泥水平衡顶管施工专项方案Word文档格式.docx
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泥水平衡顶进系统主要由以下几部份组成：
①NPD泥水平衡顶管机；
②机内控制柜；
③洞口止水圈；
④环形护口铁；
⑤马蹄形顶铁；
⑥主顶油缸；
⑦主顶油泵；
⑧激光经纬仪；
⑨后背板；
⑩基坑导轨；
⑾油缸架子。
4、泥水平衡进排泥系统
它主要由以下几大部份构成：
①泥水分离设备（沉淀箱及分离器等）；
②进水泵；
③排泥管；
④进水管；
⑤基坑旁通；
⑥流量计；
⑦排泥泵；
⑧进排泥泵控制柜；
⑨进排泥软管；
⑩流量调节器。
5、顶管掘进机选型
NPD型泥水平衡顶管机采用一种新颖的多边形偏心结构，顶管机的刀盘和泥土仓均采用多边形棱体、且刀盘轴线与主轴之间有一个偏心距，本顶管机具有结构简单、轧碎卵石效率高、主轴、减速机泥水密封性能好，泥土仓内的高塑性粘土不易堵塞等优点。
本顶管机是一种土压平衡和泥水平衡的双重平衡顶管机，切削下来的泥土在泥土仓内形成土压的塑性体，以平衡土压力；
另外，在泥水仓内建立高于地下水压力10~20Kpa的泥水压力，以平衡地下水压力；
同时，把进水添加粘土等成分的比重调整到一定范围内，可以在挖掘面是砂的土质中形成一层结实的不透水泥膜，此时的泥水压力又可以同时平衡地下水压力和土压力，所以该型顶管机施工过后的地面沉降很小。
该机型还具有以下优点:
①采用进口减速机，噪声低、寿命长；
②纠偏油缸有行程仪指示其伸出长度，机头俯仰有倾斜仪，机偏转（滚动）有偏转仪，对机头的行进状态可一目了然，便于控制。
从而也确保了顶进质量，即可精确控制其高程及左右偏差；
③具有破碎120粒径、单轴极限抗压强度≤20Mpa卵石的能力；
④由于隔栅板是跟随刀盘一起旋转的，所以，粘附在隔栅板中的粘土会被泥土仓壳体的每一个边刮掉，再当其转到进水管附近时相嵌在隔栅板中的粘土又可被进水冲洗掉。
因此，NPD多边形偏心破碎泥水平衡顶管机能适应各种土质，尤其是一般泥水平衡顶管机不能适应的粘土；
⑤地面操作式，用电视摄像系统监视顶管机内状况，各类参数的表示和操作通过电气控制系统实现，使操作员远离机头；
⑥采用计算机表示和记录所有数据并作分析。
计算机系统为独立系统，以防止万一故障时不影响正常顶进作业。
顶管掘进机主要性能参数表
序号
名称
NPD1000
玻璃钢夹砂管
NPD1200
钢管
1
顶管机外径
φ1100mm
φ1260mm
2
顶管机总长
3500mm
3800mm
3
刀盘切削外径
φ1120mm
φ1280mm
4
刀盘转矩
52kN-m
68kN-m
5
刀盘转速
4.0r/min
6
刀盘电机功率
11KW×
15KW×
7
纠偏能力
30ton×
4根
行程50mm
行程50mm
8
纠偏角度
30
9
推进速度
50~100mm/min
10
进排泥管通径
100mm
11
顶管机装机容量
30KW
47KW
12
整机重量
3t
3.8t
6、泥水平衡顶管工艺流程图
（三）顶管配套设施、设备
⑴基坑导轨
基坑导轨是由两根平行的钢结构焊接在轨枕上制成的，其作用主要有两点：
一是使推进管在工作坑中有一个稳定的导向，并使推进管沿该导向进入土中；
二是让环形、弧形顶铁工作时能有一个可靠的托架。
本工程基坑导轨选用I30b工字钢，为了提高导轨的耐磨性和强度，在导轨的上加筋板。
两导轨平行、等高，与混凝土基础中预埋钢板焊接。
⑵钢后背
为增大后背强度和抗力，在工作井后背方向加设一块3.0m×
3.0m的钢后背，钢后背采用厚20mm和厚30mm的钢板焊接加工而成，钢后背必须保证垂直，钢后背厚300mm。
⑶主顶油镐、油泵及油镐架
为确保管道受力均匀并提供足够的主推力，主顶配备4台二级等推力液压油镐，行程3500mm，单缸推力为200t，总推力为4×
200=800t。
最大主顶动力系统采用2台CY14-1B型（额定容量25L、额定压力31.5MPa）的柱塞式高压油泵并联控制，其中一台使用变频调速机。
当不使用中继间时，开一台油泵顶进速度可在62mm/min~124mm/min调正；
当使用中继间时，主顶系统只起跟进作用，两台泵同时开跟进速度为186mm/min。
油镐架采用[20槽钢焊接制作，顶镐的布置应满足合力点的方向与管道轴线方向一致。
⑷顶铁及护口铁
为满足顶管出泥需要，顶铁选用一1.2m长块马蹄形顶铁，同时为确保管体安全，使管体端面传力均匀，采用1块圆形钢护口铁（厚30cm）。
⑸进、排泥管
进水管与排泥管均采用φ114×
4mm无缝钢管制作，每节长度4m，接头处采用活动卡环连接，卡环内设置止水胶圈；
为满足长距离顶管施工，考虑给每套顶管设备准备总长1000m的进排泥钢管；
部分施工点位于道路上，距离水源及排泥位置太远，需沿途安装引水管和排水管，管材可采用φ150mmPVC管，6m长一节，管与管之间用螺栓、法兰连接，过交叉路口段采用φ150×
6mm钢管铺设，并设置缓坡道，根据现场实际情况，每套顶管设备配备引水管和排水管长度各1500m，共3000m，隔200m左右设置一台6寸接力渣浆泵。
⑹泥水箱
为保证顶管进水和排泥流量，现场设置进水蓄水池、排泥沉淀池，蓄水池与沉淀池采用钢制箱体结构，便于现场搬运和安装，两池之间采用DN200钢管联通，使沉淀后的泥浆能够循环利用。
⑺工作井吊装设备
顶管工作井吊装采用25t汽车吊车或自制门式吊装行车（载重5t），自制门式吊装行车结构及布置另见专项方案。
⑻止水洞口
顶管过程中，无论是出洞还是进洞，管道和洞口之间都必须有一定的间隙。
为保证顶管机进出洞时泥浆和地下水不从顶管机外壳周围涌出，需在顶进方向安装洞口止水装置。
洞口止水装置安装在在工作井与接收井沿管线方向的侧壁预留洞上，该预留洞的直径应比顶管机外径稍大（约10cm），其由预埋螺栓、钢压环及橡胶圈组成。
（四）顶管进、出洞口土体加固措施
顶管机进出洞口是关键工序，由于顶管机重量大，在软弱地层中顶进，为防止顶管机在出洞时产生“叩头”现象，需对洞口外土体进行固化处理，同时还要有良好的止水效果，防止洞口开启时泥沙涌入井坑内，造成危险，采用高压旋喷桩加固洞口周围土体。
旋喷桩平面布置：
在洞口位置布置三排密扣旋喷桩，单桩有效桩径φ500mm，桩与桩搭接150mm，中心间距350mm，梅花桩布置，加固宽度比预留洞口每边多出1.0m的范围，之后沿管道方向布置五排独立桩，起到承托机头的作用，每排布置三棵桩，管道中心线布置一棵，两边对称各布置一棵，桩与桩之间纵横间距为800mm。
旋喷桩加固范围：
加固深度从地面至管外底以下4米，采用通长实桩结构。
旋喷施工：
旋喷压力控制在20MPa左右，桩径φ500mm，水泥用量250kg/m，桩体单轴无侧限抗压强度0.8MPa，垂直允许偏差1.5%。
（五）顶管施工布置
1、工作井井区布置
顶管工作井在完成进出洞口加固后布置。
⑴ 施工平面重点考虑的因素：
①发电机组；
②存在及下管；
③触变泥浆设备；
④泥水分离设备；
⑤现场办公室；
⑥交通；
⑦生产用水；
⑧施工道路；
⑨场地排水。
⑵ 施工平面布置原则：
少占地，满足顶管需要，便于管理，减小噪声影响和场地环境的破坏。
工作井上的设备如下：
①在工作井轴线与顶进方向垂直，根据不同的管径设置不同吨位的龙门吊。
②设配电间，无木四防工棚搭制。
③设触变泥浆搅拌、储存、输送设备。
泥浆拌和每天只需2小时，封闭设置。
④设泥水分离设备和泥水沉淀池，之间连接管采用6寸钢，沉淀池用钢板制作。
⑤设置现场临时材料库，主要用于存放施工电缆、五金材料及设备配件等。
2、管内断面布置
以实例说明管内断面布置，DN1200顶管管内管线种类见下表：
管内布置管线表
名称
规格
材料
单位
数量
泥水管
φ159
钢管
条
排泥管
通风管
133
塑料软管
触变泥浆管
50（2寸）
油管
2寸
动力电缆
150mm2
照明线
36V10mm2
自控电缆
通讯电缆
以上管线除照明线在管线中区域布置外，其余全部与顶管管线通长。
在中继间位置钢管设伸缩节，电缆做余线、塑料管做波纹管、油管做胶管。
（六）中继间
为确保施工安全和顺利推进，采取在施工管道内加设中继间来减小顶力，实行分段顶进。
1、中继间结构
考虑到本工程一次顶进距离很长，中继间结构的耐磨损性能要求高，密封防水效果好。
因此，选用双气囊组合密封式钢制中继间，其主要特点：
①整体结构刚度大、加工制作精密，可提高总推力，减少中继间的使用数量，提高施工速度；
②密封装置可调节、可组合、可在常压下对磨损的密封圈进行调换，中继间密封装置由左右两组复合密封组成（见右图），图中两组复合密封均由外圈的耐磨环和内圈的充气环组成，充气环上设有充气管，只要向充气环内充气或使充气环内保持一定的气压，耐磨环就会紧贴中继间的壳体行成一道可靠的密封，即使是耐磨环有些磨损或中继间的壳体有些变形，该密封装置都会自动加以补偿。
在平时的使中，只向左边的充气环内充气，中继间就可以正常工作。
如果左边的耐磨环损坏需要更换时，才向右边的充气环内充气，然后把左边的充气环内的气放光，把中继间油缸回缩，拆去左边的法兰就可更换耐磨环了。
更换工作结束以后，须向左边的充气环内充足气后才能把右边的充气环内的气放光，然后再按前述的方法继续使用中继间。
中继间油缸的行程为500mm，内部设置8个中继间千斤顶，单个千斤顶推力达100t，总推力100×
8=800t，中继间千斤顶在断面两侧均匀布置，中继间采用集中统一的控制方法控制，中继间使用前，按钢管防腐要求进行外防腐处理。
②中继间的布置
中继间安装的位置应通过摩阻计算，其第一组中继间主要考虑顶管机的迎面阻力和部分的管壁阻力，应留有较大的安全系数，其他中继间则考虑克服管壁的摩阻力，可留有适当的安全系数，过河钢管顶管段共计划布设5个中继间分段顶进，中继间的布置情况：
第一个中继间在机头后75m左右位置，然后每间隔50m设置一个中继间，即在顶进125m、175m、225m、275m左右位置。
③中继间的使用
中继间放入基坑后，认真检查各项工作部件是否正常，安装完毕后进行试顶。
对中继间的使用进行编组作业，从顶管机头向后按程序依次将每段管节向前推进，当一组千斤顶伸出时，其他中继间保持不动，在所有中继间依次完成顶伸后，主顶千斤顶完成最后顶进作业。
④中继间拆除
管道贯通后，从前往后逐步拆除中继间，中继间内部拆除的油泵、千斤顶等设备，割除突出的钢构件、钢板，在中继间空档内浇制填充钢筋砼，中继间外壳留置土层中，砼浇筑厚度与管壁齐，采用C40、S6高强度混凝土，布置φ18@100双层、双向钢筋，并在混凝土初凝前安装内衬PVC胶板材料。
2、顶管准备工作
⑴轨道及顶进后背安装
安装导轨，测量中心、高程误差在±
3mm之内。
安装后背铁，并检查后背铁端面与导轨垂直度小于3%，检查顶铁接触面接触有无缝隙，有缝隙调正到无缝隙为止，导轨形式见图3中基坑导轨示意图。
⑵机头组装
机头就位前：
机头在工厂验收合格后运至现场可进行安装，在导轨上先放机头滑动支架。
用吊车把机头整体调到基坑导轨上，用千斤顶、垫铁调正机头，使机头中心误差在±
2mm，中心误差在±
3mm。
在机头后装第一节管，安装标准同机头。
接通自控系统，检测倾斜角、姿态仪、纠偏千斤顶、实际数值与计算机显示数值是否相符，如不符调正计算机显示数值。
⑶泥水分离系统调试
安装好地面泥水泵和排泥泵，安装好工作井内排泥泵及管线，开动输泥泵和变频调速排泥泵，检查泥路循环是否正常。
⑷工作井顶进系统调试
工作井油路、泵、千斤顶安装完，装好油，工作井顶进系统接入自控系统，检查顶进速度控制情况，并调正顶进速度。
⑸供电系统
发电机、配电柜、电缆，分别作绝缘、耐压试验，发电机最好做负荷试验。
⑹工作井内高程、中心桩校核。
3、管道顶进
⑴初始顶进
顶进准备工作完成后，开始初始顶进。
初始顶进在顶管工作中起着很重要的作用，一要穿过工作井洞口，在这过程中保证洞口结构不被破坏，同时泥水不进入顶坑；
二要保证
高程、中心偏差最小，为正常顶进打下良好的基础。
初始顶进长度、机头和第一节管约15m。
①初始顶进速度控制
顶进用工作井顶进设备进行速度控制，分为两个部分，机头入洞阶段速度控制在3~5mm/min，此阶段重点是找正管子中心、高程，偏差控制在±
5mm之内，所以速度不要太快。
②初始顶进泥水控制
顶进时泥水流量控制在1.4~1.5m3/min，泥水容重γ=1.2。
泥水作用润滑刀、切削杂物泥水带出，此时泥水分两部分流出，一部分由机头外流入集水井，集水井设4吋泥浆泵排入泥水分离装置；
另一部分由机头出泥管排入泥水分离装置。
⑵顶管机正常顶进
①顶进主要参数
泥浆在整个顶管过程中起着关键作用，泥浆的压力、浓度影响挖掘面的稳定性。
泥浆浓度流量影响到切削下土体能否正常送到地面。
泥浆配比要在优选货源的前提下优化配比，并能根据土质变化及时变化。
泥水初定参数：
泥水比重1.15t/m3
泥水仓压力245KPa
泥水流量Q1≤0.65m3/min
排泥流量Q2≤1.07m3/min
机头顶进速度设定100mm/min，如要加大顶进速度，在保证泥水仓泥压的条件下，要先加大泥浆流量，再计算顶进速度，否则排泥管会堵塞。
流量计设定1.07m3/min。
②顶进操作程序
a.无中继间时顶进
启动刀盘系统；
启动输泥管和排泥管道泵，泥路循环，自控系统调正管路压力，使压力达到设定压力并稳定；
机头顶进：
当没加中继间时，工作井顶进千斤顶设定顶进速度100mm/min，如加中继间，中继间设定顶进速度100mm/min。
同时，流量计测量流量，调整工作井变频泵，使排泥管流量保持在1.07m3/min。
压力计测量压力，控制电动阀的开启度，保持泥水仓压力。
b.中继间顶进操作程序
顶进时先起动中继间，顶进到1000mm后，将中继间停止工作，起动主顶站千斤顶，靠主顶站的推力使管道前进并使中继间千斤顶回位，顶进1000mm后停顶，重复以上程序，直到管顶进完。
顶进同时，打开电动阀Z3，关闭电动阀Z1、Z2，保持泥水仓压力。
同时泥水冲洗排泥管，刀盘不停旋转，因没顶进也就不切削土。
c.下管时的操作程序
打开基坑傍通阀门，保持泥水仓压力，同时打开冲洗阀门冲洗排泥管路；
全部中继间停止顶进，停止油泵；
机头刀盘停转；
待排泥管路冲洗干净后，停止输泥泵、排泥泵；
关闭触变泥浆、输泥管、油管、排泥管阀门。
拆除工作井管接口各种管线、电缆，管内应急灯工作。
下管对口。
⑶顶进测量控制
初始顶进后500mm，顶进测量开始，测量仪器使用日本TOPCONGTS-222型全站仪，每顶进300mm做一次中心、高程记录，并及时向技术负责人汇报，以便采取措施。
每次下管后对工作井中心线校测，同时人工测量机头后第一管口、第二管口中心、高程，与计算机中记录数据对照，同时绘制机头、第一节管、第二节管中心、高程测绘曲线，作为纠偏方案的依据。
⑷管道纠偏
本工程使用的顶管机带自动纠偏功能，纠偏原理是：
全站仪发出不可见光，到机头中心光靶，光靶把偏移反应到控制台，控制台控制纠偏千斤顶工作。
全站仪测量高程、中心误差百万分之二，顶管机纠偏误差2cm之间。
就顶管机本身而言，高程、中心控制在±
30mm是没问题的，但我们以往的经验是，机头走机头线路，管子走管子线路，即机头与前进方向倾斜前进，这种现象更为严重。
当机头纠偏时，机头前进产生的侧向压力N的分力要克服土体对管子的约束力，如土体是原状土，约束力会很大，土体被触变泥浆置换，触变泥浆是胶体，约束力很小，管子比较容易纠偏。
若发现管道有错口或变形现象，立即加设厚16mm宽50cm的钢制内胀圈，以防止错口和变形加大，内胀圈为可调结构，其与管子接触面设置柔性垫层，保护管材不受磨损。
⑸触变泥浆减阻
当机头全部进入后封闭后，开始由机头向管外壁注触变泥浆，使管外壁形成泥浆套，起到减阻、润滑作用。
①泥浆配制
泥浆配制主要材料为膨润土，在货源上优选颗粒细、胶质价高的膨润土，在制作过程中，搅拌充分均匀，为了使膨润土充分分散，泥浆拌和后停滞时间在12h以上。
膨润土运到现场后分批测得膨润土的胶质价，然后按下表配制泥浆（重量比）。
触变泥浆配表
膨润土胶质价
膨润土（Kg）
水（Kg）
碱NaCO3（Kg）
60~70
100
524
2~3
70~80
1.5~2
80~90
614
90~100
②注浆孔设置
顶管机尾部设置一节注浆特殊管，管内设置三道注浆孔，每道断面上布置5个注浆孔，孔相互交错，确保浆液能均匀分布，形成完整有效的触变泥浆套。
同时机头紧后3节混凝土管节均设有触变泥浆注入孔，再往后每隔1节（即每5m）设置一道注浆孔，每道设置3个注浆孔，沿管道断面1200均布，注浆孔采用预埋钢管制作，有效孔径为φ50mm，钢管壁厚3.5mm，内设丝扣，便于安装注浆管，孔内安装单向阀，防止外部泥砂进入注浆管，注浆孔端部设有丝堵，注浆孔未开启时，用丝堵封孔，顶管完成后采用石棉水泥封孔。
具体详见附图9：
注浆孔结构布置图。
③注浆设备及管路
注浆设备采用1-1B浓浆泵，注浆管路分为总管和支管，总管采用φ50吋钢管，以减小浆在管中的阻力，短距离可用胶管做总管，支管用1吋胶管，在每根支管与总管连接处应设置一个球阀。
④注浆方法
注浆原则：
先压后顶，随顶随压，及时补浆。
注浆应由专人负责，一人在地面，一人在管道内。
注浆以顶管工具管后4~5节为主，注入浆液形成浆套。
顶前4~5节管时球阀始终开着，只有在前几节管注足时，才向后面的管补浆，顶进距离超过100m后，注浆不允许停。
⑤注浆控制
注意观察浆池内浆面是否下降，若下降，则表示浆在往管内输送，另外观察注浆泵上的压力表和注浆管前端的压力表，压力是否正常，注浆管前端的正常压力应控制在主动土压力与被动土压力之间，出洞后可调试。
⑹砂水分离和泥浆再生
储浆罐设25m3可供30min的泥量。
在顶进过程中，泥浆系统是一直不停的，砂水分离工作也必须一直不停，并有专人负责。
排除砂直接装车外运，沉淀池两座轮流使用，沉淀池上清液水排放，中层泥由配浆技术员测定比重，用泵把中层泥浆抽到搅拌机内搅配比重新制泥水，下层泥用挖掘机挖出，运到晒干场，晒干后外运。
⑺管内通风
需要通风时采用压入式通风，空压机安装在地面沉井工作平台上，用硬质通风管道把风送至沉井底部，并用同直径的软质橡胶通风管道，从管内把风送至端部机头处，在中继间处采用风琴式软管，以利风管伸缩。
4、顶管完后洞口止水加固
由于工作井与接收井预留洞口比管道外径尺寸要大,顶管施工完后需封堵洞口与管外壁的间隙,同时对洞口区域管道进行加固。
管壁与洞口之间的缝隙采用优质油麻封堵，并浇筑30cm厚的砼挡水墙，在洞口区域地层进行分层注浆止水加固。
①注浆布置
注浆孔沿管道断面布置3个孔，沿管道轴线方向加固6m范围，注浆孔孔径φ50mm，孔距800mm，靠洞口侧加密，孔距为500mm，加固深度至管道外底以下2m。
②注浆工艺
定位、钻孔→注护壁泥浆→放置注浆阀管→配置浆液、插入注浆芯管→分层劈裂注浆→检测注浆效果
③注浆材料
浆液配比——水泥：
水玻璃：
氯化钙：
聚丙烯酰氨=1：
1：
0.1：
0.05
水泥采用42.5R普通硅酸盐水泥，水玻璃模数2.5~3.3，水玻璃波美度36~42Be。
④注浆设备
液压钻机STE—1
泥浆泵出口直径50mm
液压
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