大口径钢顶管施工工艺.doc

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1、大口径钢顶管施工工艺 本人有幸参与了电厂三期扩建工程中钢顶管工程，而在实际顶进过程中，又出现了地质报告中没有的两种地质：硬质石英岩地质古河道冲沟地层（粉细砂层）。本文主要就穿越这两种地质的施工工艺进行论述。穿越石英岩地质施工工艺石英岩很硬，顶管顶进速度慢，使挖掘面上部砂岩出现滑落，上部流砂涌入顶管机内，造成管节上部出现渗漏漏斗，灰浆池地面开裂。针对以上情况，我部将采取如下几点措施（1）启用气压平衡顶管法施工，平衡挖掘面水压力。（2）采用微差预裂爆破挖掘石英岩。（3）针对出现石英岩分布情况不明问题，需立即在右线顶管机头前方轴线上进行地质补堪，以确定石英岩是否属于孤石以及沿顶管方向分布长度，以便于

2、采取后继的相关措施。（一）、主要施工工艺1、气压平衡顶管施工工艺（1）气压法顶管介绍气压法顶管是在顶进管道的前方工具仓机头内设置气压密封门形成气压舱，向舱内充入压缩空气，由于压缩空气向正面土层的孔隙隙中渗透，将工具管前方土层中的地下水从土壤的孔隙中排挤到远方，给工具管作业面提供一个无水稳定的环境，同时，气体的压力也使机头前的土体开挖面维持稳定而不坍落。（2）气压舱布置在顶管机头处设置两道钢封门，将顶管机头及第一节管节（1#管）分割成两个舱。同时在第二道封门上安装两个钢管舱口，分别为出土舱口和人员进出舱口。 1#封门主要用于防止塌方、流砂、透水等事故的应急封闭和爆破减震，门上设有观察室，方便掌握

3、工作面情况。2#封门安装有主封门用于非施工阶段人员、设备进出；1个“人行舱”用于充气加压后人员进出，1个“出土舱”用于出土，1个进气管用于加压，1个排气管用于减压，1个压力表用于读取和控制舱内压力，1个排水阀用于排除舱内积水。（3）气压平衡加压系统布置加压系统主要由空压机组、空气过滤器、减压阀、进气管、阀门等组成，气压仓的气压是通过工作井外的空压机提供，空气需过滤，地下水头大时，应有备用空压机。（4）气压顶进工作操作步骤当2#封门关闭且增压后（约0.1MPa），工人自人行舱进入，人行舱和出土舱管道（1100mm，L=1800mm）两头分别安装密封门，可交替打开防止人员进出和出土操作时漏气。首先

4、将机头前挖出的土运到一、二道门之间的转运舱内，然后打开出土舱内侧封门，气体继续稳压机头前仓，将土转运至出土舱管道内，再关闭出土舱内侧封门并打开外侧封门，以防止气压泄露，此时可将出土舱管内土运至工作井。管道是边挖边顶，开挖量与顶进长度相匹配。（5）开挖顶进平衡控制第一、顶管掘进机在顶进过程中，气仓压力与它所处土层的地下水压力和土压力处于一种平衡状态；第二、它的开挖量与掘进机顶进所占有的土的体积也处于一种平衡状态。在顶进过程中，其气压仓的压力P如果小于所处土层的地下水压力和主动土压力P1时，地面就会产生沉降：反之，气仓的压力如大于所处土层的地下水压力和被动土压力P2时，地面就会产生隆起，这是一个逐

5、渐演变的过程。我们要将气仓压力控制在Pl至P2之间，才能达到平衡。（二）、预裂爆破开挖施工工艺（1）爆破工艺流程顶管右线顶进至255.6m（不含机头3m）处出现了与地质报告不符的坚硬石英岩，为了保证掘土施工进度，结合隧道爆破技术经验，我部将采用掏心微震爆破法破除岩层，人工装运出土工艺。爆破顶进施工工艺流程：地质调查放样布眼掏心爆破通风排气顶进挤土人工出土。（2）爆破技术设计根据该工地地质及气压法施工环境情况，爆破方案设计要点如下：a、布孔：采用水平孔直线桶形掏槽.炮眼数目：N=3.3(fS2)1/3+6（光爆孔）=3.3(129.079)1/3+6=39(个)炮眼深度：L=1.5-1.8m光爆

6、孔孔距b=0.4m单位炸药消耗量：q=1.9kg/m3b、装药量：掏槽眼1.5-1.8m；辅助眼1.2-1.4m；周边眼0.9-1.1m。c、装药结构：掏槽孔、辅助孔采用柱状连续装药，周边孔（石英岩部分）采用间接或不耦合装药结构的光面爆破。d、起爆方法：采用微差爆破技术(t=2550ms)，选用毫秒延期导爆管雷管分段簇联起爆。（3）爆破技术要点针对上述爆破条件特点，为确保施工效率、施工安全与施工进度，爆破设计与施工中采取了如下技术措施:a、采用小孔网爆破参数，辅助眼、周边眼单孔最大装药量不得大于0.5kg；b、微震爆破控制爆破单响药量，掏槽孔单孔最大装药量不大于2.5kg。c、钻孔底部的最小距

7、离不得小于30cm；（5）相关计算掏槽孔单孔装药量Q=qV/N式中:单位耗药量，这里值（按七类土）查表取1.9kg/m3；V掏槽眼爆破的岩石体积，m3。N掏槽炮孔数，N=4个。V=1.5*3.14*1.12=5.7m3则Q=1.9*5.7/4=2.7Kg。（6）堵塞长度药孔法破碎岩层用2#岩石乳化炸药这种低级炸药，装入时，可将装药整卷直接放入药孔，一筒一筒往里丢；也可揉成粉状倒入。装药结束后一定要进行填塞。选择合适的填塞长度后，使炸药能量尽可能朝抵抗线方向作用，并控制爆轰气体对空气的冲击，使爆轰气体对岩石进一步破碎。填塞长度(L2)和孔径(d)有关：L2=(2030)d，填塞长度在5070cm

8、为宜。填塞时可用青粘土或砂质粘土加以填塞，边填塞边用炮棍捣实，应先轻后重，切勿将雷管脚线捣断。2、爆破施工安全措施爆破危害有爆破震动、空气冲击波、飞石、噪声、有毒气体和灰尘。如果对其认识不足或或没有采取必要的安全措施，就有可能发生爆破事故，造成不良后果，甚至导致整个爆破作业失败。因此对上述危害必须加以控制。（1）爆破震动校核质点震动速度计算：根据对萨道夫斯基公式适当修正后，得到的经验公式，并用国家爆破安全规程(GB6722-2003)规定的安全标准校核。式中：V质点垂直震动振速，cm/s；Q一次最大齐爆药量，kg；R爆破中心与被保护建筑物的距离，m；K与地形、地质有关的系数，K取135，；地震

9、波衰减系数，取1.5。一般砖房、非抗震的大型砌块建筑物：V取23cm/s；钢筋混凝土框架房屋：V5cm/s。以顶管埋深到地面的距离22m计算，计算得V=2.05。小于控制的安全震动速度标准，爆破引起的地面震动对建筑物来说是安全的。二、穿越粉细砂层施工工艺因顶管现阶段所处该地层无法承受机头自重及纠偏反力，且管道顶进中涌水、涌砂导致上部土体沉降塌陷， 厚23m左右的软弱覆土应力拱消失，管周主动土压力非常大，使得顶管各中继间顶力远远超出额定油压（32MPa）,达到45MPa以上，为增加顶力减小油压，我部于12月6日在左线1#、2#中继站增设小千斤顶（由原30个增加至40个），使油压维持在42MPa左

10、右。因在此软弱地层中无法进行有效的纠偏，机头自320m桩号位置出现了下沉“扣首”现象，期间项目部一直最大限度采取纠偏措施，纠偏千斤顶保持12cm（最大）纠偏幅度，但效果仍不明显，尤其顶至桩号384m-404m这20m段，机头突然快速下沉，达到24mm/m的下沉速率，现机头处累计下沉已达到98cm。（一）、总体处理方案1、在2#中继站后方安装气压舱门，采用气压平衡用以防止中继间和机头部位涌水涌砂，从而减小子堤沉降，并平衡机头土体，清理机头处流砂后可探明机头前方情况（有无木桩、孤石等）。2、在2#中继间增设两个400t千斤顶，用以增加顶力。并在管道较大变形段（2#中继站至1#中继间）增设临时支撑，

11、以防止管道变形扩大。3、当增设气压和顶力后仍不能顶进时，则对2#站至1#站之间管道外部土体采用高压射水方法，以冲刷破坏管周附着土体，从而减小管壁摩阻力。（二）、主要施工工艺（1）气压舱布置在顶管2#中继站后部管节处设置一道钢封门，同时在封门上安装1个钢管舱口，作为人员进出舱口。2、增设千斤顶施工工艺（1）千斤顶布置2#中继站目前布设有40个50t小千斤顶，总顶力为2000t，现在2#站管节下部左右各增设两个400t千斤顶，增加顶力至2800t。（2）变形管节加固措施根据我部对左线整体管线管节失圆量测量，在2#站至1#站之间共9节管节发生了变形，因此对此部分管节采用槽钢支架进行横向和纵向加固，防

12、止顶进中因管道上部土压力过大而导致管节变形加大甚至破坏。3、管周高压射水减阻工艺（1）钢管管周共设有5个注浆孔，每根管节2排，2#中继间至1#中继间共18排注浆孔，可分排依次进行高压射水减阻施工，还可根据需要往返重复射水减阻施工，以达到更好减阻效果。（2）由于2#中继站至机头段可气压平衡水土压力，注浆管拆除后，可避免注浆孔发生涌水涌砂，根据右线气压顶进经验，气压舱压力保持0.12MPa左右即可。（3）首先将管节顶部注浆孔与高压水管相连，其余注浆孔阀门打开，高压水自顶部注浆孔射入，冲刷管周土体后泥水自其余4个注浆孔流出，从而达到松动、破坏管周土体目的，这将大大减小管周土体摩阻力，保证顶管顺利顶进。三、结束语 通过本工程的参与，我深入了解到钢顶管在硬质石英岩地质和古河道冲沟地层（粉细砂层）中的施工工艺和方法，为以后的施工积累了经验，同时也有以下几点体会：（1）勘察资料的准确，顶进系数控制准确，正确顶进工艺选择，是钢顶管顺利顶进的前提条件。（2）气压法顶管工艺土层稳定安全，动灵活，在砂性土、粉质粘土、软塑粘土中顶进时，功效好。在岩层中爆破时，装药量和排距要谨慎布置，采取必要的安全措施防止爆破震动、空气冲击波、飞石、噪声、有毒气体和灰尘等爆破危害。（3）在顶管顶进过程中应成立专门的量测小组，测量小组负责测点埋设、日常测量、数据处理等工作，并及时将量测信息反馈于施工和设计。6