挤压式泥水平衡法顶管施工在穿堤工程中的应用

第４６卷第５期　２０１０年５月　甘肃水利水电技术　Ｇａｎｓｕ　Ｗａｔｅｒ　Ｃｏｎｓｅｒｖａｎｃｙ　ａｎｄ　Ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｖｏ１．４６．Ｎｏ．５　Ｍａｙ，２０１０　・施工技术・　挤压式泥水平衡法顶管施工在穿堤工程中的应用　玛碧山　（福建省水利水电工程局有限公司，福建泉州３６２０００）　摘要：中船长兴造船基地大堤内侧的雨水泵房工程穿堤中采用顶管作业，采取挤压式泥水平衡网格气压施工工艺，　通过选用顶管施工机具、顶管顶力、减阻措施、出土系统、止水措施、地面沉降措施、泥水管理等控制措施，有效地保　证了顶管工程质量、安全要求。　关键词：穿堤；项管；泥水平衡；施工工艺；技术措施　中图分类号：ＴＶ５５４￣．５　１前言　文献标识码：Ｂ　工程位于长兴岛造船基地，顶管位置分别位于大堤内侧　的１　、　雨水泵站和１　、２　、３　潮门井，排放口全部设置在大　堤外侧长江边，距离岸边均较近。各井从顶管工作井到穿越　大堤后的排放口处管线合计全长５７２．６　ｉｎ。钢管顶进敷设轴　线中心标高为一１．９０　ｍ，厂区地面标高为＋４．８０　ｍ，穿越大堤　部分长６０　ｍ左右，大堤顶标高为＋８．３０　ｍ。　在顶管施工中，把用水力切削泥土，以及虽然采用机械　切削泥土而采用水力输送弃土，同时有的利用泥水压力来平　衡地下水压力和土压力的这一类顶管形式都称为泥水式顶　管施工。馄水平衡理论就是以泥浆水在挖掘面上能形成泥　膜，以防止地下水的渗透，然后再加上一定的压力就可以平　衡地下水压力，同时也可以平衡土压力。　由上至下土层分布：①１—１吹填土、①１—２粉质黏土层、　泥水平衡式顶管施工最大的优点是：①适用的土质范围　比较广；②可有效地保持挖掘面的稳定；③与其他类型的顶　管比较，泥水顶管施工时的总推力比较小；④工作坑内的作　业环境较好，作业比较安全；⑤泥水输送弃土为连续作业，进　度比较快。　２工程概况　②３砂质粉土层、②３ｔ层淤泥质粉质黏土层、③淤泥质黏土　层。土层物理力学指标如表１所列。按常年地下水位０．５　ｍ　考虑。根据上海市工程建设规范及附近水分析测试成果资　料，拟建场地内地基土、地下水对混凝土均无腐蚀性。　顶管管段所处位置为②３砂质粉土层。　３施工方法　表１　土的物理力学指标参数　３　１工艺流程　施工准备一测量放样一工作井内设备布置及顶管设备　安装一安装管道一出穿墙洞一顶进一出堤坡一水下开挖一　下游及内外侧布置锚缆系统进行施工船舶位置的调整。　（２）顶管作业在附近设置１个清水池，泥浆可以直接排　放至大堤外侧滩地指定的弃土范围内，在不增加水下开挖工　作量的情况下，向外侧浅薄覆盖层处弃放，同时设置相应的　水下割工具管一吊取工具管一沉管安装一挡墙水下不分散　混凝土立模浇筑一抛石护管　３．２平面布置　拦淤设施，避免对长江水源造成污染。　３．３顶管工具　针对本工程对施工环境和施工工期要求，选用ＤＮ２０００　（１）按照本工程顶管工作井的位置、平面尺寸和工作量　情况，方便操作控制和周转调遣，顶进的主要控制设备均安　排在井上；水面施工船舶的停靠以码头或纵向栈桥为依托上　收稿日期：２０１０—０４—３０　的挤压式泥水平衡网格气压工具管。主机外型尺寸分别为　ＤＮ２０００顶进工具管外径为￣２０１０，长为４．２　ｍ；ＤＮ１６００顶进　作者简介：马碧山（１９７８一），男，福建惠安人，工程师，主要从事水利水电工程技术管理。　５３　・　・２０１０年第５期　甘肃水利水电技术　表２顶管施工主要设备　名称　工具管，台　进水泵／台　出泥泵　台　农用泵，台　平底潜水泵／台管道泵，台　第４６卷　工具管外径为￣１６１０。长为３．８　ｍ。　、　３．４顶进千斤顶设置　规格　数量　名称规格　数量　８　２　２　４　２　８　雨水泵站的ＤＮ２０００顶管工程的设计顶进距离为１０８　ｍ，后座的设计顶力不允许超过３００　ｔ，需设置一个中继间，　中继间设在离工具头２５　ｍ左右的地方。　３．５后座顶进系统　￣２０００　３（１台，１６００）　配电箱　个　２００Ａ　２２　ｋＷ　２２　ｋＷ　７．５　ｋＷ　７．５　ｋＷ　２２　ｋＷ　４　４　８　４　４　经纬仪，台　水平｛　台　Ｊｌ２　Ｓ３　压浆莉台　２２　ｋＷ　汽车吊，辆　千斤顶／只（１）后座主推油缸采用４只４００　ｔ千斤顶。千斤顶合力　中心应在钢管中心偏下直径的１／４处，主推千斤顶安装于后　２５　ｔ　４００ｔ　座型钢支架上。　（２）导轨平面布置：导轨安装在前方，接近穿墙管（以能　开启门洞为宜），其中心轴线与顶管轴线一致。　电焊　Ｌ，台　５０　ｋＶＡ　８　油泵车，｛眄　２２　ｋＷ　４　进标高和水平距离。　（２）顶进不偏移。　‘　（３）后座安装：后座反力墙上预先安装后座，其允许误　差为±５　ｍｍ，使顶力均匀扩散至后座上。　（４）后靠背与顶铁安装：后靠背采用５０　ｍｍ的厚钢板，　立面垂直不倾斜，在顶进时应注意防止后座位移。　（５）后座墙体外侧土体要求：根据设计要求，后座受力　（３）管线轴线偏移：Ｌ≤１００　ｍ，５０　ｍｍ；Ｌ＞１００　ｍ，１００　ｍｍ（Ｌ为顶进长度）。　（４）管内底标高偏差：￡≤１００　ｍ，＋３０　ｎｉｉｌｌ一４０　ｒａｍ；Ｌ－＞　１００　ｍ，＋６０　ｍｍ～８０　ｍｍ（Ｌ为顶进长度）。　５．２顶管施工质量控制措施　（１）工具头穿墙：沉井内顶进导轨、千斤顶的位置应安　需控制在３００　ｔ以内，由于工作深度较浅，四周土体不是原　状土，相对比较松软，所以后座部分的墙体外侧应进行压密　注浆。　装准确、牢固；顶进泵液压系统应工作可靠，千斤顶伸缩自　如；工具管下井后，应对其中心及前后高差进行复核；吊机应　３．６减阻措施　本工程设置一套注浆设备，注浆泵选用ＢＷ２００，拌浆泵　采用３”立式泥浆泵，拌和的泥浆储存在泥浆箱中，减阻泥浆　通过２　管道分接到每道注浆孔处，注浆孔处设置一只闸闶，　根据实际顶力的大小来进行注浆，顶进过程中确保最前方３　道注浆孔处于开启状态。　３．７出土系统　泥水平衡网格式顶管掘进机排出的泥浆通过管路输送　工作正常；穿墙前应对工具管进行检查调整并试验；纠偏液　压系统无渗漏，工具管纠偏灵活，测角表调零；各种机械试运　转半小时正常工作，管路无漏水等；压缩空气系统，泥浆减阻　系统通风系统运转正常；一切设备调试正常后并将临时止水　装置安装在工具管前方，将工具管顶进到钢封门前，用吊车　吊出钢封门，同时将工具管快速顶进穿墙管，橡胶止水自动　压紧，达到止水效果，待顶至泥浆环时撤除临时止水安装永　到顶管轴线终端覆盖层较溥的部位，或现场泥浆池，出土系　久止水装置；配备足够农用泵以备洞口土体塌方进水和流砂　时的应急措施。　统选用进泥泵、排泥泵。　３．８止水措施　本工程洞口止水措施主要有２种，其一是在穿墙洞外侧　进行井点降水，其二是在井内穿墙管采用止水橡胶圈或止水　法兰加牛油攀根，当工具管进洞时，橡胶圈向内翻起，使土体　中的水和泥砂不流进工作坑。　（２）定向测量：工作井制作结束后，按穿墙孔的实际坐　标进行测量放线，定出控制轴线，然后将控制轴线设放到工　作井测量平台。测量井平台的标高应按管道设计标高及工具　头测量点的位置来确定。　３．９地面沉降控制　及时控制进出水量，来控制出土量；掘进时应注意推进　速度；顶进过程中做到勤测，确保管线的直线顶进；在砂质粉　（３）顶进纠偏作业：在顶进过程中需不断的对工具管进　行纠偏操作，纠偏角度一般不大于０．５ｏ，最大不超过ｌｏ。　（４）触变泥浆减阻：采用触变泥浆减阻的方法顶进，以　满足设计中继环的数量。　土层顶进时，应在泥水仓内加入适量的气压，使泥水保持平　衡，不易塌方；触变泥浆不宜太厚；为减少大堤沉降量，在顶　进结束后，可考虑在大堤管段部分四周进行压密注浆。　３．１０泥水管理　（５）测量：测量仪器包括Ｊ２级电子经纬仪，以及Ｓ３级　水平仪各ｌ台。　（６）通风、通讯系统：工具头、头部、管内维修点、中继　环、主推千斤顶、泥浆房、控制室等，各部门应安装程控交换　泥水管理包括泥水的流量、流速、压力、相对密度等各个　方面管理，是本工程顶管施工中最重要的一环。泥水的压力　管理是指控制挖掘面上泥水压力比地下水土压力大１０　２０　机１台，在各岗位设置１门电话便于工作联系。　（７）顶管不良土层的处理技术措施：为防止因遇到承压　ｋＰａ的管理工作。　４主要设备　顶管施工主要设备如表２所列。　５质量及安全管理　水而产生流砂及渗漏的现象，应在工具头头部增加气压，以　保持泥水平，减少塌方，在非顶进过程中，如果时间较长，格　仓内加水平衡，在顶进过程中应勤测勤纠，以保持轴线顺直。　并且在中继间设置注浆孔，如情况紧急时可注入聚氨脂来堵　漏。　。　５．１顶管质量要求　（１）施工现场直接在工具头布置监测点，确保管线的顶　５４・　（８）顶进轴线控制：在顶进过程中，可有意识地向下偏，　到大堤下面时可向下偏１０　ｃｍ左右，在终顶（下转第５６页）　・２０１０年第５期　甘肃水利水电技术　第４６卷　２．３预制空心板芯模经济性比较　仅比较直接成本，１４块空心板配３套空气胶囊内胎模　（含备用１套）约需１２　０００元，而公路桥二预制空心板全　部采用聚苯乙烯泡沫的材料费，包括机具改造加工费约为　８　０００元，节省成本４　０００多元。　３聚苯乙烯泡沫替代预应力空心桥板芯模　１　交通桥是波波娜水电站进厂公路桥，位于发电厂房尾　水渠桩号尾０＋１３７．１００　ｍ处，是波波娜水电站进人发电厂房　最后绑扎顶板钢筋，完成剩余空心板混凝土的浇筑。　为控制混凝土入仓速度和铺料厚度，确保芯模底部混凝　土质量，满足边铺料、边振捣的要求。具体采取了如下措施：　采用人工手推车送料，铁锹辅助下料、人工铁耙铺料方式；严　格控制下料厚度不超过２０　ｅｍ，一次铺料长度不超过５０　ｃｍ；要求质检人员专人专责盯仓，振捣人员必须进入空心板　内部振捣，按照顺桥板长度方向平放　５０软轴振捣棒，依次　顺序振捣，杜绝漏振；在第２层混凝土浇筑时，注意两侧同步　均匀下料，严格掌握振捣时间，严禁振捣棒拉料和过振。避免　出现芯模偏移和上浮。对于聚苯乙烯泡沫芯模在板内平移时　破损剥落的掉渣，通过在后浇端端模底部预留清理孔，及时　的唯一通道，也是波波娜水电站防洪度汛的重点部位。１　交　通桥荷载等级为公路Ⅱ级，基本烈度Ⅶ度，桥长３０　ｍ，桥面　为２０　ｍ单跨预应力混凝土斜空心板，斜度３０ｏ。　３．１聚苯乙烯泡沫芯模的选定　１　交通桥现浇空心板空心尺寸为７４　ｅｍ￣６９　ｅｍ，属倒角　的四棱柱体，较公路桥预制空心板的空心尺寸更宽更高，芯　模面板制作相对简单。一般情况下，可以进人操作的此类空　用风管吹除。　现浇空心桥板聚苯乙烯泡沫芯模定位及浇筑分层如图　２所示。　心板宜采用定型模板，在空心板数量较大的情况下，优势比　较明显；若工期宽松，也可采用几套定型模板，成本也不会很　高。但本工程１。交通桥仅有６块桥板，全部采用定型模板价　格不菲，若采用单套芯模，则循环使用的工期较长。综合比　较，还是采用聚苯乙烯泡沫芯模更为经济，既可节省材料，也　能保证工期。　３．２聚苯乙烯泡沫芯模施工过程控制　采用聚苯乙烯泡沫定型芯模后，芯模底部混凝土如何保　证振捣密实，如何确保底部现浇混凝土质量是必须要解决的　技术难题。实际施工中，采用先浇底板、再放芯模，边浇筑、边　填充的分段施工方式，使这一问题得到了很好的解决。　先将全长ｌ９．１６　ｍ聚苯乙烯泡沫定型一套芯模加工为　１３块，其中１．５　ｍ长１２块，１．１６　ｍ长１块，前后两端芯模加　图２　１　交通桥现浇空心板中板施工示意图，ｃｍ　３．３现浇预应力空心板芯模经济性比较　工成与空心板同角度的斜柱体。在钢筋和外部模板制安完成　后，芯模暂不就位，并在空心板最后浇筑的一端预留出２．０　ｍ长范围的顶板钢筋，包括芯模定位钢筋暂不绑扎。浇筑时　１　交通桥现浇空心板全部采用聚苯乙烯泡沫的材料费，　以及增加的定位钢筋和加工费约为１５　０００元，采用１　ｃｍ厚　度木质板材的材料费，尚不包括用于围檩的方木为２２　０００　多元。比较芯模加固、拆除等的费用和对工期的影响，聚苯乙　烯泡沫优势仍十分明显。　４结语　从已绑扎好顶板钢筋的一端开始，先浇筑第一段的底板混凝　±，振捣密实且保证混凝土面达到设计厚度，人工去除超出　设计标高较多的混凝土。振捣人员退出后，从预留位置置人　第１块芯模，由人工沿定位钢筋平移至设计位置，待芯模准　确定位后，再开始下料浇筑该部位的侧墙、顶板及下～段的　底板混凝土。待第２段底板混凝土达标后将第２块芯模推人　顶紧第１块芯模，依次循环浇筑。当浇筑至最后一段时，将预　留段芯模底部混凝土振捣密实后再装入芯模，并加固牢靠，　聚苯乙烯泡沫芯模相比传统的空气胶囊内胎模、定型模　板、钢木组合模板，有着重量轻、易于采购、便于加工、成本　低、操作简单、减少工序等的显著优势，特别适用于数量较少　的空心板公路桥施工。　＾，　０＝　＾　ｃ　ｄ０　＾　＾‘　（上接第５４页）前可向下偏２０　ｃｍ左右，由于顶进结束时，工　具管受浮力的作用，管段会向上作用，这样才能使终顶标高　达到理想状态。　６结语　．　中船长兴造船基地大堤内侧的雨水泵房工程穿堤中采　用顶管作业，在施工施工过程中，有针对性地对工程实际地　质及地形情况进行分析，采用挤压式泥水平衡网格气压施工　工艺，通过选用顶管施工机具、顶管顶力、减阻措施、出土系　５－３顶管安全保证　现场设立以项目经理为主的安全管理网络，项目生产负　责人具体负责安全生产工作，项目设专职安全员落实安全措　施、监督各班组安全生产，形成有效的安全保证体系。同时制　定安全管理制度，落实有关安全技术措施、消防管理措施等。　统、止水措施、地面沉降措施、泥水管理等等一系统列控制措　施，有效地保证顶管工程施工质量、安全要求，取得预期效　果，对于有类似工程项目可参考借鉴。　・５６・