体沉降量小于理论计算值,处于可控范围之内,针对不同地质条件所配制的泥浆满足施工要求[3]。

3.2 泥浆分离处理技术

对于泥水平衡顶管施工而言,泥浆的质量非常关键。泥浆又常被称为泥水平衡顶管的“血液”。为了保持“血液”运行质量,必须对循环泥浆进行净化处理,为泥水平衡顶管施工提供优质的泥浆。

采用全自动泥浆净化处理设备,顶管机排出的污浆由排泥泵经分配器送入泥水处理系统,经过预筛分器的振动筛选后,将粒径在3mm以上的渣料分离出来;筛余的泥浆进入泥浆净化装置经过旋流除砂、振动脱水处理后,干净泥浆沿出浆管自流入沉淀池或调浆池,如图2所示。

通过全自动泥浆处理,一方面提高了泥浆的循环利用率,降低了液体泥浆运输过程中对城区环境所带来的影响,另一方面则降低了废弃泥渣的运输成本。建议对位于城市繁华地段及施工场地受限的泥水平衡顶管工程,采用全自动泥浆处理设备进行泥浆的过滤处理,可有效降低对城市环境的影响。

3.3 曲线顶管测量与纠偏技术

采用局部曲线顶管施工避开已有建筑物基础,测量导向工作是曲线顶管施工的重点,因此测量导向工作是否精确直接影响到顶管施工的成败与公众安全。顶进的测量与方向的控制,是采用激光经纬仪辅以水准仪测量[4],并通过液压油缸进行纠偏,测量原理如图3所示。测站布置数量与曲线段顶进误差的演算过程如下。

所以,管内必须设置一个测站C,否则无法通视进行测量。

式中,D为混凝土管内径;R为曲率半径(由设计图纸可知);L为最大一次测量距离;l为顶管曲线段弦长(由设计图纸可知)。

1)测量实际顶进曲线与设计曲线的误差步骤如下:

(1)布设测量基准点A及测站C;

(2)利用光学测距仪测出点A到始曲点B之间的距离l0,以及点A到测站C之间的距离l1;

(3)利用光学经纬仪测设出直线AC与测量基准线间的夹角α0;

(4)利用光学经纬仪测设出向A对准以后再转向D点所测得的AC延长线与CD线的夹角α1;

(5)根据几何关系可推算出被测点D的坐标x=l1cosα0-l0+l2cos(α0+α1),y=l1sinα0+l2sin(α0+α1)

(6)进而可推算出被测点D与设计曲线之间的误差

2)顶进曲线误差纠偏的原则

通过以上方法测算出曲线段顶进误差d后,进而需进行误差的纠偏,纠偏工作应遵循先纠上下后纠左右的原则,做到以下几点:

(1)有严格的放样复核制度,并做好原始记录。

(2)布设在1#工作井后方的仪器座必须避免顶进时移位和变形,必须定时复测并及时调整。

(3)顶进纠偏必须勤测量、多微调,纠偏角度应保持在10~20',不得大于1°[5]。

(4)初始推进阶段,方向主要是主顶油缸控制,因此,一方面要减慢主顶推进速度,另一方面要不断调整油缸偏移和机头纠偏。

(5)在每一顶程开始前必须制定坡度计划,可对设计坡度线加以调整,以方便施工和最终符合设计坡度要求和质量标准为原则。

3.4 压密注浆技术在城市道路下泥水平衡式曲线顶管施工中的运用

顶管施工横穿双向四车道思明区文屏路,交通流量大,如何保证在道路下方土体受到顶管扰动及道路重荷双重作用下的稳定显得尤其重要,否则易引发突发道路大面积沉陷,后果将不堪设想。为保证顶管完毕对沿线扰动地层进行“加固土体”以达密实、稳定该地段地层的作用,实行压密注浆技术来加固土体。其注浆孔的布置为沿顶进管道两侧及管顶每20m布设三个压密注浆孔,压密注浆加固土体断面图如图4所示。

在曲线顶管过程中会在曲线段的外侧存在法向分力的作用,对土体的扰动范围较大,故在曲线顶管外曲侧增加压密注浆孔的数量,注浆压力控制在1.5~3.0MPa。

在曲线顶管外曲侧的10#、13#及15#沉降观测点的累积沉降量分别为5mm、4mm及2mm,采用压密技术加固城市道路下方土体取得了较好的效果。

4 结语

泥水平衡式曲线顶管施工阶段,根据不同地质情况配制泥浆及运用压密注浆技术来控制泥水平衡式曲线顶管施工所引起的沉降;运用曲线测量原理来计算实际曲线与设计曲线误差,为顶管纠偏工作提供了依据;运用泥浆分离设备对泥水平衡式顶管掘进机排出的污浆进行筛分过滤并重复利用,大大降低了对城市环境的影响。施工阶段技术的运用效果良好,可供日后同种工况条件下的泥水平衡式顶管施工借鉴。

参考文献

[1]马保松.非开挖工程学[M].北京:人民交通出版社,2008.

[2]陈勇,陈永光,黄以华.长距离曲线顶管技术在电力管道工程中的应用[J].非开挖技术,2011(2):63～68.

[3]中国非开挖技术协会《.顶管施工技术及验收规范》(试行)[S].北京:人民交通出版社,2006.

[4]葛金科,沈水龙,许烨霜.现代顶管施工技术及工程实例[M].北京:中国建筑工业出版社,2009.

[5]Zhang,Hao.Urbancurvedjackingpipeconstructionsurveycontrol[M].ProceedingsoftheInternationalConferenceonPipelinesandTrenchlessTechnology2011.

长距离曲线顶管测量施工技术篇2

伴随着城市建设的不断发展, 城市地下管道的施工也在有条不紊的展开。在这些工程中, 非开挖、顶管施工尤为普遍。而对于特殊的地质条件, 在给非开挖、顶管施工带来便利的同时, 也给工程的施工带来一定的风险。为保护地面上建 (构) 筑物和地下管线的安全, 对顶管施工, 尤其是对顶管施工的测量工作提出了更高的要求。

所述工程为某污水治理总管工程, 主要是雨污水管收集总管工程, 污水管道主要为φ1650mm和φ1350mm钢筋“F”型混凝土管, 顶管全长5.2km, 共分14段。本长距离顶管曲线测量技术是笔者在多次顶管测量实践后归纳总结的, 现以顶管穿越河浜段 (518m) 为例。

KZW3-1-GYW4-1顶管 (φ1650mm) 穿越俞泾浦河浜, 顶程518m, 共分5段。三段直线, 两段曲线, 曲率半径分别为500m和800m, 河浜东侧有φ400mm的树根桩, 桩长14m, 管内底标高为-4.50~-4.80m, 落差0.30m。管内底埋深8.8~9.6m, 覆土深度为6.985~7.785m, 其中过俞泾浦覆土深度为3.08m左右, 顶管第一段曲线正好从驳岸树根桩中穿过, 施工难度较大 (图1) 。

2 AutoCAD与轴线设计应用

轴线测量就是将设计顶管轴线放样至实地位置 (平面位置) , 即轴线放样。根据轴线坐标在地面上对顶管轴线进行放样, 每隔15m左右在地面上放样, 特别是ZY点、QZ点、YZ点的放样, 并根据放样点对顶管轴线周围的地下管线、建 (构) 筑物进行测量, 防止顶管施工过程中遇到不明障碍物而重新对轴线进行调整。该工作在曲线顶管施工中非常重要, 它关系到顶管预留洞口正确位置的确定, 同时也为之后要进行的曲线顶管测量工作奠定良好的基础。

2.1 导轨轴线

轴线测量利用AutoCAD软件 (内业) 和全站仪 (外业) 进行。首先, 将顶管的第一轴线点坐标和工作井中心坐标载入AutoCAD软件中, 然后以工作井中心为中心作一模拟圆 (半径须略大于工作井半径) , 再将轴线延长, 与模拟圆相交于一点。其次, 利用全站仪将这些交点坐标放样出来, 即为顶管的导轨轴线 (图2) 。

将点放样出来后, 利用铅垂原理将轴线中心引致设计标高即可。

2.2 顶管轴线

根据设计单位所提供的顶管轴线相关参数, 建立绝对坐标系, 在AutoCAD软件上进行绘图, 并将每节管节绘在上面, 这样, 每节管节的坐标 (三维) 以及实测偏差就能在图纸上形象的反映出来。

在顶管施工中, 根据实测的每节管节坐标 (三维) 与设计轴线每节管节坐标 (三维) 进行比较, 得出轴线偏差, 并及时报告作业队长, 及时纠偏, 保证顶管施工的精度。

3 Excel与轴线设计的应用

为了确保顶管轴线按设计轴线施工, 保证顶管的施工精度和顶管顺利进洞, 采用Excel的数据处理对AutoCAD中处理的顶管轴线进行检查、复核, 如果两者的数据一致, 说明这两种顶管轴线的计算处理方式具有合理性和可比性, 能更好地确保顶管施工的精确性。

首先, 在Excel软件里, 首先建立相对坐标系统, 以实测的顶管工作井预留洞口中心的坐标为原点, 以工作井和接收井预留洞口的坐标为X轴, 与X轴垂直的轴为Y轴, 建立一个独立的相对坐标系统。

其次, 利用Excel强大的计算功能, 进行坐标转换, 根据实测的坐标输入编制好的程序里, 这样绝对坐标系的坐标就转换成相对坐标系, 在相对坐标系统里能反映出该点的位移偏差 (图3) 。

高程测量:高程偏差根据设计的坡度, 能计算出每节管节标高, 在顶管施工中, 高程测量采用水准测量误差较大并且较困难 (对长距离曲线顶管) , 因为在长距离顶管中, 空气的温度、湿度、风向对水准测量影响较大以及顶管内各种管线、出土 (泥浆) 等因素影响, 水准测量较慢, 根据笔者的实际测量, 采用三角测量速度快, 误差也不大, 完全满足测量精度要求。

4 曲线顶管测量要素计算

在顶管施工之前, 必须严格测定工作井和接收井预留洞口中心坐标及高程。由于工作井和接收井建成后不可能完全符合设计位置 (平面和高度) , 必然存在误差, 因此, 顶管施工测量必须以实地二井 (工作井和接收井) 洞口中心为基准。

4.1 测站的确定

由于该段曲线顶管长度为518m, 因而全站仪在工作坑内无法通视, 必须在管内设测站。

当0.8m

式中D———管子半径;R———曲线半径;L———最大一次测量距离。

把上式整理得:L=

如果2.0m

对KZW3-1-GYW4-1曲线顶管, D=1650mm。通过公式计算得:

1) 当R=500m时, L=53.83m, 因此在这段曲线顶管 (168.6505m) 中, 设4个测站。

2) 当R=800m时, L=68.10m, 因此在这段曲线顶管 (66.981m) 中, 设1个测站。

4.2 偏角及坐标的计算

在曲线顶管施工中, 有两个基本数据是设计图纸中必须标明的:这就是半径R、曲线长度CL或者是弦长, 其余的则可以通过计算得知。以图4为例, 已知R=500m, 弦长CL=168.65m, 计算出其他各部尺寸:

1) 中心角等于交角α=180CL/πR=19°19?33";

2) 弦长;

3) 切线长度TL=Rtanα/2=85.1340m;

4) 外割线长度SL=R (secα/2-L) =4.968m;

5) 中点纵距M=R (1-cosα/2) =7.11m;

6) 管中心角———δ0=180°L/πR, 式中的L为管节长度, 如果管节长度为2m, 则δ0=0°13°45.48";

7) 偏角———δ=δ0/2=0°6'52.74"。

在实际顶管过程中, 为了计算的方便, 尽量减少失误, 我们采用数学坐标系, 而不是测量的直角坐标系。而且将始曲点的坐标假定为 (0, 0) 。

图5所示的为已顶了两节管子的情况。此时, 第一节管子的前端处于A2处, 尾端在A1处。而第二节管子的前端处于A1处, 尾端处A处。第n节管子, 则其处于An-1处。由此, 可做出与图5相似的图, 上面可以标出δ1, δ2、δ3, …, δn, A1, A2, A3, …, An, Y1, Y2, Y3, …, Yn, X1, X2, X3, …, Xn。

由于每节管子的长度相等, 所以AA1=AA2=AA3=…=An-1An。

由此, 可以推断出:δ1=1/2δ2=1/3δ3=…=1/nδn

也即:δn=nδ1。

如果设AA1的弦长为C1, AA2的弦长为C2,

AAn的弦长为Cn, 则各段弦长分别可由下

式求出:

利用δ与C, 可分别计算出A1, A2, A3, …, An各点的坐标;

具体计算如表1、表2所示。

4.3 顶管轴线测量

在每一段顶管施工之前, 必须严密测定工作井和接收井预留洞口中心坐标 (x, y, Z) , 由于工作井和接收井建成后不可能完全符合设计位置 (平面和高程) , 必然存在误差, 因此顶管施工测量必须以实地二井洞口中心为基准, 这样, 对原设计的线型必须进行调整, 调整应以原设计线型位置变化最小为原则, 一般改动曲线的起、终点即可。例如, 对于两端为直线的单一曲线可以按如下步骤进行调整

1) 以实测的二井洞口坐标和设计的曲线转向点 (JD) 坐标反算二端直线的方位角。

2) 以算得的二直线方位角求新的曲线角α。

3) 以原设计的曲线半径R和新求的曲线转向角α重新计算曲线元素, 重新确定曲线起、终点 (ZY、YZ) 里程。

4) 以调整后的曲线起、终点里程重新计算新的曲线起、终点坐标。新计算的曲线元素及起、终点坐标作为顶管施工的设计变更, 提交设计单位和监理单位认可后作为施工的依据。

5) 控制机头顶进方向的地下导线测量起始方向为井下固定的导线点, 因此测定井下导线点的位置和方向至关重要。由于本标段为长距离顶管, 而井下固定的导线边又很短, 为保证定向测量的精度, 故采取以下措施: (1) 井下仪器墩及井壁上的后视方向点安装牢固, 不允许有任何的松动; (2) 定向测量的角度使用托普康全站仪, 测量4个测回取平均, 以提高照准精度。

6) 在顶管施工时, 管内的温度、湿度较大, 顶管对中整平比较慢且质量较差, 而同一型号全站仪和棱镜的基座是可以通用的, 因此, 在施工测量时, 当仪器对中整平后, 转站时只需要把全站仪和棱镜上部取出来, 直接放在基座上, 而不需要第二次进行对中整平, 这样不仅测量速度可以大大提高, 而且也能确保测量精度。

7) 由于机头在顶管过程中旋转, 同时无法在机头中心安装测量棱镜, 只能偏心安置, 为了求得机头中心的坐标, 测量时在机头偏心安装2只棱镜, 通过空中三角, 进行解析归心计算, 以求得机头中心的准确位置 (即机头姿态) 。

8) 通过测量得到机头中心坐标后, 利用AutoCAD软件与设计轴线进行比较可以很快捷、直观地求出机头方向偏差, 而不会出现复杂的人工计算, 既快捷又准确。

9) 地下导线测量的误差对顶管贯通的影响可由下式得出:

式中[s]———导线全长, 对于本标段, [s]最长为518m;

mβ———取±2", 为角度测量误差;

n———导线边数, 对于本标段n=4, 则:m3=±0.6cm。

10) 采用本测量方案, 由测量引起的顶管贯通测量误差, 包括地面控制测量, 工作井定向测量和管道地下导线测量, 则

m=±姨m12+m22+m32±姨12+0.82+0.62=±1.414cm。

此为中误差, 取极限误差 (最大误差) 为3倍中误差, 则贯通测量极限为±4.24cm。

5 顶管纠偏技术

在顶管施工过程中, 由于管节在不断的顶进, 顶管轴线也在变化中, 与设计轴线必然发生偏差, 因此要采取纠偏措施, 减小顶进轴线和设计轴线间的偏差值, 使之尽量趋于一致。顶进轴线发生偏差时, 通过调节纠偏千斤顶的伸缩量, 使偏差值逐渐减少并回至设计轴线位置。

对顶管纠偏时应考虑管节的长度和木衬垫的厚度, 在顶管施工前就需要计算出顶管的张角, 根据设计的曲率半径计算出管节的最长尺寸, 对顶管的纠偏起到十分重要的作用。

在顶管施工过程中, 测量工作是顶管顶进的“眼睛”, 它指导着顶管的顶进方向和趋势, 应贯彻“勤测、勤纠、缓纠”的原则, 不能剧烈纠偏, 以免对管节和顶进施工造成不利影响。顶进时应及时进行测量工作, 随时掌握工具管的姿态, 从而指导纠偏, 确保顶管施工的精度。

6 结语

本段顶管进洞轴线误差3.5cm, 高程误差2cm, 满足顶管施工要求, 取得了良好的经济效益和社会效益, 也对长距离曲线顶管的测量总结了一些经验, 但由于施工现场不确定因素较多, 长距离曲线顶管测量还需要进一步完善和总结:

1) 顶管内的温度、湿度、通风对顶管测量误差的分析及修正数;

2) 地面控制点与顶管内控制点的误差和中误差的计算;

3) 测量基座的归心改正。

摘要：本文结合工作实践, 总结了全站仪和编程计算器在曲线顶管测量外业中的应用以及AutoCAD和Excel软件在内业处理中的应用, 并结合实例作了简略的阐述, 并对目前工程测量作业提出了一些看法, 对类似的工程有一定的参考作用。

关键词：曲线顶管,自动计算机辅助设计软件,电子表格软件,纠偏

参考文献

[1]余彬泉.陈传灿.顶管施工技术[M].北京:人民交通出版社, 1998.

曲线顶管篇3

随着我国社会经济的高速发展、城市化进程的加快,顶管施工技术在开拓城市建设方面,由于其对周围环境影响较小,适应软弱的地质条件及施工速度快等优点,顶管机在城市地下隧道工程得到广泛应用。非开挖埋设地下管道的顶管施工技术,适用于最大可埋设5 600~54 000 mm的地下管道,它具有环保、施工文明、造价合理的特点,尤其是在穿越城市道路及江河的管道工程中应用尤为普遍[1,2,3,4,5,6,7,8,9,10]。

以郑州市南三环东延线南台路至107辅道高压线路改造工程为例,结合参考文献[11,12,13,14,15]中在软土地区土压平衡隧道施工,对沿线道路、地表建筑沉降规律的经验分析及有关规范,诸如《南水北调东干渠某标段土压平衡盾构施工参数优化研究》、《软土地区深埋盾构开挖对土体扰动特性的影响研究》等,阐述了DN3500土压平衡顶管机曲线隧道施工技术,及在城市地下工程中的应用,其隧道项目位于郑州市东南郊,沿线地形起伏较小,相对高差3.0~6.0 m,线路沿线地貌为发育巨厚的第四系松散堆积物,钻孔揭露深度范围内,地层岩性以粉质黏土、粉土及粉细砂为主,属黄河冲积平原,地形平坦开阔,多有风成沙丘分布,沙丘地面以上高度一般3~5m。勘区内有潮河、七里河流过,隧道全长约3.785km,其中顶管法施工长度3.431 km,明挖法施工长度0.354 km。该工程是大直径、长距离曲线顶管项目,顶管管节采用F型预制钢筋混凝土管,管道内径3.5 m,外径4.14 m。沿线设置竖井10座,其中9座为综合井,1座为接线井。其中1—2号井线路长度471.76 m;2—3号井线路长度498.47 m。均为曲线顶管,曲线半径为1 500 m,坡度为0.316%~0.300%,顶管机由2号工作井分别向1号、3号综合井顶进。通过实测数据技术分析研究,选用平衡性好,对周围土体扰动小,易于操作的DN3500土压平衡顶管机进行掘进作业。

1 施工原理及结构

DN3500土压平衡顶管机,采用TP式大刀盘旋转,顶进油缸推动顶管机前进切削土体,切削下的泥土进入密封的储土仓和螺旋输送机被挤压,形成一定的土压力来平衡顶管机所处土层中的土压力1P和地下水压力2P,同时采用螺旋输送机排出土量的多少或控制顶管机的前进速度,使土压力与切削面前方的静止土压力和地下水压力保持平衡。土仓内的土压力值P控制在10~20 k Pa,保证开挖面的稳定,防止地面的沉降或隆起,避免破坏周围环境。借助油缸的推力,把顶管机及跟随其后的管子从工作坑一节一节地顶进,至顶管机进接收坑的一种非开挖敷设地下管道的施工工艺。

DN3500土压平衡顶管机,其结构如图1所示,主要由切削搅拌系统、壳体系统、动力系统、测量系统、螺旋输送系统、液压系统、电气系统共七大系统组成。

顶管机技术参数:顶管机外径4 160 mm;刀盘转矩2 250 k N·m;刀盘驱动电机37 k W×7;纠偏油缸200 t×8;最大推进速度30 mm/min;顶管机质量为80 000 kg;顶管机总长为6 000 mm;刀盘转速1.1r/min(变频);纠偏泵站电机5.5 k W;最大纠偏角度3°;螺旋输送机直径为500 mm。

2 施工方案设计

顶管施工前,首先测量引点,然后工作井施工,逐次测量放样;井下导轨机架、液压系统、止水圈等设备安装,地面辅助设施安装,顶管掘进机吊装就位,激光经纬仪安装,掘进机出工作坑,正常顶进,顶管机进接收坑,顶管施工结束。

(1)土压平衡顶管机采用激光导向控制系统,通过在后顶观察台架设的J2-JDE型激光经纬仪发出的光束,射到顶管机内的定位激光靶上,影像被机内摄像机捕捉到传至顶管挖掘系统的电脑内,操作者根据测绘数值,远控操作顶管机内置油缸进行伸缩,调整纠偏切削头部上下左右的偏差,及整个管道水平或垂直方向的调整,偏离精度控制在3 cm内。

(2)根据图纸设计利用Auto CAD专用软件将设计顶管轴线及综合井坐标绘图,利用全站仪对轴线实地放样。对施工隧道两端工作井坐标进行连测,保持坐标精准度一致,采用全站仪、棱镜三角法测量,解析出机头中心坐标,将坐标点输入至Auto CAD上与设计轴线坐标进行校对,确定其相对偏差,利用三角高程及水准测量方法来测量机头高低偏差,调整机头顶进姿态。

(3)根据轴线坐标在地面对顶管轴线进行放样,每隔15 m左右在地面放1个监测点,依据放样点对轴线周围的地下管线、建(构)筑物进行测量,及时与管线产权单位联系,采取有效的安全措施。在顶管横向穿越的街道埋设观测点,根据地测参数、土压,及时调整顶进参量控制好速度,确保不引起地面大范围沉降或隆起,使顶管机安全穿越。

(4)DN3500土压平衡顶管机,沉降控制精度高、掘进快、便于操作维护,安全可靠。该机全断面切削,其切削搅拌面积可达全断面的100%,设计单刀切削搅拌刀盘突出机头表面,在切削过程中机头前方形成空隙,减少了迎面阻力,切削搅拌转矩可自行平衡,掘进中机体不容易偏转。

(5)施工中选择优质的泥浆材料,钠基质膨润土注入管道外侧,形成泥浆润滑套,有效的降低顶进阻力,控制好顶管推进力。

(6)曲线顶管,每个管节处将形成一个管外最大开口间隙S1和管内最小开口间隙S2。为防止间隙S1偏大,发生渗漏、密封失效,把单层密封橡胶圈普通混凝土管,设计为2道楔形密封橡胶圈钢筋混凝土管,其破坏荷载为15 000 k N/节,使用年限为100年,经技术质量验证符合公路加宽承载要求。

3 土压平衡顶管机的施工应用

3.1 施工步骤

顶管机在工作井内安装、调试完毕后,主顶油缸开始向前推进顶管机。掘进机头进入止水圈内接近工作面土层时,启动切削旋转刀盘,同时推进油缸开始挖掘作业,切削下的土质、石块等有转动刀盘带进土仓内挤压,通过螺旋输送机、泥浆泵站输送至地面泥水分离系统,装车运离工地。顶管机完全进入土层以后,在工作井内吊装第1节顶进管,推到尾套处与掘进头连接管一同顶进至设定位置,挖掘循环终止,然后慢慢收回推进油缸到设定位置,接着吊装第2节顶进管,前端插进第1节顶进管尾套内连接好后重复挖掘顶进作业,循环往复逐个推进直至顶管结束。

3.2 施工难点及措施

顶管施工时,曲线管道顶进中激光指向不能通视,管道内无法布置永久导线点,只有利用每节管段顶进结束时,进行人工延测校核,测量繁琐紧张且难度大。

施工管线长,顶进摩擦力对顶进阻力影响比较大,采用注泥浆减少摩擦力的办法,降低顶进阻力。

穿越市政道路时,曲线顶管要加强纠偏校准顶向工作及所穿区域地表沉降监测的管理。

3.3 安全施工措施

(1)施工前向社会发布公告及宣传条幅、标志、标语等,提示过往车辆谨慎慢行。在施工区段的上下游外200 m处,分别设置“前方施工、减速慢行”的橘黄色标志及LED夜间警示标志,减少过往车辆对路基的扰动。

(2)加强顶管施工人员的安全教育及顶管机的检查保养工作。工程技术人员要勤检勤测,绘制轨迹信息图,建立顶进测量数据档案,做好技术指导及时调整方案。

(3)按设计要求加强管材制作的规格与质量管理,使管材外表光滑平整,管口圆顺,圆度、壁厚符合要求,并作好防腐处理。

(4)顶管后背,按设计的最大顶力进行稳定性验算,要有足够的强度和刚度。安装后座与顶进油缸时,严格按规范要求,水平度在3 mm内,垂直度在2 mm内;安装导轨时,严格控制导轨轴线和导轨顶面位置,轴线倾斜度与设计轴线一致,轴线位置偏差为3 mm,顶面高程偏差为0~+3 mm,两轨内距偏差为±2 mm。

(5)穿墙前,应对工具管进行检修、调试、做止水试验,完毕后拆除闷板及时顶进,防止涌水、涌泥砂而造成坍方。

(6)施工中加强测量管理,有偏即纠对小角度纠偏采取连续纠偏顶进措施,同时触变泥浆压送及管段补浆,保持泥浆充足减小推进阻力。

(7)管道内的设备和管路要布置匀称,防止管道扭转,必要时采取单边压重的方法纠扭管道;顶管机纠偏与特征段纠偏共同作用时,要注意纠偏角度的控制,既要满足施工轨迹的要求,又要防止管道的失稳。