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312国道顶管施工概况

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ljmtidilgw 发表于 2009-8-29 08:24:48 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 三T上人 于 2016-7-22 20:28 编辑 <br /><br />一、工程概况


312 国道 129K+640至131K+300 段,地处无锡高新技术开发区高浪路至新光东路叉口,全长 1.66km 。为解决沿线厂矿企业、居民住宅污水排放问题,拟在国道东侧,高浪路边线 3m 处埋设一条直径为φ 1000mm 的钢筋砼排污管,该管底最小地面埋深为 4.95m ,最大地面埋深为 5.9m ,实际埋管长度为 1.524 km 。经地质勘察,该地表上层以粘土层为主,厚约 5~6 m ,呈黄褐色,部分区域出现粉质砂土,呈灰黄色,下卧层为流塑状粉砂层,呈灰黑色,其顶面在离地面约 5.2~4.8 m 左右。苏锡常地区地下水位较高,上层一旦减荷,下卧层涌砂便会源源不断喷出,从而导致周围地面大幅沉降。由于管道离国道线距离小,加上该路段为高架桥路段,为避免路堤沉降、坍塌,以及防止高架桥桩基滑移,经公路、城建、设计、规划等部门反复研讨,决定采用一种埋管新方法—机械顶管施工来解决这一问题。
截面示意图
二、顶管方案

 顶管长度的确定,往往与管位处的地质状况、地表构筑物、交汇井需要,以及顶管机械性能、管材强度等有着密切的关系。在满足以上各方面条件下,合理地布置工作井、接收井是顶管成功的关键所在。根据以往顶管施工经验,在粘土层这种地质状况下,采用泥水平衡式顶管工艺,当管位在 1000mm 左右时,
不设中继间的理想长度一般为 200m 左右,井位及长度设置如表1所示。

表1
井位及长度

全线共设井 9 座,其中工作井 5 座,接收井 4 座。顶管最长距离 283m ( W23~W24 ),最小距离 164m ( W20~W21 )。在 W20~W21 井段,顶管设置长度较小,主要考虑以下几点:
其一,因管底所处地质复杂,以粉砂为主,粉砂土对行进中的管道壁摩阻较大;
其二, 管道穿越春丰河,穿城河床 25m ,管顶覆土仅 70cm (经验值≥ 1.5d d 为管道直径);
其三,穿越一幢 3 层楼房。
在 W23~W24 井段,顶管设置长度较大,主要是该段穿越新加坡工业园区道路,同时考虑到地下光缆冲突,布井难度较大。井位布置示意图如图1示。
三、
顶管施工

㈠设备选型:
本次施工设备选择了泥水平衡式顶管机械作为应用机型,主要是考虑到泥水平衡式顶管施工有以下优点:
适用的土质范围比较广,如在地下水压力很高,以及土质变化范围很大的条件下,均能适应。本工程所处位置地下水位高,管位处有粘土层、粉砂层、流砂层,地质变化较复杂。
可有效地保持挖掘面的稳定,对所顶管位四周土体扰动较小,能保证地下水压,因此顶管引起地面沉降也较小。
与其它型式的顶管比较,泥水平衡式顶管施工时的总推力较小,尤其是在粘土层,这种表现尤为突出,所以特别适用于长距离顶管。
工作井内的作业环境好,作业比较安全,利用泥水管道输送弃土,不存在管内搬运,吊土等危险作业。
泥水输送弃土为连续作业,随着顶距的增大,优越性越来越明显,顶进速度相对较快。

㈡设备参数
本工程使用的主设备是:日本 ISEKI 公司 TCC-1000 型泥水平衡顶管机两套。
1? 尺寸:内径 1000mm ,外径 1220mm ,机身全长 2968mm ,机头重量 8.4t 。
2? 切削刀盘:驱动主电机: 8.9KW , 扭矩: tf-m , 1.24(50HZ)
转速 rpm : 2.0(50 HZ) 偏心次数 rpm : 32
最大破碎粒径 400 mm 容许正面抗压力 tf/m 2 : 50.0
3? 纠偏油缸:纠偏电机功率: 2.2 × 4P KW 油缸最小纠偏力: 723KW × 2
修正角度上下各 1.70 ,左右各 1.2 °。
4? 顶推装置:型式: M-300T-30 ( I )    架台重: 5.65t
伸后全长: 4300 mm       推进量: 3000 mm
   推力: 0~3000KN/35Mpa      推进速度: 0~53cm/min
    通常后退速度: 70 cm/min     油压电机功率: 22KW × 4P(220V)

5
. 排泥系统:进出管径: 4B 送排泥泵:  22KW 直冷式( 220V )


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 楼主| ljmtidilgw 发表于 2009-8-29 08:27:11 | 显示全部楼层
本帖最后由 三T上人 于 2016-7-22 20:28 编辑 <br /><br />
㈢施工过程:
  整个施工过程从进场到出场共用了 56 天时间,实际顶进时间为 38 天,平均每台套顶进速度为 20.1m/ 天。为确保工程有安全可靠的施工条件,在顶进过程中,有二个方面是顶管成败的关键。第一是机头挖掘面的压力平衡,它可以有效地控制顶管对原状土的扰动,从而尽可能小地减小地表沉降,减小本次顶管对国道线造成的影响。第二是注浆减摩技术,合理的注浆压力,合理的注入量是控制管道处壁摩阻力的关键,特别是对长距离的地段尤为重要。

   ⑴泥水控制:根据泥水平衡顶管理论,送泥相对密度必须
≥ 1.025 ,也就是说,送入挖掘面的泥水必须是含有一定粘性成份的泥浆水。但在施工过程中,需根据不同土质、不同地质环境来控制泥浆比重,详见表2。

表2
土层性能
在粘土及粉土中 , 一方面渗透系数极小,土体本身已具有泥皮的作用,较小的水压就能稳定开挖面,另一方面土体本身又是具有造浆功能。因此,对泥水的比重要求不很严格,甚至可以用清水护壁。在本工程中大多数地段为粘土层,我们均采用了清水护壁,这样,可大大加快掘进速度。同时,排泥状况也较理想,排出物为砾状粘土和水。粘土最大粒径可达 60 mm ,且泥水分离速度极快,循环水利用率高。仅在 W20~W21 地段,由于土层中粉砂含量较高,我们加大了泥水比重。由于渗透系数较小(即 K ≤ 10 -3 cm/s ),泥皮在较短时间中就能形成,泥水压力能有效地控制开挖面的失稳.

⑵注浆减阻:
  为了有效地减小管壁与土体之间的摩阻力,要求配注具有良好润滑作用和支承作用的触变泥浆 * 。衡量泥浆质量和使用价值的指标如表3。
表3
衡量泥浆质量和使用价值的指标
一般情况下,按重量计的触变泥浆配合比大致是:水:膨润土 = ( 4~5 ): 1 膨润土:掺合剂 = ( 20~30 ): 1 ; 注浆压力和注浆方法,注浆量也是影响减阻效果的重要因素,对注泵压力而言,以 P 代表注泵压力 , P A 代表泥浆套顶端的水压力和主动土压力,要求注浆压力保持范围为 P A ≤ P ≤ P A +30 ( kPa )。注浆方法中,“先压后顶,随顶随压”是重要的注浆原则,注浆量大小与触变泥浆的失水量大小、顶管地层的土质有关。粘性土地层,渗透系数小,泥浆不容易流失,实际压浆量可以大于理论压浆量的 1.5 倍左右。

⑶理论顶力与施工实际顶力比较
   由于在顶管施工过程中,顶力影响因素实在复杂多变,因此是否有效地控制施工中的每一个环节,对结果影响很大,在本工程 W23~W24 的施工过程中,我们对该段理论顶力与实测值进行了分析比较,如下:
理论顶力计算: F=F1+F2
F 总顶力 ( KN )
F1 机头正面阻力( KN ) F1=1/4 π D 2 rH
            其中 D 机头外径( m )
            r 土的比重( KN/ m 3 )
            H 管顶覆土高度( m )
F2 管道摩阻力 F2= π D 1 f · L
      其中 D1 管道外径( m )
              f 管壁与土的平均摩阻力( KN/ m 2 )经验值,粘土层取 4.0
               L 管道总长度( m )
F1=1/4 π× 1.22 2 × 4.3=60KN
F2=
π D 1 f · L=3.14 × 1.2 × 4.0 × L=15 · L
顶力对比图




四、结论与建议

在无锡 312 国道的顶管施工中,我们取得如下经验:
  在市政污水管、给水管埋设施工中,需要有效地保护周围设施,必须根据当地土质条件、设计要求,合理确定施工方案,认真选型,专项设计,合理配备施工机械,才能取得良好的工程效益,尽可能地减小对既有环境设施的破坏。
  施工过程中,要因地制宜,有针对性地选定方案和施工工艺,精心组织,严格按技术规程操作,才能取得事半功倍的效果。
  我们可以看出,正是由于各相关部门之间的相互协调,密切配合,确定了较为合理的施工方案,最后,项目得以顺利完工,国道交通畅通无阻,为国家减少了有可能出现的损失,创造了良好的经济效益和社会效益。
  *触变泥浆是由膨润土、水和掺合剂按一定比例混合而成,当膨润土配合成泥浆时,土在水中体积可膨胀至原来的8~10倍,静止时,成凝胶状,形成相对稳定的结构,一经扰动后,即成浆液状,其作用是减少管壁与土体间的摩擦力,同时,对管壁土体起支承作用。

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cjd502 发表于 2012-11-30 08:04:54 | 显示全部楼层
本帖最后由 三T上人 于 2016-7-22 20:28 编辑 <br /><br />希望进一步学习

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bjmcm 发表于 2019-3-27 16:30:15 | 显示全部楼层
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