南通狼山水厂大口径顶管工程施工技术.DOC

南通狼山水厂大口径顶管工程施工技术 南通市泛华建设监理有限责任公司 □ 张涛 赵月红 摘 要：本文从顶管施工的工具管选型、主顶设备装置的选择，施工过程中的操作要点等方面进行了阐述。 关键词： 顶管 工具管 触变泥浆 液压系统 中继间 一、工程概况 南通狼山水厂二期工程进水管共2根，管内径为DN2200mm，每根进水管长161.3m，管中心绝对高程为▽-4.9m，埋深约9.0m，从在建的园艺博览园地下穿过，没有明挖沟槽的条件。经分析采用直线顶进顶管法施工,管材采用钢筒钢筋砼管（单节长2.50m、壁厚220mm）。自取水泵房向黄泥山东北侧陆域（出水）竖井方向顶进，取水泵房兼作顶管工作井，池壁允许顶力为6000KN。 由于两管相距较近中心间距为5.50m，考虑到双管同时顶进有可能造成干挠，采取单根顶进的施工方式，同时考虑到顶管顶进长度较大，施工中采用中间加中继环接力顶进和应用触变泥浆的施工措施。 二、顶管施工的原理及流程 在地面开挖一个顶管设备安装坑（俗称工作坑），在不破坏原地面的情况下将管道通过顶管设备逐节顶向指定位置。 三、设备选型 3.1工具管选型 选用工具管考虑具备以下性能： 3.1.1工具管能有效地阻止开挖面坍塌，防止地面下沉。 3.2.2管道在顶进过程中有可能遇到不明地下障碍物，工具管排障能力要强。管道在砂层中顶进，含水量大且地下水位高，工具管能有效克服流砂并能密封止水。 按上述特点DN2200的进水管顶进施工选用一台泥水气压平衡工具管。 工具管分开挖舱和操作舱二部分，中间有钢板密封隔离门，开挖舱设有挡土搁栅、防爆照明灯、高压水枪、加气孔，底部为吸泥口。隔离钢板中央设一道水密闸门可供人员进入开挖舱排障。上部左右各有一个观察孔，中间为水枪喷射装置。操作舱内设四组８０t纠偏油缸及纠偏系统、加压装置、出泥控制阀，尾部是一道气闸门。 3.2主顶装置 主顶装置由底架、顶进环及液压动力站等组成，是顶管施工的重要组成部分。 3.2.1底架 主要支承定位工具管、管节、顶环、中继环之用，底架为拼装式钢结构件，底架设置8只微型千斤顶，可以调整前后高度达到设计标高。底架上部设置轨道，左右对称分布，作为工具管、中继环、管节、顶进环的承载之用。 3.2.3顶进环 顶进时顶环放入管节尾部，起对中及向导作用，并传递油缸的顶力，使管节受力均匀。 3.2.4液压系统 选用双作用双冲程等推力油缸４只，油缸行程S=1500mm，每只油缸最大推力为3000KN，装备顶力为12000KN。施工时主顶额定顶力不大于6000KN，避免因顶力过大使管道变形，并确保取水泵房安全。 液压系统选用25SCY14-1和0SCY14-1B手动变量轴向柱塞油泵各一台组合而成，并分别配备Y160L-6和Y132M-6型电机。通过变频调速可自动改变油泵的流量，根据顶进时工况要求及时控制主顶油缸的顶速。 3.3顶力计算 已知：管道外径D＝2.64m；单根顶进长度L＝161.3m；采用泥水气压工具管；主站顶力为Pˊ＝6000KN；管道在粉砂夹粉土层中顶进，采用触变泥浆减阻，取平均摩阻力为f＝4KN／m2；轴线处最大水柱压力为7.0m，则施加的气压为Pn＝70KN／m2。 ①工具管正面阻力：F1＝1／4πD2（αR＋Pn） 已知：D＝2.64m; Pn＝70 KN／m2; 网格截面系数α＝0.5 挤压阻力R＝γ(H+2/3×D)tg(45°+φ/2) γ-土的天然密度（18.9KN/m3） φ-土的内摩擦角（27°） H-管顶土层厚度（7.7m） 则 R= 291.6 KN／m2 则 F1=1/4×3.14×2.642×(0.5×291.6+70)=1180.7KN ②管道单位摩阻力：f2＝πDf 取： f＝4KN／m2 则 f2＝3.14×2.64×4＝33.16KN／m ③全程最大阻力：F=f2×L+F1=33.16×161.3+1180.7= 6529.15KN ④主站最大顶力，按控制顶力6000KN计，小于全程最大阻力，故需设中继环。 ⑤第一道中继环安装位置：L1＝（P″k－F1）/f2 已知：P″＝6000KN，取：工作系数k=0.8 则 L1=(6000×0.8-1180.7)/ 33.16 =109.1 ⑥全程最大顶力：P总＝6000+6000×0.8=10800KN,大于全程最大阻力6529.15KN，设一只中继环可满足要求。 3.4中继环布置 由于采用了注浆减摩，管壁与土的平均摩阻力取4KN/m2，则管道单位摩阻力为33.16KN/m。后座千斤顶设计顶力取6000KN，经计算设一只中继环可满足要求，中继环布置在离工