DN1200气压平衡顶管施工方案

DN1200气压平衡顶管施工方案

概况：

我项目部施工的玉溪市珊瑚路截污干管顶管工程，在施工J7号接收井时，发现地层地质情况与原地质报告提供的情况存在较大差异。原地质报告显示在该位置地质为：地面以下3.8米为素填土、

3.8~5.3米为粉质粘土、5.3米以下为砾砂。沉井施工实际显示地质情况为：地面以下2米为素填土、2~3.3米为粉质粘土、3.3米以下为砾砂。为此，我项目部经请示监理和甲方同意，在距离J7号井北边50米位置、距离南边50米和100米位置补充勘探钻孔。6月17日完成钻孔，显示地质情况为：1、补ZK1(距离J7号井南50米)显示情况，地面以下2米为素填土、2~3.5米为砾砂、3.5～3.8米为粉质粘土、

3.8~4.1米为砾砂、4.1～4.9米为粉砂、4.9~6.1米为砾砂；2、补ZK2（距离J7井南100米）显示情况，地面以下2.1米为素填土、2.1~2.2米为粉砂、2.2~4.3米为砾砂、4.3~5.3米为粉砂、5.3~7.2米为砾砂；

3、补ZK3（距离J7井北50米）显示情况为，地面以下1.8米为素填土、1.8~4.2米为砾砂、4.2~6.2米为粉砂。砾砂描述为：褐灰、湿～饱和、稍密～中密，含量25％～45％，砾径0.2~4cm，粉砂填充。设计顶进管道覆土深度为地面以下3米～4.5米，管道全部在砾砂层中顶进。

由于泥水平衡掘进机在上述含量的砾砂层中顶进，会造成前舱进

泥口堵塞及泥浆泵无法排运，最终会造成顶进无法进行。为此，我们计划采用气压平衡工具管顶进施工方案，具体实施方案如下：

一、顶管总体施工方案：

由于G6－G4管段出现地质情况发生变化，计划在G6—J7、G5—J7、G5—J6、G4—J6顶段采用气压平衡人工掘进方法顶进施工，其余顶管根据再补充地质勘测情况，来确定采用泥水平衡或气压平衡施工方法。

二、施工工艺流程

1、工艺原理概述：

气压平衡式顶管的工作原理是，通过作用于临时掘进工作面上的气体压力（这里的气体压力一般根据工具管底部的地下水压力来确定），来阻止地下水。在整个掘进工作面的高度范围内，作用的气体压力是相等的，但地下水的压力是有梯度的，因此在工具管的顶部就形成一个超过平衡压力的气体压力区。在这一压力作用下，地层空隙中的水被挤出，地层也从原来的饱和状态过渡到半饱和状态，从而起到平衡挖掘面的作用。

工艺原理图：

设备布置图：

1-冷却塔；2带纠偏装置的工具管；3-第一道气闸门；4-空压机；5-第二道气闸门； 6-空气滤清器；7-防漏气装置；8-送气管道

2、气压平衡顶管施工工艺流程

三、具体实施方案

1、导轨安装：导轨安放在混凝土基础面上，导轨定位后必须稳固、正确，在顶进中承受各种负载时不移位、不变形、不沉降。导轨安放前，应先复核管道中心位置但在安装时必须复核。导轨面标高按

管道设计标高设置，在顶进中经常复核调整，确保顶进轴线的精度。导轨设置坡度与设计轴线相同。顶进工作坑的混凝土基础面的标高等于管底标高减去导轨构造高度和管壁厚度之和（约400mm）。导轨安装允许偏差：轴线位置：±3mm；顶面高程：+3mm;两轨间距：±2mm。

2、顶铁采用U形顶铁：U形顶铁通常是一个内径较小、外径与“F”管相同的，有一定厚度的钢结构件，主要作用是把主顶油缸的点推力，分布在被顶“F”管的圆周上，使“F”管受力均匀并保护管节的端面。

3、设置承压壁：安装在工作坑后座墙与主千斤顶之间的钢结构件。承压壁承受和传递全部顶力，必须具有足够的刚度和强度，本工程承压壁的设计承压能力为6500KN

4、安装主顶设备：主顶设备安装在承压壁前方，使顶管掘进机和管道向轴线方向顶进的加力组合装置。由组合千斤顶架、4只主千斤、油泵站2管阀、马蹄形顶铁、环行顶铁组成。

5、工具管安装

将制做好的工具管平稳安放在导轨上后，对工具管前后端的中心方向偏差和相对高差进行测定。

6、管节吊装

管节吊装主要采用5T龙门吊吊装卸，并用专用吊具，以保护管口不被损坏。

7、安装管节

管节安装下管前先进行外观检查，包括管端的平直度，管壁表面的光滑度，端面上有无纵向裂缝等，对马蹄型端面，裂缝、管壁粗糙不得使用。经检查合格的管子吊放至顶管的工作坑导轨上，准

备连接顶进。对于管的承插口尺寸，结构应认真测量，符合标准方可下管顶进。

8、管道接口

管道接口选用与F钢承口管管材相互配套的鸟形橡胶圈柔性接口。

9、顶管作业

（1）、掘进

顶管掘进主要采用人工挖掘出土，施工中应做好管内的通风工作，确保人身安全。工作面挖土操作的主要点为：一般采取先顶后挖的原则，以保证不超挖，在遇到大的石块或者偏差较大必须采取挖土纠偏时才能向前超挖。

①规定开挖范围，不得超挖，管端上部可超挖15mm,以减小顶进阻力，特别是管底土基的135度包角范围内，一定要保持管底壁与土基面吻合；②不得扰动管底下部的地基土；③挖出的土要及时外运；④开挖要及时配合顶进操作，及时测量，以便顶力限制在较小的范围；⑤管前挖土深度，一般为千斤顶出镐长度。土质好，可超前500mm以内，不宜超前过长，以免引起管位偏差大和管端上方土坍塌。

（2）、运土

工作坑采用人工挖土龙门吊垂直吊升出坑，然后采用人工装车运至指定堆土场堆放，由于出土量不大采用4吨自卸汽车运土。

管道内土方通过管内水平运输和工作坑龙门吊垂直运输提升至地面，管内水平运输通过小四轮车拖运土，人工或卷扬机吊运，然后

将土方运至在指定的地点进行堆置。

（3）、气压平衡装置的起用

当遇见含水量较大或流砂现象的地层时，为保持掘进面的稳定，防止出现坍塌，而引起地面的塌陷，应立即起用气压平衡装置。

首先，关闭顶管机第一道压气舱门，使工作舱与大气隔绝。在工作舱完全密封的情况下，向工作舱输入压缩空气，气体的压力一般要高出地下水压力0.01MPa,以阻止地下水涌入工作舱，达到平衡掘进面地目的。第2步作业人员进入物料舱，关闭第二道舱门，也向该舱输入与工作舱同等压力的压缩空气，然后打开第一道舱门，作业人员开始掘进作业。第三步当物料舱装满后，停止掘进，关闭第一道舱门，打开第二道舱门，装土、运输。如此反复循环作业。为保证作业人员的安全，必须保证最大工作气压限制在0.36Mpa的人体能承受的安全气压。

挖掘、气压加压操作流程

（4）、顶管施工测量

顶管施工测量工作分以下四个方面：

①、顶进前的准备阶段测量：工作坑开挖之前应对工作坑轴线，距离和引临时水准点进行复测贯通，顶进前应对工作坑的方位，高程进行复测，并标定管道中心线，设立临时水准点。开始顶进的第一节管必须平稳进洞，位置正确。②、顶进过程中的测量：管道轴线及高

程均由激光经纬仪测定，经纬仪架放在工作井的后部，并固定在底板上，顶管机后端装设激光光靶，操作人员通过观察激光光点偏移及顶进长度，判断管道前进的趋势，及时采取纠偏措施，校正前管段方向。主要是对首节管进行测量，每天不少于2次。除对首节管频繁测量外，每顶进30m-50m还对整个顶进管段进行复测，检查中间管节有无下沉现象。当管道顶进发现偏斜误差时，每顶进一镐即要测量纠偏一次。③、地面观察测量：为检查地面有无沉陷和隆起，开始顶进前，应在路面上选好基线（中心轴线），在慢车道和快车道两端横向10m范围每设置一水平基点，以保证顶进控制的精度。对通过有地面建筑物的顶段,在其建筑物上选点作为沉降观测点。④、工程竣工测量：工程完工后，对过程测量记录进行认真整理，竣工后在进行一次至二次稳定性测量，确认符合规定标准。

（5）、管道内有害气体安全保证措施及照明设施

a.掘进机工具管内对于管道内有害气体，采用通风稀释其浓度的方法，再用有害气体检测仪进行检测，确认安全以后，方可让施工人员进入作业面施工，以保证地下施工人员的安全。即采用DN50镀锌钢管和0.6m3/mm电动空气压缩机向工作井及管内工作面连续送风。以保证工人及其他经许可入内的工作人员吸入的空气中的含氧量不低于20%，工具管内装有摄像头，操作平台上安装小电视机以便于监测。

b管道照明：所有管道内均采用36V安全电压照明，电线沿管道内壁敷设。电缆采用橡胶三芯软缆（规格：3*35），总长约250m，灯

泡采用防水型。

（6）、纠偏校正

顶管偏差校正要以预防为主，不能等产生明显超差时再进行校正。必须逐步由误差调整到正确，预防误差积累，纠偏应在顶进中采用小角度逐渐进行校正，其校正方法有：

挖掘校正法：采用在不同部位调整挖土量的办法，以达到纠偏的目的，这种方法校正误差范围一般不大于10-20mm.

施工中要不断总结经验，调整挖掘范围，保证顺利顶进，决不能盲目掏挖造成偏差，也不可盲目纠偏以产生隐患。

强制校正法：偏差范围大于20mm时，采取纠偏千斤顶纠偏法。 衬垫校正法:当局部地基软弱、地基承载力不足而使管头底沉，这时应结合顶木校正法同时在管底下衬垫，换填砂石加木板等以增加地基强度。

（7）、纠正/预防措施

A、管道轴线偏差防治

顶管施工前应对地质情况进行认真调查。工程部设专职测量员负责全过程的测量工作，按照测量、纠偏的原则认真操作，顶进过程中应随时绘制顶进曲线，采用同种规格油压千斤顶，保持顶力与管道中心线重合。加强施工质量的控制，确保后背不发生位移，并应使后背平整，以保证顶进设备的安装精度。

B、处理方法

重新调整千斤顶行程，顶力，顶速或重新调整千斤顶的安装精度。

对顶管后背进行加固，预防位移继续发展，并确保后背平整。

纠偏前应认真分析顶进曲线的发展趋势，采取适当的纠偏量，循序渐进。

（8）、顶管材质、接口及顶进减阻措施

钢筋混凝土管材选用C50及以上高标号钢筋混凝土F管材，顶管接口采用与F管相配套的橡胶圈钢套环企口，为了在顶进过程中减小摩阻，每隔3根设置注浆孔，在顶进过程中加触变泥浆进行减阻。 ①、注浆

注浆设备：螺杆奈莫泵，搅拌器、注浆管道主管用DN50mm钢管，分支用DN20mm橡胶管。

注浆方法：在工具管的后面连续放置3根有注浆孔的砼管，以后每隔6米放置一根有注浆孔的管子，顶进时工具管后3根管子上的三组注浆口，随顶进同步注浆，随顶随注，管线后面管道的注浆孔视顶力的大小进行补浆用。

注浆操作人员应注意：工具管后注浆应随顶随注，先注后顶。控制好注浆压力及注浆量，该顶段注浆压力不大于0.6Mpa，注浆量为0.1立方米/米。为防止浆液进入工具管前方挖掘面，宜在距工具管后的第3节管节设置注浆孔，并连续设置2－3节注浆管。以后每隔2－3节再设置一根注浆管。为减少浆液的流失，在管节的表面涂刷“石蜡”以减少浆液失水性。 （9）接收井搭建托架导轨

接收井托架的作用是将顶进接收井洞口的工具管托住，工具管在托架上仅推行4-5m，出洞约0.5m，因此该托架无须滚轮结构，用两根32#槽钢，按一定的宽度、接收井的总长度、顶管机出洞口的标高（略低3-5cm），与两侧的洞口密封环在下部、左右两侧固定牢固。

顶管机在距进洞口25—30m时，应进行最后的复测。主要目的是：最后确定顶管机与设计轴线及进洞洞口的相对位置，如果此时的偏差不大，可以进行进一步调整、纠偏，同时也为竣工复测积累资料。 （10）拆除洞口封门

拆除洞口封门的时间，一是要等到洞口的加固土体达到强度。二是要待顶管机抵近洞口后，距离为0.5m时进行。

顶管机进洞吊运：工具管破洞进入洞口后，为减少土体的扰动时间，可以加快顶速，接收井派专人观察及时与工作井顶进人员联系，防止将管道多顶进接收井，一般管道进井约1.0m即可,然后将顶管机与管道分离，确认完全将顶管机与管道分离后，用吊车轻轻起吊晃动顶管机头，使顶管机与管道脱开，此时必须再次检查分离情况，确认后将顶管机吊出井外，运往维修场地。 （11）、劳动组织

每班作业人数及职责分工表

（12）、机具设备

（13）、安全措施

1、严格按照《安全用电强制措施》和《机械操作规范》要求组织实施施工作业。

2、根据土质情况，合理、严谨验算压缩空气的消耗量和气压

压力。

3、通过在操作舱安装摄像头和通讯设备，及时了解舱内情况

并及时沟通，使前舱处于可监控状态。

4、在工具管安装双重安全气压控制阀门，将气压力严格控制

在人体所能承受的安全压力内，人体所能承受的安全气压为：0.36MP。

5、每班作业时间的控制，在压气中工作时间一天不能超过8h，

一周不能超过40h，并且在两个班之间，必须保证有12h的休息时间；当工人在工作舱停留的时间超过4h时，要保证其有最少半小时的休息时间。

6、采用HB7500型高压风机向管道内强制送风，该风机流量

为480M3/h。将外面新鲜空气强制压入管道的最前端，使管道内部空气进行置换。