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大口徑頂管施工介紹

簡介—— 呼和浩特市鼎順機械化定向頂管有限公司的大口徑長距離鋼管頂管的應用越來越多,對大口徑長距離泥水平衡式頂管施工技術展開探討具

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呼和浩特市鼎順機械化定向頂管有限公司的大口徑長距離鋼管頂管的應用越來越多,對大口徑長距離泥水平衡式頂管施工技術展開探討具有十分重要的意義。


1 工程概況
某水支線工程從水庫現有φ2400mm和φ2700mm原水管引出,沿現有水庫大堤南側,與本區區現有φ1500mm和φ1600mm原水管相接,再引入水廠。本工程輸水規模770000m3/d,A區段新建φ2000mm原水管6.95km(雙管),B區段新建φ1600mm原水管11.3km(單管)。

1#工作井~2#接收井為頂管區段,采用φ2000mm鋼管雙排平行布置,管中心間距為5m,壁厚20mm。管道外防腐采用熔融結合環氧粉末涂劑,涂層厚度≥400μm,內防腐采用水泥砂漿襯里。單排頂進距離870m,總頂進距離1740m,埋深約12m,頂管后座允許頂力為6000kN。


2 地質水文概況

頂管管體主要位于第⑤1層灰色粉質黏土,少部分位于第④層淤泥質黏土。場地淺部地下水屬潛水類型,其水位主要受大氣降水及地表水影響,地下潛水位埋深1.40~2.10m。


3 難點分析
1)頂管埋深較深,處于第⑤1層灰色粉質黏土,該土質強度低、滲透性差,且含水量和壓縮性高,易受擾動導致開挖面失穩。同時⑤1層局部夾砂,土性差異較大,頂進過程中易產生軸向偏離。
2)頂管穿越的河道河底距管頂約為7m,穿越河道時要嚴格控制頂進速度、出土量、壓漿壓力和壓漿量。

3)本段頂管為2根凈距僅為3m的平行曲線頂管,頂進過程中相互影響較大。有1根φ800mm的高壓煤氣管與頂管交叉,頂管在煤氣管上方通過,煤氣管埋深為17.1m,頂管與煤氣管之間凈距離僅為3.1m,對頂管施工帶來一定的難度。

4)長距離頂管要解決好通風問題,需采用合理有效的通風系統作保障,來改善頂管內空氣質量,它影響到管內工作人員職業健康和人身保障。

5)長距離頂管采用注漿是減少阻力的關鍵技術,因此要制訂合理的注漿方式來解決摩阻問題。


4 主要施工技術


4.1 頂管進出洞
4.1.1 洞口加固
1)進出洞口采用高壓旋噴樁加固,加固范圍為沿管中心軸向與井中心為起點左右各54°扇形范圍,井壁外側6m,深度為-4.5~-12.5m區域。水泥摻入量不小于13%,水灰比為0.5。
2)為防止出洞口及頂進過程中泥水壓力過大涌入工作井內,在洞口內預先安裝一個單法蘭穿墻鋼套管,用于安裝橡膠止水圈及止水封板。
4.1.2 軌道延伸
1)為防止機頭出墻時磕頭,將機頭墊高5mm,保證出洞時掘進機有向上的趨勢。
2)在機頭出墻達到加固區前,機頭和后面鋼管不得移出軌道,必要時加短管起配重作用。
4.1.3 止水措施
1)本工程出墻處地質均為⑤1層,由于土滲透系數較小,屬于不透水層,故采用橡膠板止水裝置(圖1)。
2)測量確認機頭與洞口關系,縮小洞口直徑,并預埋4根注漿管,當頂管進洞發生滲漏時,可通過預埋注漿管向外壓雙液漿進行止水。
4.1.4 測量控制
1)當工具管距接收井還有30m左右時,應加強軸線復測力度,將工具管確切位置測放于接收井內,從而保障進洞。

2)機頭到達接收井前,靠近洞門時,逐步減小工具管正面土壓,并開φ200mm洞口,釋放部分由于頂管頂進而造成的應力,同時可對外部土體情況、機頭位置進行初步勘查。


4.2 頂進系統
頂管施工依靠頂進系統進行,頂進系統主要由導軌、頂管后靠背、千斤頂、油泵車、千斤頂支架及頂鐵等部分組成。
4.2.1 軌道系統
1)本工程頂管施工采用單導軌(即鋼管與頂鐵使用同一副導軌),導軌采用槽鋼雙拼制作。
2)導軌端部距穿墻洞側井壁600mm左右,導軌立柱焊接在鋼筋混凝土底板上的預埋鋼板上,立柱間加設斜支撐。立柱間焊接鋼橫梁,橫梁上部焊接導軌。
3)導軌定位后需穩固、正確,在頂進中承受各種負載時不位移、不變形、不沉降,在頂進中需經常復測調整,以確保頂進軸線的精度。軌道允許軸線偏差3mm、頂面高程0~+3mm、兩軌內距為-2~+2mm。
4.2.2 后靠背
后靠背平面需與頂進軸線相垂直,在頂進施工中隨時檢查,如發現傾斜,則需重新布置。
4.2.3 千斤頂
1)千斤頂與管道中心對稱,其合力的作用點在管道中心的垂直線上,并略低于頂管中心。
2)油泵車設置在距離主頂千斤頂較近處,油路安裝應順直,減少轉角,接頭不漏油,安裝完畢須試車。
4.2.4 頂鐵
1)本工程主要采用環形頂鐵和U形頂鐵,頂鐵采用厚24mm鋼板焊接成型,確保有足夠的剛度。
2)在頂進過程中,頂鐵相鄰面互相緊貼,安裝后的頂鐵軸線應與管道軸線平行、對稱,頂鐵與導軌和頂鐵之間接觸面不得有泥土、油污。
4.2.5 主頂裝置
工作井內主頂裝置采用雙動作單沖程油缸4只,高行程1.1m,頂力2000kN/只,每只油缸有其獨立的油路控制系統,主頂油缸的頂力控制在6000kN之內。


非開挖頂管拉管


4.3 吊裝
1)工具頭質量約為24t,吊裝采用750kN吊車安裝。

2)鋼管吊裝采用350kN吊車,作業半徑為9m,吊管和對管時均采用專用卡子保護。


4.4 頂管姿態控制與糾偏
1)頂進糾偏需勤測量、多微調,在偏差超過10mm時開始使用機頭配置的糾偏油缸進行糾偏。
2)偏差超過50mm時,立即停止頂進施工,分析偏差情況,制訂糾偏方案。

3)頂管貫通前150~50m時暫停頂進,進行全線復測,終取多次結果的可靠值指導頂管機的后續頂進。


4.5 泥漿減阻
用泥漿減阻是長距離頂管減少阻力的重要環節,在頂管施工過程中,注入潤滑泥漿使管子外圍形成一個比較完整的漿套,摩阻力控制在1~3kN/m2。
4.5.1 注漿孔布置
1)本工程在鋼管中設置φ25mm注漿孔,沿頂管鋼管圓周每3節設置1組4個注漿孔,每孔間隔90°,相鄰注漿管錯位30°,使鋼管外形成一個泥漿潤滑套,使頂進時的摩阻力減小。
2)注漿孔中心距離管端120mm,距離管材縱向焊縫1m,4個注漿孔等距分布。
3)注漿孔封堵:注漿完成后將注漿孔內束接拆除,只留下塑料單向閥,然后用涂上防腐涂料的實心堵頭封堵(圖2),堵頭擰緊直至破壞單向閥,使實心堵頭與管外壁齊平,再涂上防腐涂料,至此,注漿孔封堵完成。
4.5.2 漿液配比
潤滑泥漿材料主要采用水、納基膨潤土、純堿、CMC(羧甲基纖維素),漿液配比(質量比)為:水:膨潤土:純堿:CMC=2400:200:3:10。
4.5.3 注漿技術

1)注漿原則:需遵循“先壓后頂、隨頂隨壓、及時補漿”原則,根據頂力情況及時補漿,使摩阻力控制在佳值,管道外側摩阻系數低于2.5kN/m2。

2)同步注漿:為減小頂管掘進機的正面阻力,在工具頭后部布置1道泥漿環,使頂管掘進機在頂進過程中同步注漿,始終能較好地改良頭部土體,達到更好的減阻目的。

3)定時補漿:對管道沿線定時補漿,不斷彌補漿液流向土層的滲透量,不斷地補漿有助于減少管道前移時對頂管上方土體的摩擦擾動。

4)注漿壓力:控制在0.2~0.4MPa,壓力不宜過大,防止壓穿、冒漿造成流失。


4.6 中繼環設置

本工程須設中繼環,第1節中繼環安裝位置取183m處,第2環及以后中繼環間距取283m,主站頂進長度425m,總頂進長度870m,故中繼環數量n=(870-425-183)/283+1≈1.93,取2個。單管布置2只中繼環,雙管共布置4只中繼環。


4.7 拼管、焊管、防腐
4.7.1 拼管
本工程頂管為φ2000mm、厚20mm的鋼管,單節管長度8.5m,接管工藝采用單面V形坡口單面焊接雙面成型形式。頂管井下焊接的坡口盡量采用較小仰焊焊接,以確保焊接質量。
4.7.2 焊管
1)先用電焊將對齊后的管節臨時固定,沿連接縫四周均勻焊接8個臨時固定點,保持對接管效果,固定點電焊時要避免焊接變形。
2)拼管焊接采用CO2氣體保護焊工藝,分為4層焊接。焊材型號為ER50-6焊絲,規格為φ1.2mm,焊接電弧電壓為(30±1)V,焊接電流(270±10)A,焊接速度為(0.8±0.1)cm/min。
4.7.3 防腐
1)鋼管接口外防腐應在頂進前和焊縫無損檢測后進行,采用與原涂層緊密結合且性能相當的環氧防腐涂料,涂層厚度為600μm,涂層搭接的寬度不小于100mm。
2)鋼表面的補口區域在噴涂前應先去除油污和各種雜質,再進行除銹處理,其除銹等級應達到規范要求的Sa2.5級,錨紋深度應在40~100μm范圍內。除銹后需清除補口處的灰塵和水分,并將焊接時飛濺形成的尖點修平,同時將補口搭接處15mm寬度范圍內的涂層打毛。


4.8 通風系統

本工程采用2組通風系統,第1組呼吸空氣保障系統,采用壓縮空氣供應,地面采用20m3/min螺桿式空壓機,通過φ101.6mm鋼管送至工具頭部并分出一路供通風,以改善頭部的空氣質量。第2組采用30kW雙葉軸流風機,通過風管送至工具頭后部約20m處,以進一步改善頂管內空氣質量。


5 結語

內蒙古頂管施工選呼市鼎順頂管,大口徑長距離頂管施工中,由于穿越建筑物密集、地質情況較為復雜、地下構筑物較多等特點,導致施工難度較大。因此,在大口徑長距離泥水平衡式頂管施工技術應用中,要結合工程的實際情況,合理設計施工方案,做好施工管理工作,從而確保頂管施工的質量,保障工程施工的社會效益及經濟效益。


內蒙古頂管施工


呼和浩特市鼎順機械化定向頂管有限公司承攬:電力,通訊,給排水,熱力,天然氣,橋涵等穿越公路,鐵路,河流,隧道及建筑物的頂管施工,疑難導向業務,擁有專業素質精良的的技術人員及施工隊伍,我們已經與多家企業建立了長期的合作關系,這也為我們非開挖頂管工程施工公司的今后發展奠定了有力的基礎。 我們的主營業務是內蒙古頂管施工,期待與您的合作!



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