【文章內(nèi)容簡介】 F頂進(jìn)阻力(KN) D0頂管外徑(m),按線路管徑D=1000mm，取D0＝ m L—管道設(shè)計最大頂進(jìn)長度(m)，80m fk—管道外壁與土的單位面積平均摩阻力(KN/㎡)經(jīng)驗值fk=6KN/㎡ NF頂管機(jī)的迎面阻力(KN)，查表得：NF=（π∕4）Dg2γH0 式中 H0—管道覆土厚度， γ—土的濕密度，取18KN/m3解得：NF=（）18=則：F=806+ ==，實際選用設(shè)備四支200t頂鎬（根據(jù)施工經(jīng)驗和現(xiàn)場情況，頂力遠(yuǎn)小于計算頂力，因此無需增加額外頂力系統(tǒng)即可滿足要求）。 各種管徑管道頂力計算表管徑(mm)壁厚(mm)頂力(KN)計算頂進(jìn)長度D100010030m 施工前根據(jù)各管徑頂力計算分別選用不同頂鎬設(shè)備。后座墻主要功能是在頂進(jìn)過程自始至終地承擔(dān)主頂工作站頂管前進(jìn)時的后坐力。后座墻的最低強(qiáng)度保證在設(shè)計頂進(jìn)力的作用下不被破壞，要求其本身的壓縮回彈量為最小，以利于充分發(fā)揮主頂工作站的頂進(jìn)效率。在設(shè)計和安裝后座墻時，使其滿足如下要求。（1）要有充分的強(qiáng)度，在頂管施工中能承受主頂工作站千斤頂?shù)淖畲蠓醋饔昧Χ恢疗茐?。?）要有足夠的剛度，當(dāng)受到主頂工作站的反作用力時，后座墻材料受壓縮而產(chǎn)生變形，卸荷后要恢復(fù)原狀。（3）后座墻表面平直，并垂直于頂進(jìn)管道的軸線，以免產(chǎn)生偏心受壓，使頂力損失和發(fā)生質(zhì)量、安全事故。（4）材質(zhì)要均勻，后座墻材料的材質(zhì)要均勻一致，以免承受較大的后從力時造成后座墻材料壓縮不勻，出現(xiàn)傾斜現(xiàn)象。:后座墻的強(qiáng)度取決于千斤頂在頂進(jìn)過程中施加給后座墻的最大后沖力，后沖力的大小與最大頂力相等。影響頂力的因素甚多，可分為客觀因素及主觀因素兩類。客觀因素包括管材種類、管徑大小、頂距長短、覆土厚度、土的種類、地下水位、管節(jié)重量等；主觀因素包括操作誤差、頂進(jìn)方法、中途停工與否、是否采用潤滑劑等。（1）頂進(jìn)誤差在頂進(jìn)過程中，由于土質(zhì)、設(shè)備的操作等原因，導(dǎo)致管子的方向或高程出與偏差，這種偏差稱為頂進(jìn)誤差，簡稱誤差。這種誤差將導(dǎo)致頂力增加。技術(shù)熟練的工人既能采取措施防止誤差的出現(xiàn)，又能及時發(fā)現(xiàn)誤差的趨勢而加以校正，使誤差發(fā)展不致過大，并保持在容許范圍以內(nèi)，頂力即使增加也不顯著。否則，當(dāng)誤差出現(xiàn)時，校正易操之過急而造成管線上出現(xiàn)折線段、錯口等現(xiàn)象，從而導(dǎo)致頂力不斷增加，使后座墻遭到破壞。（2）中途停工頂進(jìn)作業(yè)一開始，中途就不能停頓。如果停止一段時間后再頂進(jìn)，其起始頂力要大大超過停工前的頂力。這主要是由于停工時間過長，使管頂土層坍落的緣故。在地下水位以下頂進(jìn)時，因停頂而使液化的粉細(xì)砂將管周圍包裹起來，頂力也會大大增加，如果頂力增加至后座墻的設(shè)計強(qiáng)度，此時就不能再頂進(jìn)，必須對后座墻進(jìn)行加固后方可再頂進(jìn)。另外，在頂進(jìn)過程是否采用注漿潤滑措施，對頂力的影響甚大。如采用注漿潤滑，施工中的頂進(jìn)阻力將減小很多。 頂管時要求后座墻具有充分的剛度，以避免往復(fù)回彈，消耗能量。要保證受最大頂力時不變形，或只有少量殘余變形，后座墻盡量采用彈性小的材料。如果后座墻彈性過大，頂進(jìn)的后沖力先壓縮后座墻，直到后座墻被壓緊而不能再壓縮時頂力才向前發(fā)揮作用使管段前進(jìn)，千斤頂卸荷，后沖力解除后，后座墻雖然有殘余變形但不大，甚至可以恢復(fù)到未受荷載的狀態(tài)，可是下一次頂進(jìn)時，仍要先壓縮后座墻，因而每次頂進(jìn)都要浪費一段千斤頂行程于壓縮后座墻。用短行程千斤頂，行程一般為2000mm，而后座墻壓縮量為5～10mm，這樣就可使千斤頂行程在頂管前進(jìn)時的利用率只有70%～80%，每頂進(jìn)3m長的管節(jié)，需12～14個行程。若再考慮到傳力工具的壓縮，需要的行程數(shù)還要增加。所以，要提高頂進(jìn)效率，除采用長行程的千斤頂外，還設(shè)法增加后座墻的剛度。 后座墻設(shè)計與驗算本工程是將混凝土墻加墊鋼板作為千斤頂?shù)暮笞鶋?。后背作為千斤頂?shù)闹谓Y(jié)構(gòu)，要有足夠的強(qiáng)度和剛度，且壓縮變形要均勻。所以，進(jìn)行強(qiáng)度和穩(wěn)定性計算。1）矩形豎井后座墻（1） 后座墻設(shè)計根據(jù)最大管道直徑（1000mm）選擇厚80cm的鋼筋砼后背墻，寬度5m，，內(nèi)置Φ25雙排主筋，間距10cm。外側(cè)以預(yù)制鋼后背為模板，兩側(cè)支模，內(nèi)澆筑C40混凝土。頂砼管穿越鋼筋砼后背范圍，為便于調(diào)頭頂進(jìn)，采用膨脹水泥打眼處理。調(diào)頭頂進(jìn)時，用已頂進(jìn)管子做后背，管前增設(shè)外加工特殊整體邊圈。 （2）工作坑后背的受力分析及驗算 后靠背受力計算公式 ） 式中： R總推力之反力(－) a－系數(shù)(－)，取2 B－后座墻的寬度(m)　取5m γ－土的容重(KN/m3) H－后座墻的高度(m)， Kp被動土壓系數(shù)為tg2（45176。+φ/2） c土的內(nèi)聚力(kPa) 一般情況下取18 h地面到后座墻頂部土體的高度(m)， 則：R=25(18＋218＋18)=19634KN＞== 因此，工作井后背能滿足要求。3）后座墻允許偏差 頂管導(dǎo)軌安裝導(dǎo)軌安裝是頂管施工中一項重要的工作，安裝的準(zhǔn)確與否直接影響管道的頂進(jìn)質(zhì)量。（1）將導(dǎo)軌直接平鋪工作坑底部，測量導(dǎo)軌的中心位置與高程偏差，其允許偏差為：導(dǎo)軌內(nèi)距：177。2mm；中心線：3mm；頂面高程：0～3mm。（2）使用25工字鋼穩(wěn)固導(dǎo)軌，工字鋼一端須牢牢抵在工作坑側(cè)墻上，另一端與導(dǎo)軌焊接，每根導(dǎo)軌不小少3根工字鋼。 （3）安裝后導(dǎo)軌要牢固，不得在頂進(jìn)施工中產(chǎn)生位移，且需設(shè)專人經(jīng)常進(jìn)行檢查。 （4）導(dǎo)軌內(nèi)距的確定 其中：A—兩導(dǎo)軌內(nèi)距（mm）； D—管外徑（mm），D=1100mm； h—導(dǎo)軌高度（mm），取140mm； e—管外底距枕木面高程，一般取20mm則：A= （mm）導(dǎo)軌安裝內(nèi)距為686毫米。 （1）使用50噸吊車吊裝，將掘進(jìn)進(jìn)機(jī)放入頂進(jìn)坑內(nèi)的導(dǎo)軌上，前端距井壁約400毫米。 （2）就位后先檢查掘進(jìn)機(jī)的軸線是否與頂進(jìn)坑軸線、導(dǎo)軌軸線以及主頂油缸的軸線保持一致，發(fā)現(xiàn)偏差立即調(diào)整。（3）機(jī)頭必須對電路、油路、氣壓泥漿管路等設(shè)備進(jìn)行逐一連接，各部位連接牢固，不得滲漏，安裝正確，并對各分系統(tǒng)進(jìn)行認(rèn)真檢查和試運行。 為防止頂管機(jī)出洞、進(jìn)洞時土體滑塌，在工作坑和接收坑洞門處均須進(jìn)行超前小導(dǎo)管注漿加固。具體做法為頂管進(jìn)、出洞豎井側(cè)壁后2m范圍內(nèi)進(jìn)行注漿加固。為保證始發(fā)井后背后方土體能夠承擔(dān)足夠的頂管頂力，始發(fā)井后背后方土體3m范圍內(nèi)進(jìn)行注漿加固。加固寬度根據(jù)豎井井型、作用分別如下圖。 洞門注漿加固施工方法注漿要求及方法同豎井超前周圈注漿，注漿漿液選用純水泥漿，水灰比1:1。 完成洞口加固后，開始穿墻洞口施工：首先，在穿墻洞口位置放線出一個內(nèi)環(huán)直徑大于混凝土套管外徑的圓環(huán)，；其次，分4段人工鑿除圓環(huán)內(nèi)混凝土、割除頂管坑鋼格柵及網(wǎng)片、安裝圓形格柵（圓形格柵與原格柵焊接牢固）、噴射C20混凝土并安裝預(yù)埋件；第三，人工鑿除穿墻位置的混凝土，將厚20mm的鋼板與洞口周邊預(yù)埋件焊接牢固用于擋土。 井壁開洞施工如下圖所示。第一步：在穿墻洞口位置放線出一個內(nèi)環(huán)直徑大于混凝土管外徑的圓環(huán)，第二步：分四段人工鑿除圓環(huán)內(nèi)混凝土、割除鋼格柵及網(wǎng)片第三步：同步安裝圓形格柵（圓形格柵與原格柵焊接牢固）第四步：同步噴射C20混凝土完成整個圓環(huán)格柵安裝及混凝土噴射 鑿除穿墻位置混凝土圓形豎井開洞施工原理與矩形豎井基本相同，只是為了保證受力體系轉(zhuǎn)換過程的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，需加設(shè)彎梁及立柱。井壁開洞如下圖所示：先施做洞門上臺階兩根立柱及一根圓弧橫梁（受力體系轉(zhuǎn)換），并架設(shè)圓拱，圓拱格柵與豎井格柵采用“L”型φ25螺紋鋼連接筋連接。 隨后架設(shè)洞門下側(cè)兩邊立柱，并架設(shè)圓拱的下段，圓形格柵與豎井格柵采用“L”型Φ25螺紋鋼連接筋連接。掛雙層網(wǎng)片，噴射C20砼，封閉成環(huán)。人工鑿除穿墻位置的混凝土，將厚20mm的鋼板與洞口周邊預(yù)埋件焊接牢固用于擋土。加強(qiáng)監(jiān)控量測此部位的沉降、收斂數(shù)值，及時調(diào)整支護(hù)方式，確保受力體系轉(zhuǎn)換過程的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。接收坑井壁開洞與頂管坑工序完全相同，只是為安裝喇叭口，開洞尺寸稍大。止水環(huán)安裝在工作井預(yù)留洞口，具有防止地下水、泥砂和觸變泥漿從管節(jié)與止水環(huán)之間的間隙流到工作井。穿墻止水環(huán)組成部分為：預(yù)埋鋼板環(huán)；橡膠圈；鋼壓板；鋼壓環(huán)；螺栓。止水環(huán)結(jié)構(gòu)采用鋼法蘭加壓板，中間夾裝20mm厚的橡膠止水環(huán)，具體如下圖。止水圈里平面與井壁要密實，以防漏漿，影響注漿效果。 泥水平衡頂進(jìn)示意圖 頂進(jìn)中的方向控制 ①有嚴(yán)格的放樣復(fù)核制度，并做好原始記錄。 ②布設(shè)在工作井后方的儀座必須避免頂進(jìn)時移位和變形，必須定時復(fù)測并及時調(diào)整。 ③頂進(jìn)糾偏必須勤測、多微調(diào)，糾偏角度應(yīng)保持在10’20’176。并設(shè)置偏差警戒線。 ④初始推進(jìn)階段要減慢主頂推進(jìn)速度,不斷調(diào)整油缸編組和機(jī)頭糾偏。 ⑤開始頂進(jìn)前必須確定坡度、每米、每節(jié)管的位置、標(biāo)高。 (1)頂管下井前應(yīng)作一次安裝調(diào)試，油管安裝先應(yīng)清洗，防止灰塵等污物進(jìn)入油管，電路系統(tǒng)應(yīng)保持干燥，機(jī)頭運轉(zhuǎn)調(diào)試各部分動作正常，液壓系統(tǒng)無泄漏。 (2)機(jī)頭下井后刀盤應(yīng)離開馬頭門1m左右，放置平穩(wěn)后重測導(dǎo)軌標(biāo)高，高程誤差不超過5mm，既可開始鑿除封門并應(yīng)盡量鑿除干凈，不要遺留塊狀物，同時可進(jìn)行土體取樣，使用Ф100，L=500mm的兩根鋼管在洞口上下部各取長400mm的土樣，取樣工作完成后隨既頂機(jī)頭，使機(jī)頭刀盤貼住前方土體。 (3)機(jī)頭屬于刀盤不可伸縮型，土壓力表所顯示的土壓力為泥倉土壓，顯示的土壓力與實際頂進(jìn)的土壓力存在一個壓力差ΔP，此值一般取1530T，由于進(jìn)泥口是衡定的，機(jī)頭的土壓控制主要通過頂速來調(diào)節(jié)，每次初頂時先調(diào)節(jié)好送水壓力，然后打開機(jī)內(nèi)止水閥，轉(zhuǎn)動刀盤，關(guān)閉機(jī)內(nèi)旁道，待流量達(dá)到額定值的80%時既可開始頂進(jìn)，送水壓力可通過機(jī)內(nèi)壓力調(diào)節(jié)既可完成。 頂管機(jī)、頂進(jìn)系統(tǒng)、泥漿系統(tǒng)調(diào)試完畢，其他各項準(zhǔn)備工作就緒后，拆除擋土鋼板，頂進(jìn)掘進(jìn)機(jī)到穿墻孔內(nèi)，掘進(jìn)機(jī)與第一節(jié)混凝土套管采用剛性聯(lián)結(jié)，避免機(jī)頭“磕頭”，在掘進(jìn)機(jī)最前端與掘進(jìn)面之間壓滿泥漿。因出洞口處為加壓注漿固結(jié)體，剛開始頂進(jìn)時盡量慢，出洞10～15米范圍，工具頭前端有土壓力，并且由于管道較短，摩擦力比較小，為避免管道整體產(chǎn)生較大后退造成掘進(jìn)機(jī)前端塌方，當(dāng)后座千斤頂回收時，需要用2根216。108鋼管頂住砼管，避免后退。 正常頂進(jìn) (1)土壓倉內(nèi)土的流塑性控制：本機(jī)頭具有可控流量的加泥系統(tǒng)，頂進(jìn)時向土壓倉加泥，粘土層和粘土砂石層加泥量控制在每方出土加泥量10%，砂、砂礫石層每方出土加泥量30～35%，頂進(jìn)時可視出土的流塑性增減加泥量。 (2)泥漿在整個頂管過程中起著關(guān)鍵作用，泥漿的壓力、濃度影響挖掘面的穩(wěn)定性。泥漿濃度流量影響到切削下土體能否正常送到地面。泥漿配比要在優(yōu)選貨源的前提下優(yōu)化配比，并能根據(jù)土質(zhì)變化及時變化。 (3)頂管施工中要根據(jù)不同土質(zhì)、覆土深度和地面沉降的情況，配合第三方監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析，及時調(diào)整泥水與土壓平衡值，同時要求坡度相對的平穩(wěn)，控制糾偏量，減少對土體的擾動。根據(jù)頂進(jìn)速度，控制排泥量和地層變形的信息數(shù)據(jù)，及時調(diào)整注漿壓力和注漿量，從而將軸線和地層變形控制在最佳的狀態(tài)。 (4)頂進(jìn)糾偏：不斷地觀察光靶上的激光點是否偏移，如發(fā)生偏移2cm左右，預(yù)測機(jī)頭傾角又是有向偏差大的方向發(fā)展趨勢時，要考慮采取糾偏措施，中心偏差到4cm時，要測機(jī)頭前后中心偏差，如中心偏差是向加大偏差發(fā)展趨勢就要糾偏。糾偏時開動糾偏千斤頂。176。，糾偏時每30cm測量一次，并做機(jī)頭和機(jī)尾數(shù)據(jù)比較，有回歸趨勢，保持一段頂進(jìn)距離，就要停止糾偏，防止左右擺動。糾偏時做到勤糾、微糾。檢查項目允許偏差檢查數(shù)量檢查方法范圍點數(shù)1水平軸線無壓管道15每節(jié)管1點經(jīng)緯儀測量或掛中線用鋼尺量測壓力管道302管底高程Di≤1000無壓管道177。10水準(zhǔn)儀測量壓力管道177。30Di＞1000無壓管道177。15壓力管道177。30 (5)頂進(jìn)速度控制:本工程頂進(jìn)速度控制在30mm～50mm/min，前30m和糾偏時用較低速度，以后視泥水倉泥壓、泥漿流量情況適當(dāng)加快頂進(jìn)速度。下管時，機(jī)頭在停止頂進(jìn)的狀態(tài)下，刀盤轉(zhuǎn)3～5分鐘，打開基坑旁通閥門，在停機(jī)時排泥液壓門關(guān)閉，并斷電以保證泥水倉，同時打開沖洗閥門沖洗排泥管路，待排泥管路沖洗干凈后，停止輸泥泵、排泥泵。 注漿減阻 （1） 泥漿減阻土壤的性質(zhì)決定泥水管理的難度與所頂管子直徑比和土質(zhì)有關(guān)。盡管本工程土質(zhì)為粉質(zhì)粘土層,砼管直徑比不大,但仍需采取減阻措施，減少管子周邊摩擦阻力，確保頂管順利完成,同時起到控制泥漿的流失,防止地面沉降。 根據(jù)本工程現(xiàn)場情況泥漿池采用10mm厚鋼板制成8m3儲漿罐，每個豎井設(shè)置兩個，確保泥漿使用量及道路的清潔。 （2）泥漿配置 頂管過程中，須同步注入減阻泥漿，它是減少頂進(jìn)阻力、提高頂進(jìn)速度的重要一環(huán)，減阻泥漿采用膨潤土配制而成。膨潤土一般要求膠質(zhì)價在80以上。膨潤土進(jìn)場后，先測定其膠質(zhì)價，根據(jù)膠質(zhì)價確定配合比，見下表（重量比）：膨潤土泥漿的拌和時間一般為10至20分鐘。泥漿制備后，須靜置24小時可以使用，使其充分吸水，膨潤成膠體，使用比重計測其比重。膨潤土泥漿重量配合比膨潤土膠質(zhì)價膨潤土水堿60～701005242～370～80