滨海地区蚕食式清障顶管施工工法2

'滨海地区蚕食式清障与大口径管件顶推施工工法1前言滨海（靠近海边、沿海——《辞海》）地区顶管施工与陆地顶管施工相比，难点在于滨海饱和含水地层中流塑性的淤泥、构筑物、岩石、抛填石等障碍物，沉积层结构复杂，顶管推进过程可能发生障碍、渗漏、透水、土体变形、塌方等施工问题，严重时将导致工程陷于瘫痪或施工失败。我们运用“滨海地区蚕食式清障与大口径管件顶推施工技术”，顺利完成了汕头市海滨路中段综合改造工程W20-W21号井段排水干管分项工程的顶管施工，本工程的关键技术事项已通过了相关单位组织的鉴定验收。在此基础上，形成了《滨海地区蚕食式清障与大口径管件顶推施工工法》，本工法可为同类型项目施工提供借鉴。2工法特点根据顶管线路设计中不可避免的滨海流塑性泥层、水下构筑物、岩石、抛填石等障碍物分布情况，顶管机的刀盘采用排式钻孔导管、可在60～90°范围内转动，对障碍物进行多组钻刀、转换角度钻削，取出由环形钻刀钻削形成的圆柱状局部障碍物（下称障芯），依次推进；遇到金属障碍物可在顶管机机前仓内割除；遇到流塑性泥层施行冻固术使其凝结形成环管件范围凝固层，以利于断面钻削和管件外环泥层不致蠕动而发生顶管施工偏差。当遇到机头下沉或顶推方向偏差时可以纠偏。本工法在解决滨海复杂环境下顶管施工中形成，蚕食式清障，对顶管施工进度虽然较慢，但技术措施得当，解决了本工程项目难于施工的问题。3适用范围3.1适用于滨海饱和含水地层、地下有钢筋混凝土构筑物、岩石、抛填石等坚硬障碍物的顶管施工。3.2适用于河道、坑池、湖泊淤泥地层的顶管施工。3.3适用于有坚硬障碍物的陆地地层的顶管施工。3.4适用于顶推公称直径DN1000～1600、厚度δ10～16mm的压力无缝钢管且两施工沉井间隔≤100m的顶管施工。4工艺原理顶管机（图4-1）钻削刀盘传递顶管机对土层的压力和障碍物的内压力，以克服开钻面压力，在开钻时保持土体压力平衡和稳定；以顶管机的顶推速度（钻削量）为常量，螺旋输送机转速（排渣量）为变量进行控制，达到机仓内土、水压力与钻削面的压力保持平衡稳定，从而控制地表面的沉降或隆起；当钻削过程遇到坚硬障碍物时，通过可转换角度、带刀具导管孔的刀盘（图4-2），对钻面障碍物施行逐排蚕食式钻削弃除（图4-3）；当遇到的障碍物是流塑性泥层时，通过刀盘上各个刀具导管孔上的单向止水注浆阀注入冻结液，对钻面及其周围的泥层进行冻固止水，然后以钻刀进行逐排钻削9 取芯排障（图4-4），钻面一旦遇到金属材料，可在顶管机前舱安全地施行焰炬割除，以便于继续顶进，最后完成顶管施工。顶管机简图（图4-1）刀具导管孔布置(图4-2)9 刀具钻削排障原理(图4-3)障芯样品(图4-4)5施工工艺流程及操作要点9 5.1工艺流程（图5-1）清障顶管工艺流程（图5-1）5.2操作要点5.2.1施工准备。根据探测资料、施工设计方案做好施工前期完成工作井、接收井、井面雨棚、龙门吊、变压器。在工作井内安装顶管导轨、顶管机、电动千斤顶、抽水机（潜水泵）及电源控制箱。备运料车、电焊机、氧割器、空压机、鼓风机、测量仪器等相应就位，施工人员着工装等。5.2.2顶管预备1）通过调整顶管导轨高度、实现顶管机面板中心（轴心）对准顶推管件中心，两中心的轴向偏差≤2mm。2）顶管机组与首节就位管件在导轨上的轴向水平偏差≤2mm。3）由于工作井直径φ8600mm，井底的顶管机组长4850mm，再加上液压千斤顶（零行程状态）及其支座占长1000mm，数值上只剩下2750mm长度的装管空间，因此在顶管机组上首次就位的管件长度应小于所剩长度空间250mm以上。故首节就位管件的长度定为2500mm。往后各节长度可以控制在6000mm范围内。4）测量顶管机后舱端面与管件端面接触的平面误差，差值≤±1mm为合格。5）检查管件前端与顶管机后舱对接口的密封是否可靠。6）启动液压站，检查各台千斤顶的顶推压力是否均匀,油缸9 行程是否同步,若出现偏差，需进行调整。5.2.3顶推过程的蚕食式清障。如遇坚硬障碍物应施行蚕食式清障作业。1）当顶管机前舱导孔钢管端接触障碍物时，按顺序自上而下逐个打开舱内导孔钢管的止水端盖，环形金钢刀具由导管孔装入，对障碍物进行逐排钻削，直至所接触的障碍物端面全部各点以刀具直径尺寸大小钻削排除。2）当钻削清障作业遇到钢筋、钢板等金属材料时，在其被钻削裸露状态下打开前舱门，并在鼓风机、空压机通风透气情况下，施行氧气火焰切割，并清除出舱。然后关闭舱门，以待下一步的障碍切割。3）当打开某个导孔钢管止水端盖，发现有海泥渗透入顶管机前舱时，应即时逐个打开注浆阀，加注凝结液冻固土体。冻固待时应在2小时以上。对于整个顶推面是渗透淤泥的土体，还应打开刀盘外缘各个可调角度导管孔注浆阀,对其进行环状冻固，冻固的面积在半径方向应大于所顶管件半径的50cm以上，构成一个卧柱状凝固体，然后逐排钻削顶管范围内的凝固土，以便管件顶进，凝固的土体保凝时间应在完成钻削清障顶进后3小时以上。4）对于坚硬障碍物在管件端面范围内其垂直面积小于管件端面、尚有淤泥渗透的，其渗透端面采取局部凝固后，连同坚硬障碍物一起逐排钻削。5）因钻孔导管在机头刀盘的布点间仍有一定距离，钻头不可能将障碍物一次性全部钻除，故在首次钻削清障后，还应转动刀盘一个角度，使导管孔对准未钻削的部位，以同样的方法钻削，余类推。6）钻削除去的障芯通过刀具导管排出，由打开前舱门，经中舱、后舱运上地面。5.2.4纠偏。在顶推过程中经测量发生偏离设计中心时，应采取纠偏措施，整个纠偏过程全部掌控在测量数值下操作。1）调整顶管机前舱顶推方向。按测量所得偏离中心数值，通过前舱4个纠正处理法兰口调整顶推方向，偏左则打开右法兰，偏右则打开左法兰，偏上和偏下打开法兰道理同此，以减少在管件相对面与土体的摩擦阻力，在顶推过程中实现纠偏。2）但前舱下沉偏离值较大，无法只以打开上法兰实现纠偏时，还需将上下两个法兰口同时开启，并在下部法兰口处植入2支以上钢管桩（φ100×5mm，桩长应小于前舱内径），以管桩和土体的摩擦阻力（需足够大）支撑机头前舱，不致其顶推过程中继续下沉，并在上部法兰打开情况下进行顶推，逐步纠偏，恢复到原顶进设计线路。5.2.5焊接管件。在顶进过程中，液压油缸的行程用尽而仍需继续顶进时，应视顶程加支钢管或加长块，实现顶推力的传递。每完成一节管件的顶推作业后，就应焊接下一节管件。1）对接管件端口采用“留间隙双面焊”，装配间隙为3mm。2）采用氩弧焊钢管自动电焊机，圈卷式连续电焊丝（H10Mn2），进行堆缝，焊缝堆满、连续，不产生气孔，焊缝高度≤1mm，高出部分应打磨平整。在全程多管焊接、焊缝偏高的情况下，顶推过程产生的摩擦阻力大，应磨平焊缝。9 3）检查管件焊缝是否焊透，有无焊渣滴漏粘在管壁焊缝上，未焊透的要补焊，有焊渣粘结的要剔除、磨平。4）两接管间水平中心线误差≤2mm。5.2.6管件表面防腐处理。顶推前对管件外壁涂刷2次红丹防锈漆、2次黑漆，全段顶推完成后，管内壁亦涂刷2次红丹防锈漆和2次黑漆，内外管壁涂刷层厚度分别为δ≥0.5mm。6材料与设备6.1主要施工材料钢管的力学性能指标须符合《流体输送用无缝钢管》GB/T8163-2008标准。液态氮的化学性能指标应符合《液态氮》GB/T8980-9699.999212标准。主要材料汇总如（表6-1）:主要材料汇总（表6-1）序号材料名称规格单位数量备注1压力无缝钢管DN1600×16mmDN1300×12mmm各73C202钢丝耐低温高压软管φ80×6m5003石棉保温板δ=30mm㎡1004棉胎4kg级条205塑料薄膜δ=0.5mmKg406焊条(丝)Φ2.5/3.2H10Mn2Kg1507电缆φ20mm×4m1008胶皮管φ20mmm2009钢丝绳φ16mmm12010氯化钙Cacl2t1.5干燥剂11氟利昂R-22Kg800制冷剂12液态氮-183°C级L1000冻固剂13有机膨润土HY-34t2粘结剂14液压机油DTE20（40°C粘度计10.4厘施）L60015五金材料及耗材适量6.2施工机具潜孔钻、变压器、顶管机、龙门吊、卷扬机、千斤顶、液压站、空压机、水平定向钻机、金刚钻头、排风机、潜水泵、氧气切割器、电焊机、打磨机、经纬仪、水平仪、汽车、砼搅拌机、钢纤、钢滚筒等，主要设备汇总如（表9 6-2）：顶管施工主要设备汇总（表6-2）序号材料名称型号规格单位数量备注1龙门吊MH25125DA325t套1配套双轨道长40m2汽车DF挂（10t）辆13卷扬机JM220KN套14卷扬机JM550KN套15电动液压千斤顶300t台8油缸行程1500mm6空气压缩机HUI-2-3/15V=3m3/min台27压浆泵UB3CP≥0.8MPa台28砼搅拌机JZM50025m3/h台19注浆机SYB50/50-135L/min台410电子经纬仪宾得ETH-32台111水准仪科力达KL-532台112液压站LSJ4×40040MPa台2单泵多油路式电机5KW380V13顶管机DN1600套1改装密排管式泥水平衡14水平定向钻机MGJ-80台1配金刚钻刀Φ100200支15电焊机SAP-300II2交直流脉冲氩弧焊机16潜水排污泵AS10-2CB15m3/h台4扬程8m17变压器S7-315/10台1容量：315KVA10KV7质量控制7.1质量控制7.1.1《市政道路、排水管道成品与半成品施工及验收规范》（DGJ08-87-2000）。7.1.2《市政排水管道工程施工及验收规范》（DBG08-220-96）。7.1.3《顶管工程施工规范》（DG/TJ08-2049-2008）。7.1.4《工程测量规范》（GB50026-2007）。7.1.5《市政地下工程施工质量验收规范》（DG/TJ08-236-2006）。7.2施工质量控制7.2.1材料质量控制。进入现场的材料须逐样检验，委托具有相关资质的检测机构对材料进行检查，各项指标检测合格后方可使用。7.2.2施工工艺控制。严格按照方案和施工技术交底方案进行施工，做好9 自检、抽检和互检等质量控制工作。7.2.3中途工间成果质量控制。顶推过程中每间隔1m要进行一次中轴线误差测量，全程记录。一旦发现有偏差，须立即查明原因，是因土体、障碍、阻力不平衡、下沉、上拱、渗漏等诸多因素的哪一部分发生顶推偏差，应及时采取相应措施，予以纠正，使误差控制在允许数值范围内。7.2.4最终成果质量控制。各工序全部完成5天后10天内，进行压力实验、测试、检查结构的变形值等各项指标是否达到标准规范的要求。8安全措施8.1应有工程施工应急预案，确保安全通道畅通，一旦发生透水、流泥、塌方、有毒气体泄漏等事故时，管内施工人员应能迅速撤离。8.2作为通风设备的空压机，应有一台备用，确保在5min内能启动供气。在进行氧气切割作业时，应使用鼓风机协助通风。8.3潜水泵应处在预备工作状态，随时可以启动。8.4在工业电源不稳定条件下，应配用发电机组，确保在5min内能供电。8.5管内作业人员须佩带口罩，还应备有防毒面罩。8.6龙门吊机工作时，工作井内严禁留人。8.7高处作业按《建筑施工高处作业安全技术规范》（JCJ-80-1991）、《高处作业分级》（GB/T36008-2008）执行。其他安全设施应符合安全技术规范的规定。9环保措施9.1施工中产生的余泥、废弃物全部运往环保部门设立的垃圾填埋场。9.2保护好工场围墙外海滨绿化带不受损害。9.3按照城市管理的规定时间施工，不发生噪声扰民休息。9.4工地厕所的灭菌和无害化处理。10经济效益分析10.1本工程合同造价245万元，工程的竣工交付使用，解决了汕头市海滨路中段综合改造工程顶管施工全线贯通的技术瓶颈，为全线的顶管施工提供了关键施工技术。10.2经改装的“蚕食式清障顶管机刀盘”，是在DN1600机型基础上改装成功的，实践证明适合顶管清障作业，改装费用25万元，能以较小的设备改装费用，解决了全线顶管工程中因本段顶管施工难度大而造成该标段少人应标、中途停工的费用损失，本改装机头及其顶管机组的投入使用，遏制了由于未有相应施工设备所造成停工180天的经济损失约180万元。9 11应用实例W20-W21号井段顶管工程为汕头市海滨路中段综合改造工程中排水干管的一个管段，长72m，设计为D1620×16mm压力无缝钢管，内套钢管D1320×12mm，管中心标高为-8.7m，管段为东西走向，横向穿过汕头市大洋造船厂宽度约27m的船坞，东西向与海滨长廊地下的排水干管联通。本工程需从船坞地下穿过桥台、码头、滑道等构筑物的桩基9排，其中两侧桥台护岸是砼构筑物，有大量不规格棱形石抛填岸边，水下地质层由杂填土、素填土、块石、花岗岩、黏土、石英砂及淤泥等呈不规则层次构成，地质情况钻探揭露明析，资料记录详实。本工程于2010年3月15日开工、2011年9月6日竣工，2011年10月5日经建设单位组织工程竣工验收，综合验收结论“符合设计及施工规范要求”工程质量等级评定“合格”，设计单位：中南市政设计研究院；监理单位：广东海外建设监理有限公司。12应用效果采用本工法施工的汕头市海滨路中段市政综合改造工程W20-W21号井段顶管工程于2011年10月15日交付，会同整个综改竣工工程，投入运行。在今年汕头的多次大、暴雨降水过程中，排水功能达到设计要求，运行正常，解决了汕头市东南区片多年雨季或讯期到来时街道积水、交通堵塞，甚至水入民宅、商铺的老大难问题，社会效益显著。9'