泥水平衡顶管施工工法

泥水平衡顶管施工工法泥水平衡顶管施工工法 工艺原理 1 1. 泥水平衡顶管机工作原理 泥水平衡顶管机施工以泥水平衡原理为基本， 通过改变泥水仓的送、排泥水 量和顶进速度来控制排土量， 使泥水仓内的泥水压力值稳定并控制在所设定的范 围之内，从而达到开挖面的稳定。 2 2. 泥水平衡功能 泥水平衡输送系统有两项主要功能， 一是通过泥水来平衡顶管机施工时土体 和地下水对其产生的压力，稳定开挖面， 其二是将刀盘切削下来的土体在泥水仓 内进行混合后，将其由经过泥水管路输送到地面。 图 1 中右侧为泥水平衡顶管机。正常顶进过程，MV1 阀、MV2 阀打开，MV3 阀关闭。泥水由泵经送泥管送入，与进入泥水仓的切削土混合后，通过排泥泵经 排泥管送至地面。同时送入的泥水需在泥水仓内建立一定的泥水压力，此压力需 比顶管机处的土层的地下水压力高 Δp，通常为 0.015～0.02MPa。 顶管机上部的 泥水平衡压力是 P 3，底部的泥水平衡压力是P5。如果设γW 为清水比重，γ为泥 水比重，则有如下关系式： P 1=γW×h2 P 2=γW×(h2+Δh) P 3=γW×hl P 4=γW×(h1+Δh) P 5=P4+γ×h=γW×(h1+Δh)+γ×h3 图 1泥水平衡原理 P 1-顶管机顶部的地下水压力，P2-顶管机顶部的泥水压力，P3-基准面上的 地下水压力，P 4-基准面上地下水压力 P3+Δp 的水压力，P5-顶管机内泥水压力与 地下水压力相加的压力。 泥水平衡顶管机通常在 DEBC″梯形压力区域内工作。在设定泥水控制压力 时，取泥水仓顶部和底部压力和平均值，即： 3. 泥水控制原理 泥水平衡控制运用调节器和执行机构(调节水泵转速和控制阀开度)与被控 制对象构成闭环负反馈。根据被控参数的测量值与给定值之间的偏差，PID 调节 规律，对执行机构进行控制，以达到泥水平衡控制目的。 在停上掘进状态，用切口泥水压调节器控制 CV 阀开度或 P H 泵转速，使切口 水压达到设定值。 在“旁路”状态，切口水压调节器根据控制 P 1 泵的转速，使送泥水压达到 设定值。 在掘进状态， 切口水压调节器根据测得的切口水压与设定值进行比较，如果 泥水仓压力大于设定值，则切口水压调节器输出值降低，P 1 泵转速下降，进入泥 水仓的送泥水量减少，使泥水仓压力降低，反之亦然。同时切口水压调节器与送 泥水压调节器的输出值互为跟踪，是解决过渡状态转换的扰动，一旦转换完成， 切口水压调节器屏蔽跟踪信号，送泥水压调节器仅起信号传送作用。 在掘进状态， 排泥水密度的变化将导致排泥水流量的变化，这种变化会增加 切口水压调节器的泥水平衡控制负担。因此，由排泥水流量调节器稳定排泥水流 量，起到间接控制泥水平衡的作用。排泥水流量调节器控制 P2泵的转速，使排 泥水流量达到设定值。 四、工艺流程及操作要点 泥水系统的安装 工 程 开 始 测 量 放 样 放样复核 基 坑 构 筑 工作坑设备安装地面设备安装 出洞准备注浆材料准备 排泥 顶进 注浆材料准备 测量 下管、接口安装 进洞 取工具管 全线测量 收坑 工 程 结 束 操作要点： 1 1. 测量放线 顶管工作坑使用的中心和水准点 ,要引入坑下的牢固地点 .为确保工程质 量,必须对中心及高程严格控制. 测量的方法 （1）通视条件下的测量 使用交汇法引工作坑及接收坑预留洞口中心至各自的坑壁。置经纬仪至A 点，后视 B 点， 作 BA 直线的延长线，并在工作坑后部定出一点 C。保证 C、A、B 在一条轴 线上，置经纬仪在 C 点上，后视 A 点，在工作坑井壁上定出一点 A`，置激光经 纬仪基座于井下 D 点，并抄平固定激光经纬仪架，置经纬仪于 A 点，后视 B 点， 在激光经纬仪器架上定出 D 点，D 点同 A`、A、B 点在竖直方向上成一直线，安 装激光经纬仪于仪器架上，对中 D 点，后视 A`点，依设计轴线打好角度，既可 定出轴线。 （2）不通视条件下的测量 引出 A、B 两点后可根据导线法以及平移法定出 C、D、A`，其余步骤同通视 条件下测量定位。 2 2. 工作坑作法 （1）主工作坑外侧做双排水泥搅拌桩止水帷幕，防止因排除地下水而形成 的沉降。水泥搅拌桩桩长 12m，桩径 70cm，咬合 20cm，咬合形成止水帷幕。后 背采用密排 36#工字钢桩，桩长 12m。其它三侧采用 36#工字钢打间隔桩，桩与 桩间隔 0.8m。 工作坑采用人机配合开挖， 工作坑内用 36#工字钢横向焊二道支撑 框架，每道支撑由两根工字钢组成，四角用36#工字钢与框架焊牢，以确保工作 坑支撑牢固。挖至 1m 做第一道支撑框架，挖至管顶上 40cm 做第二道支撑框架。 （2）主工作坑基础做法：底板浇筑 C10 混凝土，厚 100 ㎜，基础内预埋铁 板，规格：20cm×30cm,共 16 块，其上焊接滑道。 （3）副坑外侧打双排水泥搅拌桩止水帷幕，内侧采用36#工字钢打间隔桩， 桩与桩间隔 0.8m。工作坑加固做法同主坑。工作坑采用人机配合开挖，工作坑 内用 36#工字钢焊二道支撑框架，四角用 36#工字钢与框架焊牢，以确保工作坑 支撑牢固（见示意图一） 。挖至 1m 做第一道支撑框架，挖至管顶上 40cm 做第二 道支撑框架，决不允许超挖后作框架。 示意图一 （4）主、副工作坑排水措施 工作坑内对角设直径0.5m、深1m 集水井两座，井内设水泵抽水，坑内四周设 30cm×30cm排水沟，1%坡度流向集水井。 （5）工作坑尺寸计算 工作坑宽：W=D+（2.4～3.2）m D：被顶进管子外径（m） 工作坑长：L=L 1+L2+L3+L4+L5 L 1：管子顶进后，尾端压在导轨上的最小长度，混凝土管一般取 0.3m L 2：每节管子的长度（m） L 3：出土工作间隙，根据出土工具确定，一般为 1.0～1.5m L 4：千斤顶长度 L 5：后背所占工作坑厚度 3 3. 洞口密封止水 顶管过程中， 无论是管子从工作坑中出洞还是在接收坑中进洞，管子与洞口 之间都必须留有一定的间隙。此间隙如果不把它封住，地下水和泥砂就会从该间 隙中流到工作坑内，会造成洞口上部地表的塌陷，甚至会造成事故，殃及周围的 建筑物和地下管线的安全。因此，顶管过程中洞口止水是一个不容忽视的环节， 必须认真、仔细地做好此项工作。 工作坑中，首先在管子顶进前方的坑内，浇注一道前止水墙，墙体可由级配 较高的素混凝土构成， 其宽度为 2.0～5.0m， 厚度约为 0.3～0.5m， 高度约为 1.5～ 4.5m。 然后再在前止水墙的预留孔内安装橡胶止水圈。洞口止水圈的构造是由混 凝土前止水墙、预埋螺栓、钢压环及橡胶圈组成。 4. 后靠墙 在工作坑内， 后坐墙是承受和传递全部顶力的基础，必须具有足够的强度和 刚度， 并有足够的安全度。后靠墙内配φ14@120 双向钢筋,砼标号为 C25,待砼强 度达到设计强度的 75%方可顶进。 后背墙的受力分析 潮湿程度 类别 种植土 淤泥 亚砂土、亚粘土、粘 土 反力 R 应为总推力 F 的 1.2～1.6 倍，以确保安全。 0 ＜ Sr ≤ 0.5 （稍湿） 400 350 400～450 0.5＜Sr≤0.8 （很湿） 30