CN106122589A - 一种土压平衡法 - Google Patents

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    • F16L1/028Laying or reclaiming pipes on land, e.g. above the ground in the ground

Abstract

本发明公开了一种土压平衡法,解决了在顶管操作中,会产生挖掘面土方的超挖和欠挖,容易造成对周围土体的干扰,使地面到道路受到破坏,建筑物沉陷、变形和低下管线断损等问题,其技术方案要点是:一种土压平衡法,包括一下步骤:a、施工准备;b、测量放样;c、工作井内设备布置;d、穿墙洞处理;e、顶管设备安装;f、出穿墙洞;g、安装管道;h、顶进;i、进洞;j、取工具管;k、洞口处理,本发明的一种土压平衡法,减少了挖掘面土方时的超挖和欠挖,降低了对周围土体的干扰,减少了地面到道路的破坏,同时缓减了建筑物沉陷、变形和低下管线断损。

Description

一种土压平衡法
技术领域
[0001]本发明涉及一种地下工程中顶管的施工方法,特别涉及一种土压平衡法。
背景技术
[0002]随着国家现代化的进程,城市建设脚步越来越快,各种市政管道在地下纵横交错、层叠密布,地面上的市政建筑越来越多,开挖施工使道路质量变差、破坏环境,同时给人们的生活、工作带来诸多不便,施工成本越来越高,味蕾解决市政设施与施工的矛盾,诞生了一项新的施工技术——非开挖技术。
[0003]顶管施工就是非开挖施工方法,是一种不开挖或者少开挖的管道埋设施工技术。顶管法施工就是在工作坑内借助于顶进设备产生的顶力,克服管道与周围土壤的摩擦力,将管道按设计的坡度顶入土中,并将土方运走。一节管子完成顶入土层之后,再下第二节管子继续顶进。其原理是借助于主顶油缸及管道间、中继间等推力,把工具管或掘进机从工作坑内穿过土层一直推进到接收坑内吊起。管道紧随工具管或掘进机后,埋设在两坑之间。
[0004]现有技术中,如公开号为CN10185231IA的中国专利,一种过路管道的顶管安装方法,按如下步骤依次进行:管道放线—开挖导沟—制作套管—顶前套管—连接套管—顶后套管—穿工程管道并安装,其特征是:顶前套管时,用顶压设备将前套管顶进,然后顶进后套管,直至前套管从另一边导沟内穿出时止。
[0005]但是在实际的顶管操作中,会产生挖掘面土方的超挖和欠挖,不仅仅取走顶入管子的这部分土体,因此容易造成对周围土体的干扰,使地面到道路受到破坏,建筑物沉陷、变形和低下管线断损等问题,还有改进的空间。
发明内容
[0006]本发明的目的是提供一种土压平衡法,减少了挖掘面土方时的超挖和欠挖,降低了对周围土体的干扰,减少了地面到道路的破坏,同时缓减了建筑物沉陷、变形和低下管线断损。
[0007]本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的:
一种土压平衡法,包括一下步骤:
a、施工准备,熟悉设计文件并进行现场核对,收集、调查、摸清低下管线的分布情况;
b、测量放样,对周围建筑物和重要的管线布置若干监测点;
C、工作井内设备布置,千斤顶合力位置和顶进抗力的位置在同一轴线上,管端面的着力点设在垂直直径的四分之一到五分之一处;
d、穿墙洞处理,使用冲击钻工具对孔洞进行钻拉,清除孔洞内的杂物,再将空洞外侧凿出大于孔洞直径一倍以上,深度至少两厘米的喇叭口;
e、顶管设备安装,使用吊机大型起吊设备将顶管设备进行起吊,放置到洞口处后,使用设备将顶管对准穿墙洞,进行插入安装;
f、出穿墙洞,当顶管顶入完成后,需要将顶管脱离穿墙洞,使用吊机设备将顶管经行固定,再将顶管沿着穿墙洞洞口的方向取出;
g、安装管道,在顶管工作井内安装千斤顶,采用高压油栗供油,提供水平推力,将待顶管节,一节一节由工作井至接收井;
h、顶进,在初步固定好管道后,将管道进行顶进,使用使用吊机设备将管道吊起,在将管道插入穿墙洞内,使用顶管机与千斤顶配合进行顶进的工作;
1、进洞,当工具头逐渐靠近接收井时,适当加强测量的频率和精度,减少轴线的偏差,以确保顶管顺利进洞,当顶管到达接收井六米左右时,停止第一节管的压浆,并将压浆位置逐渐后移,保证工具头在进洞前有六米左右的完好土塞效应,同时适当减慢顶进速度,加大出土量,组件减少正面土的压力;
j、取工具管,当顶管已经进洞后,可以将工具管取出,使用吊机设备,将工具管脱离洞口,进行吊起;
k、洞口处理,一般采用环形橡胶止水圈加制压板,也可以使用洞口止水圈,一旦洞口破开后,必须使用管井降水法或者土体加固法,来将洞口堵住。
[0008]采用上述方案,所述顶进过程中,采用下式获取顶管的顶力:
P=f X γ XDiX[2HX(2H+Di)tg2(45°-®/2)+o/r XDi] XL+Ps;
P--计算的总顶力,单位为kN;
γ——管道所处土层的重力密度,单位为kN/m3 ;
Di一一管道的外径,单位为m;
H一一管道顶部以上覆盖土层的厚度,单位为m;
Φ —一管道所处土层的内摩擦角; ω——管道单位长度的自重,单位为kN/m;
L一一管道的计算顶进长度,单位为m; f一一顶进时,管道表面与其周围土层之间的摩擦系数;
Ps一一顶进时顶管掘进机的迎面阻力,单位为kN。
[0009]采用上述方案,顶力的大小是顶管的重要因素之一,顶力通过计算得出顶力的大小,可以事先了解应该需要多大的顶力,同时在顶进过程中,可以根据计算的数据,对顶力进行分析,一旦出现问题,可以根据计算结构,分析出问题所在,能合理的控制千斤顶。
[0010]作为优选,所述测量放样包括在顶管施工前应对周围建筑物和重要的管线布置若干监测点,在施工过程中应根据点的位移、沉降的变化情况及时修正各项施工技术参数和采取行之有效的保护和补救措施,如果施工现场条件不允许直接布置监测点。
[0011]采用上述方案,测量放样可以了解施工地点的实际情况,通过数据进行记录和保存,有利于后期查看,并且在遇到问题时,可以通过测量放样的数据进行分析,并且更具分析结果找到问题,并且第一时间内提出新的解决方案。
[0012]作为优选,还包括施工现场的平面布置,当制井工作结束后,应立即撤离有关材料和设备,对沉井周边进行地坪硬化;顶管过程中,采用50T汽车吊将设备和成品管吊驳指定位置;在中间圈梁上可搭设平台,并设置液压动力站和中央控制室;在沉井绿化空地设泥浆沉淀池,沉井周边布置空压站和气包通风设施,搭设配电间、机修间、氧气乙炔间,布置膨润土材料工棚和拌浆,储浆以及注浆设备。
[0013]采用上述方案,施工现场的平面布置可以减少施工的整体时间,按照要求的平面布置,可以使工作人员第一时间找到相对应的工作人员,以及相对应的工具摆放位置,同时对施工的整体环境可以得到进一步的了解,提高施工效率。
[0014]作为优选,所述工具管为Φ 800玻璃夹砂管顶管,且Φ 800玻璃夹砂管顶管将选用外径为Φ960的泥水平衡顶管工具头。
[0015]采用上述方案,玻璃钢夹砂管是以树脂为基体材料,玻璃纤维及其制品为增强材料,石英砂为填充材料而制成的新型复合材料。玻璃钢夹砂管以其优异的耐腐蚀性能、水力性特点、轻质高强、输送流量大、安装方便、工期短和综合投资低优点,成为化工行业、排水工程以及管线工程的最佳选择。玻璃钢夹砂管具有耐腐蚀性能,玻璃钢夹砂管选用耐腐蚀极强的树脂,拥有极佳的机械性质与加工特性,在大部分酸、碱、盐海水未处理的污水,腐蚀性土壤或地下水及众多化学物质的侵蚀。玻璃钢夹砂管的耐热耐寒性能好,可以在_30°C状态下,仍具有良好的韧性和极高的强度,可在_50°C — 80°C的范围内长期使用,采用特殊配方的树脂还可110°C时使用。玻璃钢夹砂管的耐磨性能好,试验证明:把含有大量泥浆、沙石的水,装入管子中进行旋转磨损影响对比试验。经30万次旋转后,检测管子内壁的磨损深度如下:用焦油和瓷油涂层的钢管为0.53mm;经表面硬化处理的钢管为0.48mm;玻璃钢管道为
0.21_,由此可以说明玻璃钢管的耐磨损性能十分强。玻璃钢夹砂管的保温性能好,由于玻璃钢产品的导热系数低,因此其保温性能特别好。玻璃钢夹砂管具有固化后防污抗性,在使用过程中不结垢、不生锈、不会被海洋或污水中的贝类,菌类等微生物玷污蛀附。玻璃夹砂管的接口少,安装效率尚,管道的长度一般为:6_12m/根(也可以根据客户的要求生产出特殊长度的管道)ο单根管道长,接口数量少,从而加快了安装速度,减少故障概率,提高整条管线的安装质量。玻璃夹砂管的比重小、质量轻,玻璃夹砂管采用纤维缠绕生产的夹砂玻璃钢管,其比重在1.65 — 2.0,只有钢的1/4,但玻璃钢管的环向拉伸强度为180 — 300MPa,轴向拉伸强度为60 — 150MPa,近似合金钢。因此,其比强度(强度比重)是合金钢的2-3倍,这样它就可以按用户的不同要求,设计成满足各类承受内、外压力要求的管道。对于相同管径的单重,FRPM管只有碳素钢管(钢板卷管)的1/2.5,铸铁管的1/3.5,预应力钢筋水泥管的1/8左右,因此运输安装十分方便。玻璃夹砂管的机械性能好、优良的绝缘性能,管道的拉伸强度低于钢,高于球墨铸铁管和混凝土管,而比强度大约是钢管的3倍,球墨铸铁管的10倍,混凝土管的25倍。此外,它的导热系数只有钢管的1%,具有优良的绝缘性,适应使用于输电、电信线路密集区和多雷区。玻璃夹砂管的水力学性能优异、节省能耗,夹砂玻璃钢管具有光滑的内表面,适用于大口径(多Φ 500mm)输水管道的特点,磨阻系数小,水力流体特性好,而且管径越大其优势越明显。反之,在管道输送流量相同的情况下,工程上可以采用内径较小的夹砂玻璃钢管代替,从而降低了一次性的工程投入。夹砂玻璃钢管道在输水过程中与其它的管材相比,可以大大减少压头损失,节省栗的功率和能源。玻璃夹砂管的使用寿命长、安全可靠,玻璃钢夹砂管设计安全系数高。据实验室的模拟试验表:一般给水、排水夹砂玻璃钢管的寿命可达50年以上,是钢管和混凝土管的2倍。对于腐蚀性较强的介质,其使用寿命远高于钢管等。玻璃夹砂管设计灵活、产品适应性强,夹砂玻璃钢管道可以根据用户的各种特殊的使用要求,通过改变设计,制造出各种规格、压力等级、刚度等级或其它特殊性能的产品,适用范围广。玻璃夹砂管的运行维护费用低,由于玻璃钢产品本身具有很好的耐腐蚀性,不需要进行防锈,防污,绝缘,保温等措施和检修,对地埋管无需作阴极保护,可节约大量维护费用。玻璃夹砂管的工程综合效益好,综合效益是指由建设投资、安装维修费用、使用寿命、节能节钢等多种因素形成的长期性,玻璃钢管道的综合效益是可取的,特别是管径越大,其成本越低。当进一步考虑埋入地下的管道可使用好几代,又无需年年检修,更可以发挥它优越的综合效益。玻璃夹砂管抗外载能力强,玻璃钢夹砂管可直接用于行车道下直埋,不需构筑混凝土保护层,能加快工程建设进度,因而施工费用大大降低,具有显著的社会经济效益。玻璃夹砂管的电绝缘性能好,无涡流损和电腐蚀节能,DN200以下玻璃钢管适用于电缆敷设;载流量大,热阻小,对电缆的正常运行无任何不利影响。玻璃夹砂管有柔性,再配以挠性接头,能抵御外界重压和基础沉降所引起的破坏。玻璃夹砂管的光洁度高,玻璃钢夹砂管内壁直接与模具接触,表面非常光滑,无毛刺。玻璃夹砂管在施工安装时,快捷方便,玻璃钢夹砂管采用承插式的连接方式,方便安装连接;接头处采用双O型橡胶圈,适应热胀冷缩。玻璃夹砂管的自重轻、运输安装方便,玻璃钢夹砂管的重量只有钢管的1/4,混凝土的1/5。安装施工简捷方便,能大大缩短施工周期,降低安装费用。同时又可避免道路开挖暴露时间过长,影响城市交通秩序等问题。
[0016]作为优选,所述顶管还设有与顶管配套使用的用于提供推动力的油缸组、用于改变油栗流量的液压栗站、用于给油缸提供反力的后靠背、用于起到减摩作用的注浆设备系统、用于控制泥水排放的泥水管路系统。
[0017]采用上述方案,采用油缸组可以给管节带来压力,可一次连续顶进完成,无须再设垫块,提高了工效,并减轻了劳动强度。通过调速阀可改变油栗的流量,据顶进时的工况要求及时控制主顶油缸的顶速。以满足开挖面土压平衡的条件,从而起到控制地面沉降的作用。管节顶进时油缸的反力,通过后靠均匀地传递到工作井井壁上,避免井壁受力不均或局部受力过大造成井壁结构破坏。在顶管施工中能否及时地有效地向管节外围压注触变泥浆,以形成和维护好泥浆套,起到高效的减摩作用,往往是顶管成败的关键。顶管施工的管内出土是影响工效的关键环节,因为采用泥水管路系统可使顶管实现连续推进,实用性强。
[0018]作为优选,还包括后座顶进系统,所述后座顶进系统包括用于提供推动力的后座主推油缸、用于给顶管提供运动路径的导轨、用于提供反力的后座。
[0019]采用上述方案,主推油缸的堆成布置可以保持受力均匀,确保顶进时处于受力良好状态。导轨的设置保证了顶进时,不会弯曲,提高了安装精度,后座的设置,可以保证使顶力均匀扩散至后座上,同时提供了反力,使施工更加流畅。
[0020] 作为优选,还包括止水措施,所述止水措施包括止水圈止水、乳兰止水。
[0021 ] 采用上述方案,通过水圈止水、乳兰止水,在进行顶管工作时,一旦发现漏水就可以将漏水堵上,减少施工难度,减低施工损失,且止水效果好。
[0022]作为优选,还包括触变泥浆,所述触变泥浆包括注浆与补浆,所述注浆中含有12%的膨润土、6%的纯碱;所述补浆中含有8%的膨润土、4%的纯碱。
[0023]采用上述方案,触变泥浆也叫泥浆润滑减摩剂,触变泥浆是由膨润土、CMC(粉末化学浆糊)、纯碱和水按一定比例配方组成。不同的土质,应采用不同的配方,才能满足不同的需要。
[0024]作为优选,还包括工具管出洞处理,所述工具管出洞处理时需要配备破旧棉被、木镇、水泥材料;
当工具管出洞时出现的泥水渗漏时,使用破旧棉被、木镇、水泥材料及时堵塞,同时及时进行水泥粉刷,当渗漏较严重时,还应采用引流管,且在水泥达到一定强度后才将引流管拆除并堵塞。
[0025]采用上述方案,工具管出洞处理往往被人们所忽视,在流沙层中顶管,或在水压力较大的土层顶管,工具管出洞处理是十分重要一个施工环节,稍有差错,便会出现水土大量涌入井中,很难处理。因此做好出洞处理前用于堵住泥水泄漏的材料至关重要,可以做好提前的准备,一旦遇到泥水泄漏的情况,就可以使用破旧棉被、木镇、水泥等材料及时堵塞,减少施工造成的损失。
[0026]综上所述,本发明具有以下有益效果:
1、施工时不需要挖开路面,占地少,能保持店面稳定,减少道路反复多次开挖,降低对城区交通、环境的影响;
2、施工速度快,缩短施工工期,提高施工效率;
3、施工占地小,不受地形、地貌的限制,不需要将市政设置等管道进行拆迀、重装,节约工程拆迀费用;
4、节约劳动力,减少材料的投入;
5、操作方便,不需要进入管内工作,提高了安全性。
附图说明
[0027]图1为土压平衡法的流程示意图。
具体实施方式
[0028]以下结合图1对本发明作进一步详细说明。
[0029]本实施例公开的一种土压平衡法,其特征是:包括一下步骤:
施工准备,熟悉设计文件并进行现场核对,收集、调查、摸清低下管线的分布情况;测量放样,对周围建筑物和重要的管线布置若干监测点;工作井内设备布置,千斤顶合力位置和顶进抗力的位置在同一轴线上,管端面的着力点设在垂直直径的四分之一到五分之一处;穿墙洞处理,使用冲击钻等工具对孔洞进行钻拉,清除孔洞内的杂物,再将空洞外侧凿出大于孔洞直径一倍以上,深度至少两厘米的喇叭口;顶管设备安装,使用吊机等大型起吊设备将顶管设备进行起吊,放置到洞口处后,使用设备将顶管对准穿墙洞,进行插入安装;出穿墙洞,当顶管顶入完成后,需要将顶管脱离穿墙洞,使用吊机等设备将顶管经行固定,再将顶管沿着穿墙洞洞口的方向取出;安装管道,在顶管工作井内安装千斤顶,采用高压油栗供油,提供水平推力,将待顶管节,一节一节由工作井至接收井;顶进,在初步固定好管道后,将管道进行顶进,使用使用吊机等设备将管道吊起,在将管道插入穿墙洞内,使用顶管机与千斤顶配合进行顶进的工作;进洞,当工具头逐渐靠近接收井时,适当加强测量的频率和精度,减少轴线的偏差,以确保顶管顺利进洞,当顶管到达接收井六米左右时,停止第一节管的压浆,并将压浆位置逐渐后移,保证工具头在进洞前有六米左右的完好土塞效应,同时适当减慢顶进速度,加大出土量,组件减少正面土的压力;取工具管,当顶管已经进洞后,可以将工具管取出,使用吊机等设备,将工具管脱离洞口,进行吊起;洞口处理,一般采用环形橡胶止水圈加制压板,也可以使用洞口止水圈,一旦洞口破开后,必须使用管井降水法或者土体加固法,来将洞口堵住。
[0030]施工的流程可以为如下的顺序进行:施工准备—测量放样—工作井内设备布置—穿墙洞处理4顶管设备安装4出穿墙洞—安装管道4顶进4进洞4取工具管—洞口处理。
[0031] 施工准备:研究和熟悉设计文件并进行现场核对。施工前,组织人员对工程图纸进行熟悉、研究,使施工人员明确设计者的设计意图,熟悉设计图纸的细节,掌握并收集相关的各种原始资料,对设计文件和图纸进行现场核对。对现场进行补充调查,为编制施工组织设计收集资料。
[0032]首先,将各项计划的布置、安排是否符合国家有关部门的安全方针政策及规定;再查阅设计文件所依据的水文、地质等资料是否准确、可靠、齐全;接着对水土流失、环境影响的处理措施是否合理。
[0033]现场补充调查可为如下几种情况:了解工程地点的水文、地形、气候条件和地质情况;了解当地材料、可供利用的房屋等情况;了解当地劳动力资源状况、运输条件和运输线路的情况;了解施工现场的水源、电源和生活物质的供应情况;了解管材的采购地,根据采购地的不同,对管材的要求也有所不同;了解顶管工具头,选用合适的顶管工具头。
[0034]测量放样:对业主提供的控制点进行必要的复核,数据准确无误后通过控制点将顶管轴线放设到井内,以便顶进的控制。
[0035]工作井内设备布置:根据现场实际环境,提供不同的设备,顶进千斤顶是全套顶管设备的重要组成部分,在顶进施工中,使千斤顶合力位置和顶进抗力的位置在同一轴线上,避免产生顶进力偶,使管子发生高称误差,顶进千斤顶几乎全部采用单列和双列式的布置,在管端面的着力点设在垂直直径的四分之一到五分之一处,因为当管子水平直径一下部分管壁与土壁摩擦,就是中心包脚等于或者小于一百八十度时,器摩擦阻力的合力大致于管子垂直直径的四分之一到五分之一处。一般还需要电视摄像仪、吊盘、终板、旁通阀、液压栗、排泥浆软管、橡胶终板、密封圈、减速装置等。
[0036]穿墙洞处理:使用冲击钻等工具对孔洞进行钻拉,清除孔洞内的杂物,再将空洞外侧凿出大于孔洞直径一倍以上,深度至少两厘米的喇叭口。
[0037]顶管设备安装:使用吊机等大型起吊设备将顶管设备进行起吊,放置到洞口处后,使用设备将顶管对准穿墙洞,进行插入。
[0038]出穿墙洞:当顶管顶入完成后,需要将顶管脱离穿墙洞,使用吊机等设备将顶管经行固定,再将顶管沿着穿墙洞洞口的方向取出。
[0039]安装管道:在顶管工作井内安装千斤顶,采用高压油栗供油,提供水平推力,将待顶管节,一节一节由工作井至接收井,从而达到非开挖暗敷管道的目的。
[0040]顶进:在初步固定好管道后,将管道进行顶进,使用使用吊机等设备将管道吊起,在将管道插入穿墙洞内,使用顶管机与千斤顶配合进行顶进的工作。
[0041]进洞:当工具头逐渐靠近接收井时,适当加强测量的频率和精度,减少轴线的偏差,以确保顶管顺利进洞,当顶管到达接收井六米左右时,停止第一节管的压浆,并将压浆位置逐渐后移,保证工具头在进洞前有六米左右的完好土塞效应,避免在进洞过程中减摩泥浆的大量流失造成管节周边摩阻力骤然上升,同时适当减慢顶进速度,加大出土量,组件减少正面土的压力,以保证洞口处结构稳定和工具头设备完好。
[0042]取工具管:当顶管已经进洞后,可以将工具管取出,使用吊机等设备,将工具管脱离洞口,进行吊起。
[0043] 洞口处理:洞口一般采用环形橡胶止水圈加制压板,也可以使用洞口止水圈,一旦洞口破开后,必须使用管井降水法或者土体加固法,来将洞口堵住洞口,工作人员可以根据现场环境的不同,灵活运用。
[0044]管井降水,一般在工作井或者接收井进出洞口的一侧,沿着井外壁打设两口降水井,若是双向顶管,可以一次性在另一个顶进方向一起打两口井,并将低下水降至洞口一下的两至三米。降水井采用无砂砼滤管,直径四百五十毫米左右,降水井深和一般为洞口底深的两至三倍。成孔因为孔径较大,可以采用泥浆护壁回转钻机钻进,设置的滤水管因为施工降水为临时工程,可以采用无砂混凝土管作为滤管,滤水管外缠绕两层无纺滤网,填砾过程中,管外设置过滤层,填入粗沙,因在管周围均匀填入,洗井时可以采用污水栗结合空压机洗井,达到水清沙净。水栗出水管道采用DN150钢管接至市政雨水管网内,如果在基坑开挖三天前开始降水,直到顶管开始后能够正常顶进时,需要停止降水。
[0045] 土体加固法,对于有地基升降要求的地方,没有办法使用管井降水法,土层渗透系数较差的地段,工作井、接收井的进出口洞口必须采用双液注浆加固或是打设高压旋喷粧的方式进行。
[0046]双液注浆架构洞口土体就是用双液注浆机将水泥浆、水玻璃等物质注入到洞口 土体当中,使土体凝固,具有一定的强度。从而达到开洞不会引起流砂涌泥的现象。加固土体的范围一般以洞口为中心,洞顶有三米左右,洞底有三米左右,沿顶管轴线长五米范围内的所有土体全部加固。注浆管采用水冲式从上往下压入,每一米一个孔,呈梅花形布置,也可以在工作井制作过程中,在洞口周围的井壁上预留出注浆孔,注浆孔直接由预留的注浆孔中水平插入到洞口周围的土体中,压注进行加固。
[0047]高压旋喷粧加固法采用高压旋喷粧打粧加固法,旋喷粧采用直径为八百毫米左右,沿着洞口进行打设三层,(粧间搭接300mm,粧长=洞径+洞底下3m,洞顶上3m,必要时也可以加长(宽度等于洞径加上每侧两米乘以二)。高压旋喷粧采用普通硅酸盐水泥,水灰比控制在0.8到1.5之间。
[0048]无论是注浆还是采用旋喷粧,均需要加固后土体达到一定强度后再进行破洞施工,双液注浆要求3天以上,高压旋喷粧一般需要14天以上。
[0049] 土压平衡法在工具管选用时也有严格的要求,直径800玻璃夹砂管顶管将选用外径960的泥水平衡顶管工具头,此工具管能较好的控制地面沉降,保护地下管线及临近建筑物不受损坏。机械式泥水平衡顶管掘进机是一种刀盘可伸缩的掘进机,操作可以在基坑内或地面操纵室内进行的。掘进机前壳体的前端是刀盘,在刀盘的后面就是泥水仓。刀盘是由电动机通过行星减速器减速以后再驱动的。刀盘可在泥水仓前后移动。刀盘上有二至四个矩形槽,槽内安放着可以前后伸缩的刀排和刀头。刀排向前伸时,可以切削土体,同时被切削下来的土从刀头与刀盘之间的空隙进入泥水仓内。在刀盘的面板上还散布着一个个固定的刀头。该刀头是在槽内刀头缩回后切削土体用的。在刀盘边缘还有几把边缘刀头,该刀头能在校正方向过程中把掘进机边缘的土挖净,使掘进机的方向容易校正。在平时,不进行方向校正时,该刀头可把掘进机前方的土挖成与掘进机壳体一样大小的洞,使掘进机顶进过程中,不使刀盘受挤压的力过大而影响平衡的力。在土质条件比较硬的情况下更是如此。在前后壳体之间有纠偏油缸,在掘进机下部平行地安装着两根管子为进、排泥管。
[0050]掘进机的机械式泥水平衡机理在于刀盘伸缩的液压系统。由于刀盘的伸缩是由油缸控制的,因此,只要控制刀盘油缸后腔的压力,就可以控制刀盘前面的平衡压力。油缸后腔与油栗和溢流阀同时接通,溢流阀调定某一压力值,当掘进机前的土压力大于设定值时,刀盘就后缩,而且刀盘与刀头的空隙增大,进土量也就增加,前方土压力就下降。反之,当掘进机前的土压力小于设定值时,刀盘就向前伸,刀盘一直处于这种前后浮动状态,从而使掘进机前方的土压力保持在某一设定的值附近不变。这就是该掘进机用机械方式的刀盘来平衡掘进机所处土层的土压力。掘进机还有另一种平衡功能,即由控制排泥管的泥水流量来间接控制开挖面的地下水压力。它把泥水压力控制在比掘进机所处土层的地下水压力高出20Kpa。从而避免了开挖面的地下水干扰影响。由于该掘进机有机械平衡土压力和泥水压力平衡地下水压的双重平衡功能,因此,它施工过后的地面沉降较小。
[0051] 主顶进系统由油缸组、顶进环及液压栗站等组成,其主要功能是完成管节顶进,是顶管设备系统的主要组成部分。油缸组由2只油缸分两列左右对称布置,每列各I只油缸叠积而成,并用可分式结构的支座固定,用联接梁连成一体。油缸选用国产的双冲程、双作用等推力液压千斤顶,每只油缸最大推力为2000kN,装备推力为8000kN,满足管节最大承受顶力的要求。油缸行程3.5m,因此长度3m的管节可一次连续顶进完成,无须再设垫块,提高了工效,并减轻了劳动强度。
[0052] 液压栗站选用I台A2F28RP2斜轴式柱塞油栗,配备Y200L—6型电机。通过调速阀可改变油栗的流量,据顶进时的工况要求及时控制主顶油缸的顶速。以满足开挖面土压平衡的条件,从而起到控制地面沉降的作用。
[0053]后靠背是管节顶进时油缸的反力,通过后靠均匀地传递到工作井井壁上,避免井壁受力不均或局部受力过大造成井壁结构破坏。后靠制作时,应与顶进轴线保持垂直。
[0054]注浆设备系统在顶管施工中能否及时地有效地向管节外围压注触变泥浆,以形成和维护好泥浆套,起到高效的减摩作用,往往是顶管成败的关键。顶管施工用的膨润土触变泥浆,是在地面压浆站配制后,通过液压注浆栗压入输浆总管及管节上设置的环形分管注入至顶管机及管节的各个注浆孔形成管节外围泥浆套。地面储浆箱外形尺寸LXBXH,由搅拌筒搅拌的泥浆抽入储浆箱进行水化膨胀,再通过液压注浆栗压入管内,在膨润土泥浆压入以前,对储浆箱内经水化的泥浆再一次搅拌,以减少压浆管道的阻尼。注浆栗站由SYB50/50 — II型单缸液压注浆栗和液压动力站组成,注浆量Q = 80L/min,注浆压力P=0.28〜
0.3MPa,输浆总管由直径2米的镀锌钢管和球阀、水暖管件等组成,与管节上各压浆孔接通的环形管,采用直径I米的高压软管。
[0055]泥水管路系统用三台渣楽栗。一台放在地面上为送泥栗,另一台放在基坑下为排泥栗。第三台放在管段内(机头后150m处)的排泥管路上,作为中间接力栗。地面砌筑沉淀池,进泥管路采用无缝钢管,排泥管路也采用无缝钢管,管节接头为卡箍式活络接头。基坑内设有旁通装置等。渣浆栗型号可以为4/3 C — AH,电机功率18.5KW,流量90m3/h,扬程21.Sm。顶管施工的管内出土是影响工效的关键环节,因为采用泥水管路系统可使顶管实现连续推进。
[0056]掘进施工中分为四个状态:停止状态、旁路状态、掘进状态及逆洗状态。
[0057]在“停止状态”,切口水压若下降时,可以及时控制蝶阀的开度,使送泥水管道中的泥水补充到泥水仓,让切口水压力上升并稳定在设定值上。此时若送泥水管道中水压力低于设定值就可连动开启压力调节阀和进水栗,以提高管道水压力。
[0058]在“旁路状态”时,顺利开启电磁比例阀,启动进水栗,开启进水阀截止阀,再逐个启动排泥栗、接力栗、PE栗。系统启动数分钟后,当送排泥水压油流量趋于稳定,并使送泥水压力和切口水压力基本相同时,再可操作到“顶进状态”。
[0059]进入“顶进状态”时,顺利开启机头阀,开启进水阀、截止阀,关闭旁通阀。泥水输送系统可逐渐达到泥水平衡,调整送泥水压和排泥流量,使推进过程中一直保持泥水平衡,若在顶进过程中,切口水压值偏离设定值,操作人员应采取措施,使之恢复正常,若切口水压继续偏离,应立即切换到“旁路状态”。
[0060]如果切口水压的偏离原因是泥水管道堵塞引起的,就应操作至“逆洗状态”,相应转换阀动作,对堵塞管道进行冲洗。管道畅通后,应再转换到“旁路状态”。顶进结束,应将“顶进状态”切换到“旁路状态”,待泥水平衡后,再切换到“停止状态”。
[0061]后座主推油缸采用4只200吨千斤顶。主推千斤顶安装于后座型钢支架上。千斤顶安装时需要对称布置,以保持受力均匀;安装位置允许偏差±2mm,确保顶进时处于受力良好状态。
[0062]导轨安装在前方,接近穿墙管(以能开启门洞为宜),其中心轴线与顶管轴线一致。
[0063]导轨的安装方法及技术要求:由于导轨是一个定向轨道,其安装质量对管道顶进工作影响很大,因此安装后的导轨,应当牢固,不得在使用中产生位移;并且要求两导轨应顺直,其纵坡应与管道设计坡度相一致。安装导轨时,应首先确定导轨间距和平面位置,然后测出导轨各点的实际高程并与设计高程相比较,确定导轨的高程,调整后进行安装。导轨采用固定在工作井底板的预埋件上,用电焊将导轨架与预埋件焊牢,导轨四周与工作井壁撑紧,并焊接牢固。导轨的安装精度必须满足施工要求,其允许偏差为轴线偏差± 2mm,两轨间距偏差在土 2mm范围内。
[0064]导轨安装在前方,接近穿墙管(以能开启门洞为宜),其中心轴线与顶管轴线一致。由于导轨是一个定向轨道,其安装质量对管道顶进工作影响很大,不得在使用中产生位移;并且要求两导轨应顺直,其纵坡应与管道设计坡度相一致。安装导轨时,应首先确定导轨间距和平面位置,然后测出导轨各点的实际高程并与设计高程相比较,确定导轨的高程,调整后进行安装。导轨采用固定在工作井底板的预埋件上,用电焊将导轨架与预埋件焊牢,导轨四周与工作井壁撑紧,并焊接牢固。导轨的安装精度必须满足施工要求,其允许偏差为轴线偏差± 2mm,两轨间距偏差在±2mm范围内。后座反力墙上预先安装后座,其允许误差为±5毫米,使顶力均匀扩散至后座上。后靠背是指后座中安装在后座墙与主顶油缸之间的钢结构件。利用工作井壁作为后背。为了扩散油缸的反力以保护井壁,后靠背采用50mm的厚钢板,立面垂直不倾斜,在顶进时应注意防止后座位移。顶铁其外径与管材相同,有一定厚度的钢结构件。作用主要是把主顶油缸的几个点的推力比较均匀地分布到管材端面上,同时还起到保护管端面的作用。本发明选用马蹄形顶铁,其安放在基坑导轨上时开口朝下。这样在主顶油缸回缩以后加顶铁时不需要拆除栗送排泥管道。
[0065]后靠土的稳定性决定着后靠土是否稳定,总推力之反力大于工作井设计允许推力为1650KN,一旦超出这个允许推力,后靠土就会不稳定。
[0066]顶管的顶力在实际操作中需要得到严格的控制,顶管的顶力计算公式为:P=fX γXDiX[2HX(2H+Di)tg2(45°-®/2)+o/y XDi] XL+Ps
P--计算的总顶力,单位为kN;
γ——管道所处土层的重力密度,单位为kN/m3 ; Di一一管道的外径,单位为m;
H一一管道顶部以上覆盖土层的厚度,单位为m;
Φ —一管道所处土层的内摩擦角; ω——管道单位长度的自重,单位为kN/m;
L一一管道的计算顶进长度,单位为m;
f一一顶进时,管道表面与其周围土层之间的摩擦系数,(粘土、亚粘土在的顶进管道与其周围土层的湿度摩擦系数为0.2到0.3,干度摩擦系数为0.4到0.5;砂土、亚砂土在的顶进管道与其周围土层的湿度摩擦系数为0.3到0.4,干度摩擦系数为0.5到0.6);
Ps一一顶进时顶管掘进机的迎面阻力(粘土、亚粘土在的顶进管道与其周围土层的湿度摩擦系数为0.2到0.3,干度摩擦系数为0.4到0.5;砂土、亚砂土在的顶进管道与其周围土层的湿度摩擦系数为0.3到0.4,干度摩擦系数为0.5到0.6),单位为kN。
[0067]在封闭压力平衡顶管施工中,迎面阻力可以用如下公式计算:
Ps=13.2X3iXDsXN
Ds--掘进机外径,单位为m ;
N--土的标准贯入指数。
[0068]根据顶力计算公式结果,结合设计要求,工作井后座设计顶力不大于1650KN,本发明在顶管过程中需进行触变泥浆减阻措施。
[0069]泥浆润滑减摩剂又称触变泥浆,是由膨润土、CMC(粉末化学浆糊)、纯碱和水按一定比例配方组成。不同的土质,应采用不同的配方,才能满足不同的需要。膨润土是触变泥浆的主要材料,作为顶管施工用的膨润土应选钠基膨润土,由其拌制成的浆液,触变以后的流动性和静止下来的胶凝性、固化性都比钙基膨润土拌制的浆液要好,对土层的支承和润滑效果好。但是,我国的膨润土多为钙基膨润土,所以一般用钙基土进行钠化处理。本发明同步注浆和补浆为二个独立的管路系统,分别选用注浆和补浆二种不同配方的浆液。
[0070]注浆中含有12%的膨润土,6%的纯碱,掺加剂中含有适量的CMC(粉末化学浆糊),漏斗粘度采用塞流,视粘度为30.5CP,失水量为9ml,终切力为130达因/mm3,比重为1.073,稳定性为O ;补浆中含有8%的膨润土,4%的纯碱,掺加剂中含有适量的CMC(粉末化学浆糊),漏斗粘度为36S,视粘度为21CP,失水量为12.6ml,终切力为80达因/mm3,比重为1.048,稳定性为O到0.001。
[0071]除了材料的选择和配方以外,触变泥浆的制浆工艺对注浆减摩效果影响很大。搅拌要充分,搅拌后静置时间一般要12小时以上,对同一配方的材料,搅拌不充分,静置时间短,其最终流限可以降低一倍以上。为此,需要使用高速拌浆器,经高速拌浆30分钟以上抽入储浆箱静置,储浆箱的容积为5m3,充分满足供浆要求。在储浆箱内另设三台搅拌器,静置6小时后,再次搅拌,待12小时以后抽入另一台高速搅拌器,经再次高速搅拌压入总管。
[0072]系统管路分二路总管,总管为白铁管,一路从地面将注浆通过一台液压注浆栗注入A管,在管内通过二台中间接力压浆站送到机头,以满足机尾同步注浆,另一路由地面将补浆通过另一台液压注浆栗压入B管,并送入管内另二台中间压浆站,通过这二台压浆站执行补浆工艺。支管采用耐高压橡胶顶管和接头。在总管上,每隔10m设一只压力表,支管仅在机尾同步注浆断面设二只压力表。
[0073]制定合理的操作规程,使顶进时形成的建筑空隙及时用润滑泥浆所填补,形成泥浆套,达到减少摩阻力和地面沉降,要达到这一目的,就必须严格执行顶管注浆操作规程,由专人操作,质量员检查严格把好质量关。压浆时必须坚持“先压后顶,随顶随压,及时补楽”的原则,补浆应按顺序依次进行,每班不少于2次循环,定量压注。
[0074]同步跟踪注浆,地面泥浆站配制好的触变泥浆,经液压注浆栗增压后,进入输浆总管,通过环形分管注入顶管机及管节的压浆孔形成泥浆套。当管节顶进时,利用掘进机尾部环向均匀布置的四只压浆孔,与顶进同步进行跟踪注浆,以确保当掘进机向前时在其后形成的环形空隙立即被泥浆所充填,从而形成完整的泥浆环套。
[0075]补压浆,管节在顶进过程中,由于有部分浆液流失到土层中去,因此必须利用砼管节上的压浆孔进行补压浆。一般在一节管节顶进结束后,就应进行补压浆。而且还要视每段顶进的阻力情况,随机采取分段补压浆。
[0076]压浆量与注浆压力,压浆量原则上控制在同步跟踪压浆量为管节外理论空隙体积的5倍左右,补压浆量一般为管节外理论空隙体积的3倍左右。注浆压力值不宜过高也不应过小,据采用浆液的粘度和管路输送长度,我们通过试顶后,压浆站的压力控制在0.28〜
0.3MPa较为合适。
[0077]在压浆工艺质量的判别和修正中,在管内注浆总管上每隔10m设一只隔膜式压力表,在机尾I号和2号注浆断面的支管上也各设一只压力表。顶管过程中,作业人员每班应记录各表头压力值。判断方法;如果支管路上,四个压浆点的压力值明显不同,说明没有形成环状浆套。这样就必须在压力较小的压浆孔处压浆,或者把压力超高的压浆孔处的浆液放掉一些,以使各孔压力均衡,形成整环浆套。在无压力表的支管路上,可用手触摸支管,如感觉有静止情况,说明该支管堵塞,应予排除。在总管路上,若压力表超过预定值,说明压浆量太大,反之说明压浆量不够,应给以及时调整。在顶进过程中,可以从主顶系统和各中继环系统的液压力值推算出顶进阻力。绘出顶力曲线变化图。如果该曲线显示顶力突然升高,就说明压浆工艺出现问题,应立即查明原因,及时调整。
[0078]当工具管进出洞时,防止洞口的泥水流入是影响顶管工程能否顺利进行的重要环节之一。若洞口止水不好,土体中的水和泥砂将不断涌进工作坑内,对施工造成影响,严重时将造成施工的中断,因此本工程洞口止水措施是采用止水橡胶圈,当工具管进洞时,橡胶圈向内翻起,使土体中的水和泥砂不流进工作坑。
[0079]止水圈安装方法:首先在预留洞的预埋件上根据止水圈上螺栓眼的位置焊上螺栓,把止水圈穿在螺栓上面,外面再安上弧形月亮压板,以使止水圈和井壁紧密接触。
[0080] 注意预埋件法兰底盘应中心正确,端面平整,安装牢固,螺栓的丝口应妥善保护,水泥浆应清除。
[0081]乳兰止水安装方法:首先把工具头于轨道上就位,把特制加工的止水乳兰按先内后外的顺序安装到工具头上,往外乳兰内圈绕工具头缠4〜5圈的牛油盘根,然后根据工具头尺寸对止水乳兰进行定位并与工具头临时连接成整体,随工具头同步顶至穿墙管法兰,最后利用大小夹码把止水乳兰与穿墙管焊牢连成整体,同时与工具头分开。
[0082]止水防塌的另一个办法是在穿墙洞外侧5米范围内进行压密注浆,由于顶管穿墙洞外侧地基受沉井下沉影响而产生土体扰动,砂土容易液化,土体承载力降低,以至工具头出洞后出现下沉的状况,为此必须采取地基加固措施,主要采用压密注浆来提高穿墙洞外侧管底的承载力,确保管子沿轴线方向正常顶进,具体办法如下: 穿墙洞外侧紧贴井壁打设钢板粧:钢板粧打设必须密实,粧与粧之间的缝隙越小越好,不能使用变形的钢板粧,以防流砂涌入井内,破坏井外土体。
[0083]顶管施工中一般采取以下措施:
1、工具头穿墙
工具头穿墙质量的好坏,直接影响整个管道施工的质量,特别要防止穿墙过程中大量的土涌进来。因此,穿墙准备工作要充分、细致,具体做好以下工作:
(I)沉井内顶进导轨、千斤顶的位置应安装准确、牢固。
[0084] (2)顶进栗液压系统应工作可靠,千斤顶伸缩自如。
[0085] (3)工具头下井后,应对其中心及前后高差进行复核,严禁头部低、尾部高。
[0086] (4)吊机应工作正常。
[0087] (5)穿墙前应对工具管进行检查调整并试验。
[0088] (6)纠偏液压系统无渗漏,工具管纠偏灵活,测角表调零。
[0089] (7)各种机械试运转半小时正常工作,管路无漏水等。
[0090] (8)压缩空气系统,泥浆减阻系统通风系统运转正常。
[0091] (9) —切设备调试正常后并将临时止水装置安装在工具管前方,将工具管顶进到钢封门前,用吊车吊出钢封门,同时将工具管快速顶进穿墙管,橡胶止水自动压紧,达到止水效果,待顶至泥浆环时撤除临时止水安装永久止水装置。
[0092] (10)配备足够农用栗以备洞口土体塌方进水和流砂时的应急措施。
[0093]顶管施工中的进出洞口工作是一项很重要的工作,施工中应充分考虑到它的安全性和可靠性。
[0094]①在洞口外打入压浆管,并在工具管进洞前24小时之内在洞口四周土体中压入水泥浆。水泥浆的多少视现场情况而定。当工具管进洞后,拔除外围压浆管。
[0095]②在硬土内推进速度缓慢,一般在0.5cm/分以内,观察工具管内的推力表。
[0096]③在工具管进入洞口时,应用水平尺来观察工具管的倾斜度,视情况是否在工具管尾部压配重控制工具管磕头。
[0097] 2、定向测量
工作井制作结束后,按穿墙孔的实际坐标进行测量放线,定出控制轴线,然后将控制轴线设放到工作井测量平台。测量井平台的标高应按管道设计标高及工具头测量点的位置来确定。
[0098] 3、顶进纠偏作业
工具头在顶进过程中可能受不均匀外力的作用,头部会产生偏离设计轴线及标高的现象,因此在顶进过程中需不断的对工具管进行纠偏操作,根据激光视频所显示的头部偏差情况应及时纠偏,纠偏角度一般不大于0.5度,最大不超过2度。
[0099]小角度纠偏:每次纠偏角度应控制在1.0°〜2.0°,最大不得大于2°。纠偏操作不能大起大落,如出现较大的偏差,应小角度连续纠偏,保持适当的曲率半径返回到轴线上来,避免管道顶进时产生过大的侧向应力。严禁在主千斤顶停顶的情况下进行纠偏,严禁大角度纠偏并严格按照操作规程进行操作。纠偏前后应按规定及时准确地做好各项原始记录。纠偏时要防止工具管发生扭转。
[0100] 4、工具管出洞处理工具管出洞处理往往被人们所忽视,在流沙层中顶管,或在水压力较大的土层顶管,工具管出洞处理是十分重要一个施工环节,稍有差错,便会出现水土大量涌入井中,很难处理。根据本工程的地质情况,我们应当足够重视洞口处理问题,首先要在洞口外侧3米范围内进行土体加固,具体加固措施采用压密注浆,浆液以粉煤灰为主,适当加入陶土粉和水泥等参量。
[0101]在工具管出洞前还应配备一些破旧棉被、木镇、水泥等材料,以备在工具管出洞时可能出现的泥水渗漏时及时堵塞,同时及时进行水泥粉刷,对渗漏较严重地方应采用引流管,在水泥达到一定强度后才将引流管拆除并堵塞。
[0102]在顶管地面中还需要通过预测计算,假定沉降槽的曲线线形为正态分布曲线,计算公式如下:
i/R=K(Z/2R)n
V=(根号下2 X A) XiX Smax
i—沉陷槽曲线反弯点至中心距离;
R—顶管开挖半径;
Z—从地表到顶管中心的深度;
V沉陷槽的容积;
Smax---地表面最大沉降量
K,n-_-常数(参照藤田系数表得出淤泥质粉质粘土,机械式泥水平衡掘进机的地层土损失量V/A=2.5%,常数K=I,n=l)
A-顶管开挖面积。
[0103]影响地面沉降的主要因素有以下几条:机头的类型,也就是开挖面的稳定措施,采用机械式泥水平衡顶管掘进机,具有二个平衡机理,能有效控制地表沉降;机壳外径与管外径之间的建筑空隙的大小,建筑空隙为2cm,既有利于泥浆套的形成,又不使空隙增大造成沉降;顶进纠偏的偏心度,顶管纠偏控制角度为0.5°实际施工尽可能使纠偏角度小;泥浆套的形成质量;管道的密封状况。
[0104]减小顶管过程中的地面沉降的措施有以下几种:
①地面监测,优化掘进机参数
在初始推进阶段,要精心组织地表监测,在轴线上方布设沉降控制粧。通过地表监测得到隆沉量与相对应的掘进机主参数(包括推进速度、开挖面土压力,泥水压力值,出泥浓度等)进行比较,从而优化掘进机参数,指导以后的顶管推进。
[0105]②注浆稳定措施
除了在初始推进阶段,优化推进参数以外,在顶进过程中加强同步注浆也是有效手段之一,必须尽可能将膨润土泥浆套随机头向前移动,形成连续的环状浆套。要选择触变性能良好的膨润土制浆材料。
[0106]③严格控制纠偏角度,一般情况下纠偏角度应控制在0.2°。当纠偏角度大于0.5°或者偏差超过3cm的情况下,应该报警,并逐级汇报,经研究后方可继续顶进。
[0107]在顶进结束后,我们必须立即用纯水泥浆置换膨润土泥浆,置换水泥浆的水灰比为0.45,P=0.2〜0.5Mpa,Q=0.3m3/m。
[0108]在顶管施工中,用监控来指导施工是十分必要的,依靠监控和数据的不断反馈可避免盲目施工、冒险施工。
[0109]道路的沉降控制,在监测站采用水准仪,通过测量取得的数据与原始值进行对比分析,并绘制沉降速率图表,有效掌握临时围堰的沉降量,要求道路沉降控制在±5mm之内。当发现沉降量接近控制量,必须立即停止推进,调整泥水压力控制值,并采取相应的跟踪注浆措施。各监测站对临时围堰进行全过程沉降、位移监测,汇总数据,分析取得的数据。
[0110]监测工作由专业人员实施,各监测内容的初始值的获得,其测值次数不少于3次,顶管进入监测区域每2小时至少测量一次,必要时连续观测。当机头到达道路底部时应连续观测。监测人员对每次的监测数据及累计数据变化规律进行分析。及时提供沉降、位移观测曲线图。
[0111]如果监测数据任一项到达警戒值即向业主、设计、监理、项目部提出告警,提请有关部门关注。同时一起参与补救方案的制定和研究。有关部门得到报警口头通知后或接到书面通知后,应立即汇集监测单位和各方人员进行情况分析,必要时召开专家讨论会,调整方案,米取调整措施。
[0112]本具体实施例仅仅是对本发明的解释,其并不是对本发明的限制,本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改,但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (10)

1.一种土压平衡法,其特征是:包括一下步骤: 施工准备,熟悉设计文件并进行现场核对,收集、调查、摸清低下管线的分布情况; 测量放样,对周围建筑物和重要的管线布置若干监测点; 工作井内设备布置,千斤顶合力位置和顶进抗力的位置在同一轴线上,管端面的着力点设在垂直直径的四分之一到五分之一处; 穿墙洞处理,使用冲击钻工具对孔洞进行钻拉,清除孔洞内的杂物,再将空洞外侧凿出大于孔洞直径一倍以上,深度至少两厘米的喇叭口; 顶管设备安装,使用吊机大型起吊设备将顶管设备进行起吊,放置到洞口处后,使用设备将顶管对准穿墙洞,进行插入安装; 出穿墙洞,当顶管顶入完成后,需要将顶管脱离穿墙洞,使用吊机设备将顶管经行固定,再将顶管沿着穿墙洞洞口的方向取出; 安装管道,在顶管工作井内安装千斤顶,采用高压油栗供油,提供水平推力,将待顶管节,一节一节由工作井至接收井; 顶进,在初步固定好管道后,将管道进行顶进,使用使用吊机设备将管道吊起,在将管道插入穿墙洞内,使用顶管机与千斤顶配合进行顶进的工作; 进洞,当工具头逐渐靠近接收井时,适当加强测量的频率和精度,减少轴线的偏差,以确保顶管顺利进洞,当顶管到达接收井六米左右时,停止第一节管的压浆,并将压浆位置逐渐后移,保证工具头在进洞前有六米左右的完好土塞效应,同时适当减慢顶进速度,加大出土量,组件减少正面土的压力; 取工具管,当顶管已经进洞后,可以将工具管取出,使用吊机设备,将工具管脱离洞口,进行吊起; 洞口处理,一般采用环形橡胶止水圈加制压板,也可以使用洞口止水圈,一旦洞口破开后,必须使用管井降水法或者土体加固法,来将洞口堵住。
2.根据权利要求1所述的一种土压平衡法,其特征是:所述顶进过程中,采用下式获取顶管的顶力: P=f X γ XDiX [2ΗΧ (2H+Di)tg2(45°-®/2)+o/γ XDi] XL+Ps; P--计算的总顶力,单位为kN; T——管道所处土层的重力密度,单位为kN/m3 ; Di一一管道的外径,单位为m; H一一管道顶部以上覆盖土层的厚度,单位为m; Φ —一管道所处土层的内摩擦角; ω——管道单位长度的自重,单位为kN/m; L一一管道的计算顶进长度,单位为m; f一一顶进时,管道表面与其周围土层之间的摩擦系数; Ps一一顶进时顶管掘进机的迎面阻力,单位为kN。
3.根据权利要求1所述的一种土压平衡法,其特征是:所述测量放样包括在顶管施工前应对周围建筑物和重要的管线布置若干监测点,在施工过程中应根据点的位移、沉降的变化情况及时修正各项施工技术参数和采取行之有效的保护和补救措施,如果施工现场条件不允许直接布置监测点,则采用间接布点的方式。
4.根据权利要求1所述的一种土压平衡法,其特征是:还包括施工现场的平面布置,当制井工作结束后,应立即撤离有关材料和设备,对沉井周边进行地坪硬化;顶管过程中,采用50T汽车吊将设备和成品管吊驳指定位置;在中间圈梁上可搭设平台,并设置液压动力站和中央控制室;在沉井绿化空地设泥浆沉淀池,沉井周边布置空压站和气包通风设施,搭设配电间、机修间、氧气乙炔间,布置膨润土材料工棚和拌浆,储浆以及注浆设备。
5.根据权利要求1所述的一种土压平衡法,其特征是:所述工具管为Φ 800玻璃夹砂管顶管,且Φ 800玻璃夹砂管顶管将选用外径为Φ 960的泥水平衡顶管工具头。
6.根据权利要求1所述的一种土压平衡法,其特征是:所述顶管还设有与顶管配套使用的用于提供推动力的油缸组、用于改变油栗流量的液压栗站、用于给油缸提供反力的后靠背、用于起到减摩作用的注浆设备系统、用于控制泥水排放的泥水管路系统。
7.根据权利要求1所述的一种土压平衡法,其特征是:还包括后座顶进系统,所述后座顶进系统包括用于提供推动力的后座主推油缸、用于给顶管提供运动路径的导轨、用于提供反力的后座。
8.根据权利要求1所述的一种土压平衡法,其特征是:还包括止水措施,所述止水措施包括止水圈止水、乳兰止水。
9.根据权利要求1所述的一种土压平衡法,其特征是:还包括触变泥浆,所述触变泥浆包括注浆与补浆,所述注浆中含有12%的膨润土、6%的纯碱;所述补浆中含有8%的膨润土、4%的纯碱。
10.根据权利要求1所述的一种土压平衡法,其特征是:还包括工具管出洞处理,所述工具管出洞处理时需要配备破旧棉被、木镇、水泥材料; 当工具管出洞时出现的泥水渗漏时,使用破旧棉被、木镇、水泥材料及时堵塞,同时及时进行水泥粉刷,当渗漏较严重时,还应采用引流管,且在水泥达到一定强度后才将引流管拆除并堵塞。
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